वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटीना दक्षता परीक्षण के 5 मैट्रिक्स

सर्कुलर रूप से पोलराइज्ड एंटीना दक्षता का परीक्षण एक्सियल रेशियो (आदर्श रूप से 1.5 dB से नीचे), वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR < 2:1), गेन (आमतौर पर 5–10 dBi), रेडिएशन दक्षता (80% से अधिक का लक्ष्य), और पोलराइजेशन आइसोलेशन (क्रॉस-पोलर डिस्क्रिमिनेशन 15 dB से ऊपर) का उपयोग करके किया जाता है। सटीक प्रदर्शन मूल्यांकन सुनिश्चित करने के लिए ये सभी एनीकोइक चैंबर परीक्षण और वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक अंशांकन (कैलिब्रेशन) के माध्यम से मापे जाते हैं।

एक्सियल रेशियो (Axial Ratio) को कैसे मापें?

पिछले साल सिचांग सैटेलाइट लॉन्च सेंटर में एक घटना हुई थी: Ku-बैंड सैटेलाइट के इन-ऑर्बिट परीक्षण के दौरान, डॉपलर सुधार मापदंडों में एक दशमलव बिंदु की त्रुटि के कारण पोलराइजेशन आइसोलेशन में 4.2dB की गिरावट आई। उस समय, ग्राउंड स्टेशन द्वारा प्राप्त मुख्य पोलराइजेशन सिग्नल पावर अचानक -82dBm से गिरकर -89dBm हो गई, जिससे ऑनबोर्ड सुरक्षा तंत्र लगभग सक्रिय हो गया। हम रोहडे एंड श्वार्ज़ ZVA67 नेटवर्क एनालाइजर के साथ माइक्रोवेव एनीकोइक चैंबर की ओर दौड़े—यदि हम एक्सियल रेशियो को सटीक रूप से नहीं माप पाते, तो पूरे सैटेलाइट की संचार क्षमता आधी रह जाती।

एक्सियल रेशियो को मापने का मूल दो पहलुओं में निहित है: सही चरम बिंदु खोजना और सटीक रूप से चरण अंतर (phase differences) की गणना करना। विशिष्ट ऑपरेशन को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

• चरण एक: एंटीना को एज़िमुथ टर्नटेबल पर माउंट करें और सर्कुलर रूप से पोलराइज्ड तरंगों (सर्कुलर पोलराइजेशन) को प्रसारित करने के लिए एक मानक गेन हॉर्न का उपयोग करें। यहाँ एक खामी है—एनीकोइक चैंबर की अवशोषक सामग्री की परावर्तकता -50dB से नीचे होनी चाहिए (MIL-STD-1377 मानकों के अनुसार), अन्यथा, मल्टीपाथ रिफ्लेक्शन के कारण मापा गया एक्सियल रेशियो 20% से अधिक गलत तरीके से उच्च दिखाई देगा।
• चरण दो: हॉरिजॉन्टल (H) और वर्टिकल (V) पोलराइजेशन घटकों को एक साथ रिकॉर्ड करने के लिए ड्यूल-चैनल रिसीवर का उपयोग करें। ध्यान दें कि स्थानीय ऑसिलेटर फेज शोर -110dBc/Hz@100kHz से कम होना चाहिए (कीसाइट N5291A के लिए मानक विनिर्देश), अन्यथा ऑर्थोगोनल घटक एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगे।
• चरण तीन: तीन से अधिक वर्गों को मापने के लिए एंटीना को घुमाएं और AR = (E_max/E_min) का उपयोग करके एक्सियल रेशियो की गणना करें। मुख्य बिंदु यह है—एंटीना की -3dB बीम चौड़ाई के भीतर कम से कम 17 सैंपलिंग पॉइंट लिए जाने चाहिए (NASA JPL द्वारा अनुशंसित मान), एक पॉइंट चूकने का मतलब मोड रेजोनेंस पॉइंट को मिस करना हो सकता है।

