专利名称：星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法
技术领域：
本发明涉及航天器射频发射系统的测试方法。
背景技术：
随着我国航天技术不断发展，带有一维或多维可驱动天线的射频信号发射系统越来越多的应用在卫星等航天工程中，这就提出了如何在整星状态下测试此类系统在天线转动过程中射频发射性能的问题。这是研制人员必须考虑、无法回避的问题。目前，我国卫星等航天器研制单位对此项工作内容尚未进行系统的理论研究，没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决带有一维或多维可驱动天线的射频信号发射系统在整星状态下测试天线转动过程中射频发射性能的问题，本发明的目的在于提供一种星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法。利用本发明，不但达到模拟测试的要求，而且安装可靠、简单方便、适应性强。为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法，该方法包括如下步骤步骤1，选择合理的测试参考面，选择行波管放大器输出端作为测试参考面；位于参考面发射机一侧的连接波导及行波管功放作为发射机部分，参考面天线另一侧的连接波导、波导旋转关节及赋形天线作为发射天线部分；步骤2，测试仪器标定及设备放置，在微波暗室中进行测试仪器标定，卫星放置于微波暗室中央，与吸收材料壁的距离至少为30厘米；卫星的可旋转发射天线对准频谱仪及数据采集器的接收天线，根据星上天线方向位置，调整频谱仪及数据采集器的接收天线，得到接收最大功率时的位置，并将接收天线固定；以星上发射机与功放连接处、功放与多维可旋转发射天线连接处作为测试位置， 用功率计标定其功率；接收天线通过衰减器、滤波器和功分器，分别与接收机，以及频谱仪及数据采集、功率计、频率计连接，组成虚拟仪器；步骤3、调整测试天线位置并进行损耗预估，调整星上天线与测试天线在同一高度，并且两天线轴向方向一致，通过已经标定的射频信号源发送信号至可旋天线；微调接收天线指向位置，得到接收最大功率时的位置， 并将接收天线固定；利用射频信号源及功率计标定发射系统进行插入损耗预估；步骤4、可旋发射系统整星状态测试及数据记录，将星上发射机与可旋发射天线进行连接，在指令控制下开启无线射频发射，并同时驱动可旋天线进行角度转动；通过接收天线接收星上射频信号并进行指标测量；测试完毕后，将接收天线平移Im进行信号接收测试，再次取出方向图，并得到主波瓣的峰值，完成数据记录。本发明星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法，由于采取上述的技术方案， 在整个测试过程中，固定角度时接收信号功率和连续转动时接收信号功率均稳定，并且与地球赋型天线参考曲线相吻合，没有出现接收信号功率突变现象。因此，本发明方法合理、 操作可行，取得了安装可靠、简单方便、适应性强等有益效果，应用前景广泛。
图1为本发明中可旋发射天线坐标系示意图；图2为本发明赋形天线测试结果的示意图；图3为本发明中测试参考面选择示意图；图4为本发明微波暗室中各测试设备位置示意图；图5为本发明中测试设备连接框图；图6为本发明中测试标定框图。
具体实施例方式本发明一种星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法，通过将卫星停放至微波暗室、采用功率计进行信号标定、利用频谱仪及虚拟仪器技术完成可旋射频发射系统无线频谱特性测试。图1为本发明中可旋发射天线坐标系示意图；星载射频发射天线种类各异，对地数据传输天线多为对地赋形天线，该赋形天线采用卫星姿态的球坐标系(见图1，其中+X方向指向地心)，将卫星姿态X坐标轴正方向与卫星天线主波速轴线重合。取Φ等于各常值的纵剖面和θ等于90°的横剖面中的方向图 (大圆切割)，地赋形天线增益图为马鞍面。图2为本发明赋形天线测试结果的示意图；其中1曲线为接收天线增益图，2曲线为发射天线拟合接收天线增益后的增益曲线而圆形波导由于各向对称的微波传输形式， 多应用于可旋的微波机构中，亦是决定星载可旋射频发射系统的整机无线性能的关键。下面结合
本发明的优选实施例。本发明星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法，包括如下的步骤步骤1，选择合理的测试参考面，图3为本发明中测试参考面选择示意图，如图3所示，本发明所述星载可旋射频发射系统由行波管放大器、波导1、波导2、波导旋转关节和赋形射频天线组成，其中可旋机构又由旋转控制器、驱动电机，谐波齿轮，位置传感器及机械支撑结构等部分构成。在星载射频系统整星状态的测量过程中，首先选择合理的测试参考面，根据可旋天线发射系统的构成，本发明实施例选择行波管放大器输出端作为测试参考面。位于参考面发射机一侧的连接波导1及行波管功放作为发射机部分，而在参考面天线另一侧的连接波导2、波导旋转关节及赋形天线作为发射天线部分，下文中所讲的天线即为此定义。步骤2，测试仪器标定及设备放置，在微波暗室中进行测试仪器标定，图4为本发明微波暗室中各测试设备位置示意
