专利名称：一种深空航天器射频波导测试装置与测试方法
技术领域：
本发明涉及航天器射频测试领域，特别涉及一种深空航天器射频波导测试装置。
背景技术：
为了保证航天飞行的安全性与可靠性，航天器在发射之前都要做大量的测试，航天器射频测试就是其中的一种。在现有技术中，航天器射频测试分有线测试、无线测试。有线射频测试是指航天器的接收机和发射机连接高频电缆到地面测试设备进行射频测试，该方法存在测试不完整(不包括天线部分)、高频接插件要多次插拔降低可靠性等问题；无线射频测试是指航天器的天线与地面天线进行无线连接测试，该方法对于深空航天器来说， 由于无线电磁波辐射的能量巨大，测试人员和操作人员不可在附近工作，因此需要在专门的电磁波屏蔽厂房进行测试(即EMC厂房)，具有航天器需要转厂重新布线、工作量大等问题。
发明内容
本发明目的是克服现有的深空航天器射频测试方法或者测试不完整、可靠性较低，或者容易对人体造成伤害的缺陷，从而提供一种安全性高、使用方便的测试装置与测试方法。为了达到上述发明目的，本发明提供了一种深空航天器射频波导测试装置，包括上行部分与下行部分；其中，所述的上行部分包括用于屏蔽无线信号的屏蔽腔；所述屏蔽腔成中空的桶状，在底面与顶面各自开有一个通孔，这两个通孔分别用于安插所述深空航天器的接收天线与地面的发射天线；所述屏蔽腔的内部涂有吸波材料；所述的下行部分包括用于屏蔽无线信号的转接波导以及用于将无线信号转换成有线电缆中所传输的电信号的波导同轴转换；所述的转接波导为一中空的管状连接腔，其一端连接到所述深空航天器的发射天线，其另一端连接到所述波导同轴转换的输入端；所述波导同轴转换的输出端通过有线电缆连接到地面的测试设备。上述技术方案中，所述转接波导的内壁涂有吸波材料。上述技术方案中，所述屏蔽腔中的通孔的尺寸与所述深空航天器的接收天线、地面发射天线的外径尺寸一致，使得它们之间能够紧密配合。本发明还提供了一种利用所述的深空航天器射频波导测试装置进行射频波导测试的方法，包括对上行通信链路的测试与对下行通信链路的测试；对上行通信链路的测试方法包括步骤1-1)、将射频波导测试装置上行部分连接到上行通信链路中深空航天器的接收天线与地面发射天线之间；步骤1-2)、对天线的性能指标进行测试，以确认步骤1-1)所完成的连接是否正常；
步骤1- 、将指令接收机与所述深空航天器的接收天线连接，将所述地面发射天线与地面上行发射机连接；步骤1-4)、地面上行发射机开机工作；步骤1-5)、指令接收机开机工作，接收地面上行指令数据；步骤1-6)、测试射频波导测试装置上行部分外围的电磁泄漏强度；对下行通信链路的测试方法包括步骤2-1)、将射频波导测试装置下行部分连接到下行通信链路中深空航天器的发射天线与地面测试设备之间；步骤2_2~)、对天线的性能指标进行测试，以确认步骤2-1)所完成的连接是否正常；步骤2- 、将指令发射机连接到所述深空航天器的发射天线；步骤2-4)、指令发射机开机工作；步骤2- 、指令接收机开机工作，接收下行指令数据；步骤2-6)、测试射频波导测试装置下行部分外围的电磁泄漏强度。上述技术方案中，在步骤1- 中，所述的天线的性能指标包括上行驻波比与传输损耗；在步骤2- 中，所述的天线的性能指标包括下行驻波比与传输损耗。本发明的测试方法与测试装置在我国首颗火星探测器上经行了充分的验证，在离 63W的发射天线1米处，电磁辐射比国标中人体可承受的安全指标低2100多倍。可以在人员近距离工作状态下，进行全功率射频测试。