चाइनासैट 9B के पिछले साल के सबक में डाइइलेक्ट्रिक लेयर शामिल थी। इसके फीड नेटवर्क ने घरेलू स्तर पर उत्पादित पॉलीटेट्राफ्लुओरोइथिलीन कंपोजिट सबस्ट्रेट का उपयोग किया, जिसका डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (डाइइलेक्ट्रिक कांस्टेंट) वैक्यूम वातावरण में 2.17 से बढ़कर 2.24 हो गया। एरावांट के WR-42 कैलिब्रेशन पीस को संदर्भ के रूप में उपयोग करते हुए, हमने पाया कि एक्सियल रेशियो 1.5dB के डिज़ाइन किए गए मान से बिगड़कर 4.8dB हो गया, जिससे सैटेलाइट का EIRP (इक्विवेलेंट आइसोट्रोपिक रेडिएटेड पावर) सीधे 2.3dB गिर गया। ऑपरेटरों ने गणना की कि EIRP में प्रत्येक dB की हानि का अर्थ है $1.8 मिलियन की कम वार्षिक आय (एशिया-प्रशांत क्षेत्र में Ku-बैंड ट्रांसपोंडर की औसत कीमत के आधार पर गणना की गई)।

आजकल, सैन्य-ग्रेड मापन डायनेमिक एक्सियल रेशियो टेस्टिंग (DRAT) का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, रेथियॉन के AN/TPY-2 रडार परीक्षणों में एंटीना को साइनसॉइडल स्वीप मोशन में घुमाया जाता है, जबकि एज़िलेंट 89600 वेक्टर सिग्नल एनालाइजर के साथ तात्कालिक पोलराइजेशन अवस्थाओं को कैप्चर किया जाता है। यह विधि परीक्षण समय को 40 मिनट से घटाकर 7 मिनट कर देती है और मूवमेंट के दौरान रोटरी जोड़ों के एक्सियल रेशियो के उतार-चढ़ाव को कैप्चर करती है। परीक्षण डेटा से पता चलता है कि जब रोटेशन की गति 5rpm से अधिक हो जाती है, तो पारंपरिक तरीकों से मापा गया एक्सियल रेशियो 0.8-1.2dB तक गलत तरीके से कम हो सकता है।

अंत में, एक अंदरूनी विवरण: एक्सियल रेशियो परीक्षण रिपोर्ट में पर्यावरणीय तापमान निर्दिष्ट होना चाहिए। मोहे में -45℃ पर परीक्षण किए गए एक निश्चित मॉडल के फेज़्ड एरे रडार ने T/R मॉड्यूल (ट्रांसमिट/रिसीव मॉड्यूल) की फेज स्थिरता में गिरावट का अनुभव किया, जिससे एक्सियल रेशियो बढ़कर 6dB हो गया। बाद में, सिलिकॉन-आधारित लिक्विड क्रिस्टल फेज शिफ्टर्स (LC फेज शिफ्टर) पर स्विच करने से -55℃ से +85℃ तक एक्सियल रेशियो के उतार-चढ़ाव ±0.3dB के भीतर नियंत्रित हो गए। इस मामले ने सीधे GJB 7868-2012 में तापमान क्षतिपूर्ति खंडों को शामिल करने का मार्ग प्रशस्त किया।

यदि आपके पास कीसाइट PNA-X है, तो मल्टीटोन समवर्ती मापन मोड को सक्षम करने की दृढ़ता से अनुशंसा की जाती है। एक निश्चित इलेक्ट्रॉनिक काउंटरमेज़र प्रोजेक्ट में, हमने सत्यापित किया कि यह विधि Q-बैंड ड्यूल सर्कुलर रूप से पोलराइज्ड एंटेना के लिए परीक्षण दक्षता को तीन गुना बढ़ा देती है और इन-बैंड एक्सियल रेशियो रिपल (In-Band AR Ripple) की रीयल-टाइम निगरानी की अनुमति देती है। IF बैंडविड्थ को 1kHz से नीचे सेट करना याद रखें, अन्यथा, शोर का स्तर कमजोर क्रॉस-पोलराइजेशन घटकों को दबा देगा।

