Способ высокочастотных испытаний спутниковых ретрансляторов q/ka - диапазона
Владельцы патента RU 2729915:
Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф.Решетнёва» (RU)
Изобретение относится к способам проведения высокочастотных (ВЧ) испытаний бортовых ретрансляционных комплексов (БРК), в частности к схемным решениям подключения технологической оснастки к ретрансляторам радиосигналов Q/Ka-диапазона. Измерение потерь в технологической оснастке происходит автоматически с использованием CalPod при каждом измерении ВЧ характеристик, а уменьшение КСВ во входной технологической оснастке от выхода входной матрицы контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) до входа в БРК происходит за счет использования изоляторов. Обеспечиваются увеличение точности измерения ВЧ характеристик, за счёт учёта потерь при прокладке технологической оснастки, а также уменьшение времени измерения потерь в технологической оснастке. 2 ил.
Изобретение относится к способам проведения высокочастотных (ВЧ) испытаний бортовых ретрансляционных комплексов (БРК), в частности к схемным решениям подключения технологической оснастки к ретрансляторам радиосигналов Q/Ka-диапазона.
В настоящее время наиболее распространена схема испытаний, в которой для повышения точности получаемых результатов используются устройства автоматического восстановления калибровки (CalPod, In line CalKit) (патенты CN 106911404, CN 106656306, CN 107769836).
В патенте CN 107769836 представлена универсальная платформа для автоматического измерения спутника.
Изобретение относится к спутниковой универсальной платформе автоматического тестирования и способу ее взаимодействия с данными, направлено на решение технической проблемы, заключающейся в том, что существующее спутниковое испытательное оборудование имеет низкую универсальность и низкую степень автоматизации, и относится к технической области спутниковых испытаний. Спутниковая универсальная платформа автоматического измерения, состоит из уровня периферийного оборудования, уровня промежуточного обслуживания и уровня пользовательского терминала, причем уровень периферийного оборудования содержит оборудование для автоматического измерения и управления, CAN (контроллер периферийной сети) оборудование для мониторинга, оборудование для мониторинга сигналов о неисправности кабеля и оборудования БС (батарея солнечная), и используется для ответа на команду дистанционного управления комплексного сервера измерений, загрузка команды дистанционного управления на спутник, сбор телеметрии (ТМ), данных одновременно, передавая собранный сигнал на сервер комплексного тестирования для выполнения обработки сигнала и хранения данных. В соответствии с тестируемой платформой и способом взаимодействия с данными, удовлетворяется потребность в быстром тестировании на каждой этапе создания спутника; сформирована система контроля испытаний спутникового распределения и комплексного управления интеграцией, а также реализовано универсальное и автоматическое измерения спутников. Спутниковая универсальная автоматическая испытательная платформа обладает преимуществами высокой универсальности и высокой степени автоматизации.
Недостатком данного патента является использование другого протоколов обмена данных. В данном патенте используется шина данных с протокол CAN, а на данный момент в Российских КА используется протокол OBDH.
В патенте CN 106656306 представлен способ измерения интермодялиционных составляющих третьего порядка.
Изобретение относится к высокопроизводительному и высокоточному способу измерения интермодуляционных составляющих третьего порядка ретранслятора, используя векторный анализатор цепей, который включает в себя этапы настройки параметров калибровки для векторного анализатора цепей, завершения калибровки канала измерения в режиме Swept IMD Converter, установка тестового кабеля и создание полной схемы тестирования. Установка соответствующих параметров тестирования во встроенной калибровочной среде, установка двухтонального радиочастотного колебания, тестирование характеристик интермодуляции третьего порядка ретранслятора и построение графика результата теста. Способ, предлагаемый в настоящем изобретении, может значительно улучшить удобство тестирования, эффективность измерения, точность и степень автоматизации тестирования интермодуляции третьего порядка с двумя несущими спутниковой ретрансляционной системы связи и может значительно снизить стоимость теста, особенно для крупномасштабных многоканальных ретрансляторов.
Недостатками данного патента является возможность измерения только интермодуляцию 3 порядка, что не является полным спектром проверок ВЧ характеристик БРК как амплитудных, так и частотных.
В качестве ближайшего аналога выбран патент CN 106911404, который принят за прототип. В патенте CN 106911404 представлен способ измерения высокочастотных характеристик бортового ретрансляционного комплекса (БРК), такие как амплитудно-частотная характеристика и групповое время задержки используя. Измерение амплитудно-частотных характеристик каналов ретранслятора основаны на методе, который включает в себя векторный анализатор цепей (ВАЦ) серии PNA-X и матрицу коммутации с каналом который требуется измерить. ВАЦ используется в качестве оборудования для измерения каналов. Для измерения амплитудно-частотных характеристик канала требуется сделать калибровку технологической оснастки, путём сканирования потерь в требуемой полосе частот на векторном анализаторе цепей. Соответственно калибруют тестируемый канал по восходящей линии связи и тестируемый канал по нисходящей линии связи системы с помощью векторного анализатора цепей. Далее соединяют векторный анализатор цепей с матрицей коммутации и с требуемым для проверки каналом. Установка S-параметров в векторном анализаторе цепей, завершение измерения амплитудно-частотной характеристики, измерение уровня подавления внеполосного сигнала и измерение групповой задержки посредством автоматического управления векторным анализатором цепей и одновременное построение соответствующей графиков сигнала. Получение данных результатов измеренного тракта обратных потерь и временной задержки измеряемого тракта, тем самым получая окончательные результаты измерения амплитудно-частотной характеристики тракта.