图1为射频波导测试应用场景的示意图；图2为本发明的射频波导测试装置下行部分的结构示意图；图3为本发明的射频波导测试装置上行部分的结构示意图；图4为本发明的射频波导测试装置下行部分在下行通行链路中的安装示意图；图5为本发明的射频波导测试装置上行部分在上行通信链路中的安装示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。卫星是最为常见的一种深空航天器，在下面的实施例中就以卫星为例，对本发明的射频波导测试装置进行说明。参考图1，首先对本发明的射频波导测试装置的应用场景进行说明。卫星与地面的通信过程包括上行通信与下行通信，所述的上行通信是指地面发射的无线信号上传到卫星，被卫星的无线天线所接收；所述的下行通信是指卫星的发射天线所发射的无线信号被地面接收。本发明的射频波导测试装置在进行射频波导测试时需要对上述的上行通信过程与下行通信过程分别加以测试。因此，该测试装置包括上行部分与下行部分。在图2中，对射频波导测试装置下行部分做了详细描述。所述的下行部分包括转接波导以及波导同轴转换。所述的转接波导是一个中空的管状连接腔，起到屏蔽无线信号的作用，而所述的波导同轴转换则用于将无线信号转换成同轴电缆中传输的有线信号。作为一种优选实现方式，转接波导的内壁涂有吸波材料。在对卫星做射频波导测试前，需要先将射频波导测试装置下行部分连接到下行链路中。如图2所示，通过卡箍与紧固螺母将卫星的发射天线连接到转接波导的一端，将所述转接波导的另一端同样通过卡箍、紧固螺母与波导同轴转换的输入端连接。所述波导同轴转换的输出端连接到与地面测试设备相连的电缆上。上述发射天线、转接波导、波导同轴转换之间的连接应当尽可能地密闭，以防止无线信号的泄露。在将射频波导测试装置下行部分连接到通信链路中后，还需要对天线与波导同轴转换的性能指标进行测试，以确认连接是否正常。如图2所示，在测试前，需要采用网络分析仪接收发射天线端口的驻波比以及发射天线在射频波导测试装置下行部分中的传输损耗，在一个实例中，下行驻波比1.26，传输损耗_1(^。在驻波比与传输损耗测试完成后，如图4所示，将指令发射机依次通过发射微波开关、天线微波开关与卫星的低增益发射天线连接，将下行部分与地面测试电缆连接，后面连接地面测试设备。最后卫星上的指令发射机开始工作，地面上的测试设备接收下行指令数据，并同时测试外围空间的电磁泄漏强度。在图3中，对射频波导测试装置上行部分做了详细描述。所述的上行部分包括屏蔽腔，所述屏蔽腔成中空的桶状，但在底面与顶面分别开有通孔，这两个通孔分别用于安插卫星的接收天线与地面的发射天线。所述通孔的尺寸应当与卫星接收天线、地面发射天线的外径尺寸尽可能一致，使得它们之间能够紧密配合。在屏蔽腔的内部涂有吸波材料。在对卫星做射频波导测试前，需要先将射频波导测试装置上行部分连接到上行链路中。如图3所示，卫星的接收天线外表面需要与屏蔽腔连接的部分用纸胶带加以保护，然后在接收天线包裹有纸胶带的部位上安装两个半圆形的固定夹，这两个固定夹通过锁紧螺钉固定，在安装时需注意两个固定夹的螺纹匹配良好。将接收天线安插进屏蔽腔的对应通孔，屏蔽腔通过螺纹直接与接收天线固定夹连接固定，再利用卡箍在卫星的接收天线与屏蔽腔的连接部分加固，尽可能防止无线信号的泄露。以类似的方式可实现地面的发射天线与屏蔽腔间的连接。虽然在图3中，卫星的接收天线为低增益接收天线，但高增益接收天线同样采用射频波导测试装置的上行部分，只是屏蔽腔的大小、屏蔽腔上通孔的尺寸等需要根据高增益接收天线加以调整。在将射频波导测试装置上行部分连接到通信链路中后，还需要对天线的性能指标进行测试，以确认连接是否正常。如图3所示，使用网络分析仪测试接收天线端口驻波比和接收天线与屏蔽腔连接后的传输损耗。在一个实例中，上行驻波比1. 1G，传输损耗-23dB。 此处所得到的上行驻波比与之前计算得到的下行驻波比都满足驻波比小于1. 5的要求。但由于上行的屏蔽腔大，因此在空气中的传输损耗也大。在驻波比与传输损耗测试完成后，如图5所示，将指令接收机与接收天线使用卫星用高频电缆连接固定，屏蔽腔与地面测试电缆连接，后面连接地面上行发射机。地面上行发射机开机工作，通过在发射机与屏蔽腔间加电缆以及衰减器的方式，实现屏蔽腔输入口信号强度约-IlOdBmW的要求。接收机开机工作测试，接收地面上行指令数据。并同时测试屏蔽腔外围空间的电磁泄漏强度。在图4、图5所示的射频波导测试过程中，无线信号的发送与接收都在射频波导测试装置中完成，且射频波导测试装置能够对传输过程中的无线信号加以屏蔽，有效地避免了无线信号的泄露。在图1中的虚线框位置处可安装电磁屏蔽测试设备，测试结果表明在离63W的发射天线1米处，电磁辐射比国标中人体可承受的安全指标低2100多倍。