गेन पैटर्न के रहस्य

पिछले साल, चाइनासैट 9B के ऑर्बिट एडजस्टमेंट के दौरान, ग्राउंड स्टेशन ने अचानक पता लगाया कि राइट-हैंड सर्कुलर पोलराइजेशन बीम का एक्सियल रेशियो बिगड़कर 4.2dB हो गया था—यह पहले से ही ITU-R S.2199 मानकों (सैटेलाइट संचार पोलराइजेशन आइसोलेशन विनिर्देशों) की रेड लाइन को छू रहा था। उस समय, मैं इन-ऑर्बिट निदान के लिए कीसाइट N5291A नेटवर्क एनालाइजर का उपयोग कर रहा था और पाया कि फीड नेटवर्क में नियर-फील्ड फेज जिटर जमीनी परीक्षणों की तुलना में तीन गुना बढ़ गया था। इस मुद्दे के कारण सैटेलाइट ऑपरेटर को ट्रांसपोंडर लीजिंग शुल्क में प्रति घंटे $23,000 का नुकसान हुआ।

मुख्य मापदंड (Key Parameters)	सैन्य मानक आवश्यकताएं	औद्योगिक ग्रेड मापन	विफलता सीमा (Collapse Threshold)
पोलराइजेशन शुद्धता @12GHz	≥35dB	28.5dB	<26dB लिंक रुकावट
फेज स्थिरता	±2°	5.7° पीक-टू-पीक	>8° बीम विरूपण
एक्सियल रेशियो थर्मल ड्रिफ्ट	0.03dB/℃	0.15dB/℃	>0.2dB अधिकता

सैटेलाइट एंटेना के साथ काम करने वाले लोग जानते हैं कि गेन पैटर्न साधारण द्वि-आयामी वक्र नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, एरावांट का WR-15 मानक हॉर्न, जब 94GHz पर परीक्षण किया जाता है, यदि वेवगाइड फ्लैंज स्क्रू का टॉर्क विचलन 0.1N·m (MIL-PRF-55342G 4.3.2.1 क्लॉज का संदर्भ देते हुए) से अधिक हो जाता है, तो E-प्लेन पैटर्न का साइडलोब स्तर -22dB से बढ़कर -17dB हो जाएगा। यह जियोसिंक्रोनस ऑर्बिट में प्रभावी रेडिएटेड पावर के अतिरिक्त 5% को बर्बाद करने के बराबर है।

पिछले साल एशिया पैसिफिक 6D सैटेलाइट की खराबी को दूर करने के दौरान, हमने एक अजीब घटना की खोज की: मॉलिक्यूलर चेन रिलैक्सेशन के कारण वैक्यूम वातावरण में डाइइलेक्ट्रिक फेज शिफ्टर्स का डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक ±3% ड्रिफ्ट करता है। रोहडे एंड श्वार्ज़ ZVA67 के साथ फेज स्कैन करते समय, हालांकि जमीनी परीक्षणों ने 0.05° की बीम पॉइंटिंग सटीकता दिखाई, लेकिन अंतरिक्ष में यह 0.12° हो गई। बाद में जांच से पता चला कि पॉलीटेट्राफ्लुओरोइथिलीन सपोर्ट फ्रेम के माइक्रो-डिस्चार्ज प्रभाव (मल्टीपैक्शन इफेक्ट) के कारण थर्मल विस्तार हुआ।