4图，暗室中，射频吸收材料安装在测试配置边界的上面、后面和两侧面，且从顶板到地面装满。卫星放置于微波暗室中央，与吸收材料壁的距离至少为30厘米。卫星的可旋转发射天线对准频谱仪及数据采集器的接收天线，根据星上天线方向位置，调整频谱仪及数据采集器的接收天线得到接收最大功率时的位置，并将接收天线固定。图5为本发明中测试设备连接框图，如图5所示，以射频信号源(星上发射机)与功放连接处、功放与多维可旋转发射天线连接处作为测试位置，用功率计标定其功率。接收天线通过衰减器、滤波器和功分器，分别与接收机，以及频谱仪及数据采集、功率计、频率计连接，组成虚拟仪器。测试信号分小信号与大信号，其中小信号由射频信号源产生，本实施例中，利用功率计测量其功率电平为-4. 3dBm，大信号由行波管放大器输出，其功率电平为47. 8dBm，测量接收信号电平，用来标定无线传输信道及接收天线、电缆损耗。步骤3、调整测试天线位置并进行损耗预估，调整星上天线与测试天线在同一高度，并且两天线轴向方向一致，在通过已经标定的射频信号源发送信号至可旋天线发送，微调接收天线指向位置，得到接收最大功率时的位置，并将接收天线固定。利用射频信号源及功率计标定发射系统进行插入损耗预估，该损耗是指从功放输出至测试参考面之间的波导和旋转关节的损耗。图6为本发明中的测试标定框图，表示步骤3，进行发射系统插入损耗标定与空间损耗预估。图中符号表示Pout 信号源输出功率；Pg 功放输出功率；Pcs 插入损耗；Gt 发射天线增益；Gr 接收天线增益；Pr 接收功率；L 链路损耗。将星上发射机与可旋发射天线连接，按上述步骤3测试完毕后，将接收天线平移 Im再进行信号接收测试，再次取出方向图，并得到主波瓣的峰值。本实施例中小信号标定时Pout= -4. 3dBm, Gt = _1· OdB, Pr = _60dBm设Lx为传输损耗、接收天线增益及电缆损耗之和，因此，Lx = Pr-Pout-Gt大信号接收到的信号电平ft· = -IOdBmLx = Pr-Pout-Gt误差是由功放输出至波导及旋转关节的损耗引起的。插入损耗计算插入损耗是指从功放输出至赋形天线之间的波导和旋转关节的损耗。例如Pg = 47. 8dBm, Pout = _4· 3dBm当信号经过功放的时候大功率发射时的接收功率I^rl = -IOdBm当信号不经过功放标定时小功率发射时的接收功率= -60dBm贝丨J，插入损耗为Pcs= (Pg-Pout)-(Prl-Pr2)进行空间损耗预估，并根据预估结果确定是否在接收端采用低噪声放大器进行接收信号的功率放大。空间损耗的预估如下
权利要求
1.一种星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤步骤1，选择合理的测试参考面，选择行波管放大器输出端作为测试参考面；位于参考面发射机一侧的连接波导及行波管功放作为发射机部分，参考面天线另一侧的连接波导、波导旋转关节及赋形天线作为发射天线部分；步骤2，测试仪器标定及设备放置，在微波暗室中进行测试仪器标定，卫星放置于微波暗室中央，与吸收材料壁的距离至少为30厘米；卫星的可旋转发射天线对准频谱仪及数据采集器的接收天线，根据星上天线方向位置，调整频谱仪及数据采集器的接收天线，得到接收最大功率时的位置，并将接收天线固定；以星上发射机与功放连接处、功放与多维可旋转发射天线连接处作为测试位置，用功率计标定其功率；接收天线通过衰减器、滤波器和功分器，分别与接收机，以及频谱仪及数据采集、功率计、频率计连接，组成虚拟仪器； 步骤3、调整测试天线位置并进行损耗预估，调整星上天线与测试天线在同一高度，并且两天线轴向方向一致，通过已经标定的射频信号源发送信号至可旋天线；微调接收天线指向位置，得到接收最大功率时的位置，并将接收天线固定；利用射频信号源及功率计标定发射系统进行插入损耗预估； 步骤4、可旋发射系统整星状态测试及数据记录，将星上发射机与可旋发射天线进行连接，在指令控制下开启无线射频发射，并同时驱动可旋天线进行角度转动；通过接收天线接收星上射频信号并进行指标测量；测试完毕后，将接收天线平移Im进行信号接收测试，再次取出方向图，并得到主波瓣的峰值；完成数据记录。
2.如权利要求1所述的星载发射系统的整星无线测试方法，其特征在于所述的步骤 2，测试仪器标定及设备放置，所述的测试仪器标定包括测试信号分小信号与大信号，其中小信号由射频信号源产生，利用功率计测量其功率电平，大信号由行波管放大器输出，测试其功率电平，然后测量接收信号电平，以次标定无线传输信道及接收天线、电缆损耗。
3.如权利要求1所述的星载发射系统的整星无线测试方法，其特征在于所述的步骤3、调整测试天线位置并进行损耗预估，所述的损耗是指从功放输出至测试参考面之间的波导和旋转关节的损耗。
4.如权利要求1所述的星载发射系统的整星无线测试方法，其特征在于所述的步骤4、可旋发射系统整星状态测试及数据记录，所述的数据记录包括测量结果通过快速工作的技术装备完成记录，采用agilent VEE这一虚拟仪器软件编程控制频谱仪进行信号频谱测试，虚拟仪器软件同时记录信号峰值电平值；通过测试结果分析后得到天线方向图及射频可旋系统的EIRP值。
全文摘要
本发明涉及航天器射频发射系统的测试方法，公开了一种星载可旋射频发射系统的整星无线测试方法，包括步骤1)选择合理的测试参考面；2)测试仪器标定及设备放置；3)调整测试天线位置并进行损耗预估；4)可旋发射系统整星状态测试及数据记录。本发明解决了带有一维或多维可驱动天线的射频信号发射系统在整星状态下测试天线转动过程中射频发射性能的问题。本发明方法合理、操作可行，取得了安装可靠、简单方便、适应性强等有益效果，应用前景广泛。
文档编号H04B17/00GK102571218SQ20101058458
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者叶晖, 牛俊坡, 顾桂华, 魏致坤 申请人:上海卫星工程研究所