Недостатками прототипа является невозможность учёта дополнительных потерь в технологической оснастке. Так же одним из недостатков является возможность измерения только неравномерности амплитудно-частотной характеристики (НАЧХ) и неравномерности группового времени запаздывания (НГВЗ), что не является полным спектром проверок ВЧ характеристик БРК.
Для заявленного способа выявлены общие с прототипом существенные признаки, такие как: способ высокочастотного испытания спутниковых ретрансляторов
Q/Ka-диапазона, включающий калибровку технологической оснастки, измерение неравномерности амплитудно-частотной характеристики и неравномерности группового времени запаздывания с использованием контрольно-проверочной аппаратуры состоящей из векторного анализатора цепей PNA-X, измерителя мощности, входной и выходной матриц переключателей.
Технической проблемой способа является точность и скорость измерения вносимых дополнительных потерь технологической оснастки и ВЧ характеристик БРК.
В настоящее время в Российской Федерации возросла актуальность использования более высоких частотных диапазонов, таких как Ku, K, Ka, Q. Использование Q-диапазона (40-56 ГГц) накладывает определенные требования не только на бортовое оборудование, но и на оборудование, используемое для наземной экспериментальной отработки (НЭО) БРК. В настоящее время большинство измерительного оборудования специфицировано для работы до 40 ГГц. Полезный сигнал с увеличением частоты становится более чувствительным к качеству ВЧ трактов, что приводит к ухудшению затухания и коэффициента отражения в ВЧ трактах. Во время проведения НЭО БРК для коммутации измерительного оборудования, а также оборудования формирующего тестовый сигнал (генератор) используются технологические коаксиальные кабели, длиной достигающие 10 м. Увеличенные потери и коэффициент стоячей волны (КСВ) снижают точность измерений.
Техническим результатом способа является увеличение точности измерения ВЧ характеристик, за счёт учёта потерь при прокладке технологической оснастки, а также уменьшение времени измерения потерь в технологической оснастке.
Техническая проблема решается благодаря тому, что в способе высокочастотного испытания спутниковых ретрансляторов Q/Ka-диапазона, включающего калибровку технологической оснастки, измерение неравномерности амплитудно-частотной характеристики и неравномерности группового времени запаздывания с использованием контрольно-проверочной аппаратуры состоящей из векторного анализатора цепей PNA-X, измерителя мощности, входной и выходной матриц переключателей, в отличие от прототипа снижают коэффициент стоячей волны технологической оснастки, используя изоляторы на входе бортового ретрансляционного комплекса и измеряют потери в технологической оснастке перед каждым измерением амплитудно-частотных характеристик устройством автоматического восстановления калибровки на выходе БРК.
Техническая сущность и принцип действия предложенного способа поясняются чертежами фиг. 1, фиг. 2, на которых показана подробная схема измерения характеристик по входу и выходу БРК.
В заявленном решении описан способ измерения ВЧ характеристик, позволяющий учитывать дополнительные потери в технологической оснастке в автоматическом режиме и повышающий точность измерения результатов. Данным способом, можно измерять ВЧ характеристики БРК, такие как НАЧХ, НГВЗ, амплитудная характеристика (АМ-АМ) и точки насыщения (Тн).
Способ высокочастотных испытаний спутниковых ретрансляторов Q/Ka–диапазона содержит такие схожие элементы, как векторный анализатор цепей PNA-X для измерения потерь в технологической оснастке на входе БРК и проведения измерений НАЧХ и НГВЗ, а также входную и выходную матрицу переключателей для коммутации требуемого канала. Предусмотрены следующие отличия, такие как применение изоляторов по входу БРК и CalPod на выходе БРК.
Суть гибридной схемы измерения заключается в использовании устройств автоматического восстановления калибровки на выходе БРК Q/Ka-диапазона для переноса измерительной плоскости порта контрольно-проверочная аппаратура (КПА) на выход БРК. На входе БРК измерение входной мощности производится опорным приемником ВАЦ и с учётом калибровки входной технологической оснастки пересчитывается на вход БРК.
Схема прохождения сигнала от выхода входной матрицы КПА до входа БРК и с выхода БРК до входа в выходную матрицу КПА описана ниже.