• सैटेलाइट एंटीना पांच-चरण सत्यापन विधि: वैक्यूम कोल्ड वेल्डिंग टेस्ट → डॉपलर फ्रीक्वेंसी ऑफसेट क्षतिपूर्ति → प्लाज्मा डिपोजिशन सुरक्षात्मक परत → ब्रूस्टर एंगल इंसिडेंस कैलिब्रेशन → ऑन-ऑर्बिट सेल्फ-हीलिंग एल्गोरिथम इंजेक्शन
• फेज सेंटर स्थिरता पूर्ण गेन से अधिक महत्वपूर्ण है: एक X-बैंड फेज़्ड एरे ने कक्षा में 0.7λ फेज सेंटर शिफ्ट का अनुभव किया, जिससे बीम कवरेज क्षेत्र में पूर्व निर्धारित कक्षीय स्थिति से 12 किमी का विचलन हुआ।

हाल ही में, HFSS सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, हमने एक प्रति-सहज निष्कर्ष निकाला: रेडिएशन पैच की संख्या बढ़ाने से वास्तव में सर्कुलर पोलराइजेशन एक्सियल रेशियो खराब हो जाता है। जब तत्वों की संख्या 64 से अधिक हो जाती है, तो फीड नेटवर्क का मोड शुद्धता कारक 0.98 से गिरकर 0.87 हो जाता है। यह फाइबर ऑप्टिक्स में मोडल डिस्परशन के समान है जहाँ एक बार उत्तेजित होने के बाद उच्च-क्रम मोड को दबाया नहीं जा सकता।

वर्तमान सैन्य-ग्रेड समाधान एल्यूमीनियम नाइट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स का उपयोग करते हैं जिसमें डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक तापमान गुणांक ±15ppm/℃ (IEEE Std 1785.1-2024 का संदर्भ देते हुए) के भीतर नियंत्रित होता है। हाल ही में एक चेतावनी रडार प्रोजेक्ट डिबगिंग के दौरान, हमने पाया कि रेडोम के लिए साधारण FR4 सामग्री का उपयोग करने के परिणामस्वरूप -55℃ पर 1.2dB एक्सियल रेशियो में गिरावट आई। बाद में, प्लाज्मा-स्प्रे किए गए बेरिलियम ऑक्साइड पर स्विच करने से थर्मल ड्रिफ्ट कम होकर 0.03dB/℃ के भीतर आ गया।

क्या बैंडविड्थ कवरेज पर्याप्त है?

सैटेलाइट संचार पेशेवर जानते हैं कि पिछले साल चाइनासैट 9B को अचानक ट्रांसफर ऑर्बिट के दौरान समस्याओं का सामना करना पड़ा। बाद की जांच से पता चला कि अपर्याप्त बैंडविड्थ परीक्षण ही इसका कारण था—फीड नेटवर्क का VSWR (वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो) 14.5GHz पर 1.8 तक बढ़ गया, जिससे सैटेलाइट का EIRP (इक्विवेलेंट आइसोट्रोपिक रेडिएटेड पावर) तुरंत 2.3dB गिर गया। अंतरराष्ट्रीय दूरसंचार संघ ITU-R S.1327 मानकों के अनुसार, यह त्रुटि सीमा से चार गुना अधिक थी, जिसके परिणामस्वरूप $8.6 मिलियन का नुकसान हुआ।

सर्कुलर रूप से पोलराइज्ड एंटेना की बैंडविड्थ को मापना केवल VNA (वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक) के साथ फ्रीक्वेंसी स्वीप करने के बारे में नहीं है। पिछले साल, हमारी टीम ने एक निश्चित सैटेलाइट-जनित एंटीना का परीक्षण करने के लिए रोहडे एंड श्वार्ज़ ZNA43 का उपयोग किया और पाया कि जब वैक्यूम चैंबर में दबाव 10^-6 Pa स्तर तक गिर गया, तो डाइइलेक्ट्रिक सबस्ट्रेट tanδ (लॉस टेंगेंट) 0.002 से बढ़कर 0.005 हो गया—इसने Ku बैंड में 3dB एक्सियल रेशियो (Axial Ratio) बैंडविड्थ को 35% कम कर दिया।