权利要求
1.一种深空航天器射频波导测试装置，其特征在于，包括上行部分与下行部分；其中， 所述的上行部分包括用于屏蔽无线信号的屏蔽腔；所述屏蔽腔成中空的桶状，在底面与顶面各自开有一个通孔，这两个通孔分别用于安插所述深空航天器的接收天线与地面的发射天线；所述屏蔽腔的内部涂有吸波材料；所述的下行部分包括用于屏蔽无线信号的转接波导以及用于将无线信号转换成有线电缆中所传输的电信号的波导同轴转换；所述的转接波导为一中空的管状连接腔，其一端连接到所述深空航天器的发射天线，其另一端连接到所述波导同轴转换的输入端；所述波导同轴转换的输出端通过有线电缆连接到地面的测试设备。
2.根据权利要求1所述的深空航天器射频波导测试装置，其特征在于，所述转接波导的内壁涂有吸波材料。
3.根据权利要求1所述的深空航天器射频波导测试装置，其特征在于，所述屏蔽腔中的通孔的尺寸与所述深空航天器的接收天线、地面发射天线的外径尺寸一致，使得它们之间能够紧密配合。
4.一种利用权利要求1-3之一的深空航天器射频波导测试装置进行射频波导测试的方法，包括对上行通信链路的测试与对下行通信链路的测试；对上行通信链路的测试方法包括步骤1-1)、将射频波导测试装置上行部分连接到上行通信链路中深空航天器的接收天线与地面发射天线之间；步骤1-2)、对天线的性能指标进行测试，以确认步骤1-1)所完成的连接是否正常； 步骤1-3)、将指令接收机与所述深空航天器的接收天线连接，将所述地面发射天线与地面上行发射机连接；步骤1-4)、地面上行发射机开机工作； 步骤1-5)、指令接收机开机工作，接收地面上行指令数据； 步骤1-6)、测试射频波导测试装置上行部分外围的电磁泄漏强度； 对下行通信链路的测试方法包括步骤2-1)、将射频波导测试装置下行部分连接到下行通信链路中深空航天器的发射天线与地面测试设备之间；步骤2-2)、对天线的性能指标进行测试，以确认步骤2-1)所完成的连接是否正常；步骤2- 、将指令发射机连接到所述深空航天器的发射天线；步骤2-4)、指令发射机开机工作；步骤2- 、指令接收机开机工作，接收下行指令数据；步骤2-6)、测试射频波导测试装置下行部分外围的电磁泄漏强度。
5.根据权利要求4所述的射频波导测试的方法，其特征在于，在步骤1-2)中，所述的天线的性能指标包括上行驻波比与传输损耗；在步骤2- 中，所述的天线的性能指标包括下行驻波比与传输损耗。
全文摘要
本发明涉及一种深空航天器射频波导测试装置，包括上行部分与下行部分；其中，上行部分包括用于屏蔽无线信号的屏蔽腔；屏蔽腔成中空的桶状，在底面与顶面各自开有一个通孔，这两个通孔分别用于安插深空航天器的接收天线与地面的发射天线；屏蔽腔的内部涂有吸波材料；下行部分包括用于屏蔽无线信号的转接波导以及用于将无线信号转换成有线电缆中所传输的电信号的波导同轴转换；转接波导为一中空的管状连接腔，其一端连接到所述深空航天器的发射天线，其另一端连接到波导同轴转换的输入端；波导同轴转换的输出端通过有线电缆连接到地面的测试设备。
文档编号H04B17/00GK102520262SQ20111036248
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者曹志宇, 李金岳, 陈昌亚 申请人:上海卫星工程研究所