Сигнал с выхода входной матрицы КПА (3) проходит через изолятор (2), в котором поглощается отраженная волна от входа платы доступа (5), что способствует снижению КСВ, далее сигнал поступает на входной направленный ответвитель БРК (1). После прохождения сигнала через тракты БРК, с выхода выходного направленного ответвителя (4) поступает в плату доступа (5) и проходит через устройство автоматического восстановления калибровки CalPod (6). С выхода CalPod (6) сигнал поступает выходную матрицу (8). Сигнал управление CalPod (6) поступает через сплиттер (7) от контроллера CalPod (9).
При использовании CalPod происходит непосредственный учёт потерь в технологических кабелях от выходы БРК до входа в выходную матрицу переключателей КПА перед каждым измерением амплитудно-частотных характеристик БРК. Так как потери в технологической оснастке зависят от множества факторов таких как: температура, используемый диэлектрик в кабеле, частота сигнала, способ прокладки до платы доступа, то отдельно учесть дополнительные потери при анализе не представляется возможным. Принцип работы устройства автоматического восстановления калибровки основан на описании встроенных в устройство калибровочных мер. Устройства CalPod, In line CalKit содержат встроенные меры короткого замыкания, холостого хода, согласованной нагрузки. Калибровочные меры коммутируются с помощь pin-диодов, которые управляются от векторного анализатора цепей (ВАЦ) с помощью контроллера.
На сегодняшний день реализовано два подхода к описанию встроенных калибровочных мер:
1) Описание выполняет пользователь с помощью эталонных мер другого калибровочного набора;
2) Описание выполняет производитель и сохраняет как эталонное в драйвере устройства.
После того как выполнено описание встроенных калибровочных мер – устройство автоматического восстановления калибровки помещается на интерфейс измеряемого устройства (ИУ). Перед началом измерения ИУ ВАЦ выполняет измерение отражения от встроенных калибровочных мер CalPod/In line CalKit и сравнивает с эталонным. Путем сравнения ВАЦ выделяет вклад от технологической оснастки между тестовым портом и устройством восстановления калибровки. Этот вклад математически исключается из результата измерения ИУ с оснасткой.
Таким образом, пользователь получает результат измерения ИУ без учета влияния технологической оснастки.
Устройство автоматического восстановления калибровки CalPod (6) производит измерение потерь в выходной технологическом оснастке, после чего по формуле 1 происходит вычисление уровня сигнала на входе БРК, а так же вычисление уровня сигнала с выхода БРК согласно формуле 2. При длине кабеля 10 м потери в технологической оснастке Ka-диапазона могут достигать 30 дБ, с учетом его прокладки потери могут возрасти. При обычном методе измерения данную разницу в потерях измерить не представляется возможным. Поэтому выходной уровень будет отличаться от реального на разницу в потерях между измеренным уровнем потерь до прокладки и после, что даст дополнительную погрешность в измерении амплитудных характеристик.
До применения CalPod’ов уровень выходного сигнала определялся расчётным способом и измерением каждого кабеля на центральной частоте с использованием ВАЦ, то есть предполагается, что потери в технологической оснастке постоянны и вычислялись по следующей формуле, при этом дополнительные потери при прокладке кабеля не учитываются:
Uвх. сигнала = U1вх сигнала – Lтех.оснастка, (1)
где Uвх. сигнала – уровень сигнала на входе БРК;
U1вх сигнала – уровень выходного сигнала с генератора;
Lтех.оснастка – потери в технологической оснастке от выхода входной матрица переключателей до входа в БРК.
Uвых. сигнала = U1 вых сигнала – Lтех.оснастка, (2)
где Uвых. сигнала – уровень сигнала на входе КПА;
U1вых сигнала – уровень выходного сигнала с БРК;
Lтех.оснастка – потери в технологической оснастке от выхода БРК до входа в выходную матрицу переключателей КПА.
Таким образом, измерение потерь в технологической оснастке происходит автоматически с использованием CalPod при каждом измерении ВЧ характеристик, а уменьшение КСВ во входной технологической оснастке от выхода входной матрицы контрольно-проверочной аппаратуры (КПА) до входа в БРК происходит за счет использования изоляторов.
Способ высокочастотного испытания спутниковых ретрансляторов Q/Ka-диапазона, включающий калибровку технологической оснастки, измерение неравномерности амплитудно-частотной характеристики и неравномерности группового времени запаздывания с использованием контрольно-проверочной аппаратуры, состоящей из векторного анализатора цепей PNA-X, измерителя мощности, входной и выходной матриц переключателей, отличающийся тем, что снижают коэффициент стоячей волны технологической оснастки, используя изоляторы на входе бортового ретрансляционного комплекса (БРК), и измеряют потери в технологической оснастке перед каждым измерением амплитудно-частотных характеристик устройством автоматического восстановления калибровки на выходе БРК.