परीक्षण की स्थितियाँ	औद्योगिक ग्रेड संकेतक	सैन्य मानक आवश्यकताएं	विफलता सीमा (Collapse Threshold)
परिवेश का तापमान और दबाव	12% सापेक्ष बैंडविड्थ	≥15% @ -3dB AR	<10% पोलराइजेशन बेमेल का कारण
वैक्यूम थर्मल साइकलिंग	8%±2%	≥12% (-55℃~+125℃)	>±5% थर्मल ड्रिफ्ट-प्रेरित आवृत्ति बदलाव
प्रोटॉन विकिरण के बाद	6% @10^15 p/cm²	ECSS-Q-ST-70C 6.4.1	<5% संचार व्यवधान का कारण

व्यवहार में सबसे गहरा गड्ढा जिसका सामना करना पड़ा, वह एक निश्चित X-बैंड फेज़्ड एरे का बैंडविड्थ परीक्षण था। MIL-PRF-55342G 4.3.2.1 के अनुसार, हमने कीसाइट PNA-X के साथ TRL कैलिब्रेशन (थ्रू-रिफ्लेक्ट-लाइन कैलिब्रेशन विधि) किया, जिसके परिणामस्वरूप 28GHz पर 0.5dB इंसर्शन लॉस उतार-चढ़ाव आया। बाद में पता चला कि वेवगाइड फ्लैंज की सतह खुरदरापन Ra मान सैन्य मानक से अधिक था—0.8μm आवश्यक था, लेकिन आपूर्तिकर्ता ने 1.2μm हासिल किया, जो माइक्रोवेव तरंग दैर्ध्य का 1/150 है, जिससे सीधे मोड डिस्टर्बेंस हुआ।

• [जरूर परीक्षण करें तीन फ्रीक्वेंसी पॉइंट] लो-फ्रीक्वेंसी बैंड-सेंटर फ्रीक्वेंसी-हाई-फ्रीक्वेंसी बैंड, प्रत्येक 10% बैंडविड्थ द्वारा विस्तारित।
• [मृत्यु चेतावनी रेखा] एक्सियल रेशियो गिरावट ढलान (slope) >3dB/GHz (सैटेलाइट एटीट्यूड एडजस्टमेंट तालमेल नहीं रख पाता)।
• [एनीकोइक चैंबर में प्रेत चित्र] मल्टीपाथ रिफ्लेक्शन ±2% बैंडविड्थ माप त्रुटियों का कारण बनते हैं (पिरामिड एब्जॉर्बर कॉटन + 30dB शांत क्षेत्र कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करना चाहिए)।

हाल ही में, एक निश्चित Q/V बैंड पेलोड पर काम करते हुए, हमें एक प्रति-सहज घटना मिली: डाइइलेक्ट्रिक-लोडेड वेवगाइड्स का उपयोग बैंडविड्थ को 20% तक बढ़ा सकता है, लेकिन यह मोड शुद्धता कारक (Mode Purity Factor) को खराब कर देता है। IEEE Std 1785.1-2024 के अनुसार, वैक्यूम वातावरण में, यह TE11-TM11 हाइब्रिड मोड उत्पन्न करता है, जिससे क्रॉस-पोलराइजेशन आसमान छूने लगता है—जैसे राजमार्ग पर अचानक लेन बदलना, क्या सिग्नल दुर्घटनाग्रस्त होने से बच सकते हैं?

NASA JPL ने पिछले साल एक कठिन कदम उठाया: C-बैंड सर्कुलर पोलराइजेशन एक्सियल रेशियो बैंडविड्थ को 18% तक बढ़ाने के लिए मेटासरफेस लेंस का उपयोग करना। हालांकि, ये इंसिडेंट एंगल (Incident Angle) के प्रति बेहद संवेदनशील हैं, जिसमें प्रदर्शन ±5° से आगे तेजी से गिरता है, इसलिए गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण मिशनों के लिए सावधानी बरतने की सलाह दी जाती है।

इंपीडेंस मैचिंग (Impedance Matching) कितनी कठिन है?

रात के 3 बजे, हमें यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) से एक तत्काल नोटिस मिला — झोंगक्सिंग 9B के फीड नेटवर्क ने अचानक असामान्य VSWR (वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो) दिखाया, जिससे पूरे सैटेलाइट का EIRP (इक्विवेलेंट आइसोट्रोपिक रेडिएटेड पावर) 2.7dB तक गिर गया। हमने अपना कीसाइट N5291A वेक्टर नेटवर्क एनालाइजर उठाया और माइक्रोवेव एनीकोइक चैंबर में पहुंचे; इसे हल करने में विफल रहने पर हमें $8.6M का दंड भुगतना पड़ सकता था।

जो कोई भी माइक्रोवेव इंजीनियरिंग के साथ खेल चुका है, वह जानता है कि इंपीडेंस मैचिंग रहस्यवाद के ब्लैक होल की तरह है। अमेरिकी सैन्य मानक MIL-STD-188-164A अनुभाग 4.3.2.1 के अनुसार, 94GHz बैंड पर वेवगाइड घटकों का रिटर्न लॉस -25dB से नीचे दबाया जाना चाहिए। लेकिन वास्तविकता में:

• फ्लैंज को आधा मोड़ कसने से फेज ड्रिफ्ट 0.15°/℃ तक बढ़ सकता है।
• वेवगाइड की आंतरिक दीवार पर स्किन इफेक्ट सतह खुरदरापन Ra को महत्वपूर्ण बनाता है, जिसे मानकों को पूरा करने के लिए माइक्रोवेव तरंग दैर्ध्य के 1/200वें हिस्से के बराबर होना आवश्यक है।
• गलत Pasternack PE15SJ20 कनेक्टर का उपयोग? इंसर्शन लॉस सीधे सैन्य-ग्रेड समाधान की तुलना में 0.22dB अधिक बढ़ जाता है।

पिछले साल, TRMM सैटेलाइट (ITAR-E2345X/DSP-85-CC0331 प्रोजेक्ट) के लिए रडार को कैलिब्रेट करते समय, हम ब्रूस्टर एंगल इंसिडेंस के गड्ढे में गिर गए। एल्यूमीनियम-लेपित मीडिया खिड़कियों का डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक वैक्यूम वातावरण में 3% ड्रिफ्ट कर गया, जिससे इंपीडेंस जंप पॉइंट 1.2 मिमी शिफ्ट हो गए, जिससे X-बैंड फीड नेटवर्क पूरी तरह से बाधित हो गया।

“Feko फुल-वेव सिमुलेशन का उपयोग करके गणना किया गया विश्वास अंतराल केवल 4σ तक पहुँचा। वास्तविक स्थापना परीक्षण के दौरान, सौर विकिरण प्रवाह 10^4 W/m² से अधिक हो गया, और सब कुछ फिर से बिखर गया।” — IEEE MTT-S तकनीकी समिति के इंजीनियर झांग, जिन्हें सैटेलाइट माइक्रोवेव सिस्टम डिज़ाइन करने का 17 वर्षों का अनुभव है।

उद्योग में अब सबसे क्रूर कदम सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफेरेंस डिवाइसेस (SQUID) का उपयोग है, जिसे NASA JPL के D-102353 तकनीकी ज्ञापन के साथ जोड़कर मोड शुद्धता कारक को 99.7% तक धकेला जा सकता है। हालांकि, मुद्दा उठता है: इस डिवाइस को इंटर-सैटेलाइट लिंक में 10^15 प्रोटॉन/cm² की विकिरण खुराक का सामना करना चाहिए और ECSS-Q-ST-70C 6.4.1 सतह उपचार आवश्यकताओं को भी पूरा करना चाहिए…

हमारा हालिया मिसाइल-जनित रडार प्रोजेक्ट और भी चरम था: इसके लिए 5μs से कम के एजाइल फ्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स समय की आवश्यकता थी, जबकि WR-15 फ्लैंज की पावर हैंडलिंग क्षमता को 50kW दालों (pulses) का सामना करना पड़ता था। हमने नई प्लाज्मा डिपोजिशन प्रक्रियाओं की कोशिश की, जिससे नियोबियम-टाइटेनियम अलॉय वेवगाइड्स की पावर सीमा 58% बढ़ गई, लेकिन नियर-फील्ड फेज जिटर एक नई चुनौती बन गई।

तो यह मत पूछिए कि “यदि VSWR समायोजित नहीं किया जा सकता है तो क्या करें” — पहले अपने वेक्टर नेटवर्क एनालाइजर को रोहडे एंड श्वार्ज़ ZVA67 से बदलें और ITU-R S.1327 मानक मान ±0.5dB के अनुसार फीड नेटवर्क को फिर से कैलिब्रेट करें। याद रखें: इंपीडेंस मैचिंग एक तकनीकी मुद्दा नहीं है, बल्कि एक इंजीनियरिंग दर्शन की समस्या है।

तापमान ड्रिफ्ट (Temperature Drift) को कैसे नियंत्रित करें?

पिछले साल, झोंगक्सिंग 9B पर काम करते समय, हमें जमीनी परीक्षणों के दौरान एक महत्वपूर्ण मुद्दा मिला: -40℃ और +85℃ (उद्योग शब्दजाल: पोलराइजेशन शुद्धता ध्वस्त हो गई) के बीच तापमान साइकलिंग के दौरान एंटीना एरे का एक्सियल रेशियो 6dB से अधिक हो गया। यह कोई मजाक नहीं है; ITU-R S.1327 मानक के अनुसार, एक्सियल रेशियो ≤3dB होना चाहिए, अन्यथा, पूरे एशिया-प्रशांत बीम कवरेज के लिए फ्रीक्वेंसी के पुन: समन्वय की आवश्यकता होगी। मुख्य अभियंता ने 72 घंटों के भीतर समाधान की मांग की, और हमारी टीम 24-घंटे की शिफ्ट में काम करने वाले तीन समूहों के माध्यम से डाइइलेक्ट्रिक फेज शिफ्टर के तापमान क्षतिपूर्ति एल्गोरिदम में समस्या का पता लगाने में सफल रही।

तापमान ड्रिफ्ट को नियंत्रित करने का मूल सामग्री चयन और संरचनात्मक डिज़ाइन में निहित है। सामग्री के संबंध में, व्यावसायिक रूप से “कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक” लेबल वाले बोर्डों पर कभी भरोसा न करें। हमने Rogers RT/duroid 5880 की तुलना Taconic RF-35 से की; 94GHz मिलीमीटर वेव बैंड में, पूर्व ±0.002 का तापमान ड्रिफ्ट गुणांक (Δεr/℃) प्राप्त करता है, जबकि बाद वाला ±0.015 तक बढ़ जाता है। 0.013 का यह अंतर 64-तत्व फेज़्ड एरे (उद्योग शब्दजाल: बीम वांडरिंग) के लिए दो कक्षीय स्थितियों के बीम पॉइंटिंग विचलन में अनुवादित होता है।

संरचनात्मक डिज़ाइन और भी नाजुक है। पिछले साल, फेंग्युन-4 के लिए फीड नेटवर्क पर काम करते समय, हमने पाया कि पारंपरिक नालीदार वेवगाइड्स (corrugated waveguides) वैक्यूम थर्मल चक्रों के तहत विकृत हो जाते हैं। बाद में, हमने एक डबल-लेयर नेस्टेड संरचना पर स्विच किया, जिसमें बाहरी सपोर्ट कंकाल के रूप में इनवार अलॉय (Invar alloy) और गर्मी चालन के लिए गोल्ड-प्लेटेड एल्यूमीनियम का उपयोग किया गया, जिससे फेज तापमान ड्रिफ्ट कम होकर 0.005°/℃ हो गया। इसका क्या मतलब है? यह MIL-PRF-55342G सैन्य मानकों से 20 गुना सख्त है।

क्षतिपूर्ति सर्किट में अतिरेक (Redundancy) आवश्यक है। हमारा वर्तमान मानक ऑपरेशन एनालॉग एंड पर रीयल-टाइम फेज सुधार के लिए गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) PIN डायोड का उपयोग करना है, और डिजिटल एंड पर एक DSP प्रेडिक्शन मॉडल को स्टैक करना है। बेइदौ-3 के लिए फीड सिस्टम ने बिल्कुल वैसा ही किया, और कीसाइट N5291A नेटवर्क एनालाइजर द्वारा मापे गए डेटा के आधार पर, VSWR अत्यधिक तापमान झटकों के तहत 1.25:1 के भीतर स्थिर रहा। सरल भाषा में, चाहे अंतरिक्ष में जाना हो या जमीन पर, सिग्नल की गुणवत्ता चट्टान की तरह ठोस बनी रहती है।

परीक्षण में कभी भी चरणों को न छोड़ें। अमेरिकी सैन्य मानक MIL-STD-188-164A के अनुसार, इन तीन चरणों को पूरा किया जाना चाहिए:
1. वैक्यूम चैंबर में 50 तापमान चक्र चलाएं (-55℃↔+125℃)।
2. 72 घंटों के लिए सोलर सिमुलेटर (1120W/m² तीव्रता) में रखें।
3. शेकर टेबल (20-2000Hz/6.1Grms) पर XYZ तीन-अक्षीय रैंडम कंपन निष्पादित करें।
पिछले साल, स्पेसएक्स स्टारलिंक सैटेलाइट्स के एक बैच ने इनमें से कुछ चरणों को छोड़ दिया, जिसके परिणामस्वरूप कक्षा में पोलराइजेशन आइसोलेशन में गिरावट आई, जिससे पूरे बैच को बैकअप स्थिति में डाउनग्रेड करना पड़ा।

अंत में, एक व्यावहारिक टिप: तापमान ड्रिफ्ट के मुद्दों से निपटते समय, पहले एक इन्फ्रारेड कैमरा (जैसे FLIR T865) के साथ पूरे एंटीना सिस्टम को स्कैन करें। वेवगाइड फ्लैंज और रेडिएटिंग स्लॉट के बीच के कनेक्शन पर ध्यान केंद्रित करें, जहाँ सूक्ष्म थर्मल तनाव विकृतियाँ अक्सर छिपी रहती हैं। NASA JPL के तकनीकी ज्ञापन (JPL D-102353) में कहा गया है कि जब तापमान का अंतर 30℃ से अधिक हो जाता है, तो पीतल के कनेक्टर 0.2μm तक विकृत हो सकते हैं — ऐसे बदलाव Ku-बैंड में 0.7dB की गेन हानि का कारण बन सकते हैं।

आजकल, सैन्य-ग्रेड प्रोजेक्ट एक्टिव तापमान नियंत्रण का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, नवीनतम चांग’ई-6 पर रिले एंटीना वेवगाइड के चारों ओर लिपटी पेल्टियर सेमीकंडक्टर कूलिंग प्लेट्स का उपयोग करता है, जिसे क्लोज्ड-लूप नियंत्रण के लिए PT1000 प्लैटिनम प्रतिरोधकों के साथ जोड़ा जाता है। यह सिस्टम पारंपरिक समाधानों की तुलना में 20 गुना तेजी से, 15 सेकंड के भीतर स्थानीय तापमान अंतर को ±0.3℃ तक दबा सकता है। हालांकि, लागत वास्तव में प्रभावशाली है, प्रत्येक तापमान नियंत्रण मॉड्यूल की कीमत एक टॉप-ऑफ-द-लाइन मॉडल S खरीदने के लिए पर्याप्त है।