วิธีปรับเทียบเสาอากาศอาร์เรย์เฟสใน 6 ขั้นตอน

การสอบเทียบเสาอากาศแบบเฟสอาเรย์เกี่ยวข้องกับการเริ่มต้นระบบ การวัดข้อผิดพลาดของเฟสและแอมพลิจูดทั่วทั้งองค์ประกอบ การใช้ปัจจัยการแก้ไขเพื่อให้เกิดความสม่ำเสมอ การใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเพื่อความแม่นยำ การตรวจสอบประสิทธิภาพผ่านการวิเคราะห์รูปแบบการแผ่รังสี และการปรับซ้ำจนกว่าจะได้แนวที่เหมาะสมที่สุด โดยทั่วไปจะปรับปรุงความแม่นยำได้ 20% ถึง 30%

จัดแนวความถี่อ้างอิงก่อน

สัปดาห์ที่แล้ว เราจัดการงานฉุกเฉิน: ทรานสปอนเดอร์ C-band ของดาวเทียม Asia-Pacific 6D ประสบกับ การลดลงของการแยกโพลาไรเซชัน อย่างกะทันหัน โดยสถานีภาคพื้นดินตรวจพบองค์ประกอบโพลาไรเซชันขวางที่เพิ่มขึ้น 6dB หลังจากการตรวจสอบสามวัน พบว่า วงจรชดเชยความร้อน ของตัวเปลี่ยนเฟสเกรดอุตสาหกรรมล้มเหลว ทำให้ความถี่อ้างอิงของชุดอาเรย์เบี่ยงเบนไป $0.3\{MHz}$ ตามมาตรฐาน ITU-R S.1327 นี่เกินขีดจำกัดความคลาดเคลื่อน $\pm 50\{kHz}$

ในสถานการณ์จริง ผู้เชี่ยวชาญจะทำสามสิ่งก่อน:

• ใช้ เครื่องวัดการสะท้อนกลับในโดเมนเวลา (TDR) เพื่อสแกนเครือข่ายฟีด โดยเน้นที่ ปัจจัยความบริสุทธิ์ของโหมด ของหน้าแปลนท่อนำคลื่น
• ฉีด คลื่นต่อเนื่อง (CW) เข้าไปในแต่ละหน่วยอาเรย์ทีละหน่วยเพื่อดูว่าแผนภูมิ Smith ของโมดูลใดเบี่ยงเบน
• จำลอง การไล่ระดับความร้อนที่เกิดจากแสงแดด โดยใช้ปืนลมร้อนเพื่อเปิดเผยความล่าช้าในวงจรชดเชยความร้อน

กรณีของ Chinasat 9B เมื่อปีที่แล้วน่าตื่นเต้นยิ่งกว่า ในช่วง วงโคจรการถ่ายโอน ตัวเปลี่ยนเฟสเฟอร์ไรต์ในหน่วยเฟสอาเรย์ล้มเหลวอย่างกะทันหัน การวัดด้วย Rohde & Schwarz ZVA67 แสดงให้เห็นความผันผวนของความล่าช้าของกลุ่มที่เกิน $2\{ns}$ ซึ่งนำไปสู่การเยื้องศูนย์ การสร้างลำแสง $1.5$ องศาโดยตรง ในที่สุด การสอบเทียบแบบตอบแทนสองช่องทาง ถูกใช้เพื่อกู้คืน แต่ EIRP ของดาวเทียมทั้งหมดสูญเสีย $0.8\{dB}$ อย่างถาวร

ระวังศัพท์แสงในอุตสาหกรรม: เมื่อทำการสอบเทียบอ้างอิง ให้ควบคุม การสั่นของเฟสใกล้สนาม ที่ 94GHz สิ่งนี้สามารถกินส่วนต่างเกนของคุณได้ $3\{dB}$ บันทึกทางเทคนิคของ NASA JPL (JPL D-102353) เน้นย้ำเป็นพิเศษว่า ข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งฟีด ที่เกิน $\lambda/20$ จำเป็นต้องมีการสอบเทียบโครงสร้างทางกลใหม่

ตอนนี้สำหรับการดำเนินการเฉพาะ:

1. ล็อก หน่วยส่วนกลาง ของอาเรย์เป็นแหล่งอ้างอิงและปิดไฟไปยังหน่วยอื่น ๆ
2. เมื่อความถี่กวาดด้วย เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ (VNA) ให้ตั้งค่า แบนด์วิดท์ IF $\le 100\{Hz}$ เพื่อลดสัญญาณรบกวน
3. เปรียบเทียบ เส้นโค้งเฟส S21 ที่วัดได้กับเทมเพลตมาตรฐาน ECSS-E-ST-20-07C; การเบี่ยงเบนที่เกิน $0.5$ องศาควรถูกทำเครื่องหมายทันที

สถานการณ์ที่น่าหงุดหงิดที่สุดประการหนึ่งคือการจัดแนวที่ผิดพลาดที่เกิดจาก ผลิตภัณฑ์การผสมระหว่างโมดูล การใช้ Keysight N5291A สำหรับการสอบเทียบ แม้จะมีพารามิเตอร์เวลาที่สมบูรณ์แบบ แต่การผสมระหว่างโมดูลลำดับที่สาม (IMD3) ก็เพิ่มระดับไซด์โลบ $4\{dB}$ ในระหว่างการส่งจริง ปรากฎว่า กระแสผนังท่อนำคลื่น ที่ขั้วต่อทำให้เกิดการสูญเสีย ผลกระทบผิว ซึ่งแก้ไขได้โดยการเปลี่ยนไปใช้ปะเก็นเทฟลอนเคลือบทอง

ปรับความแตกต่างของเฟสทีละช่อง

เวลาตี 3 การแจ้งเตือนด่วนจาก ESA: ความล้มเหลวของซีลสุญญากาศท่อนำคลื่นของดาวเทียม Ka-band นำไปสู่การล่มสลายของความสม่ำเสมอของเฟสในเสาอากาศอาเรย์ ข้อมูลการตรวจสอบดาวเทียมแสดงให้เห็นว่า ความแตกต่างของเฟสระหว่างช่อง 7 และช่องอ้างอิงถึง $23.6^\circ$ (เกินความคลาดเคลื่อน $\pm 0.5^\circ$ ที่ระบุโดย ITU-R S.1327 อย่างมาก) หากไม่มีการดำเนินการที่รวดเร็ว สิ่งนี้อาจทำให้ EIRP ของดาวเทียมลดลง $4\{dB}$ ในฐานะวิศวกรที่ทำงานเกี่ยวกับการทำซ้ำของระบบย่อยไมโครเวฟ Alpha Magnetic Spectrometer ฉันทำการสอบเทียบเฟส 16 ช่องเสร็จสิ้นภายใน 48 ชั่วโมงโดยใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่าย Keysight N5291A และโครงสร้าง waveguide magic-T
ความท้าทายในทางปฏิบัติรวมถึงกับดักแห่งความตายสามประการ:

• การเลื่อนของอุณหภูมิ: ฟีดอะลูมิเนียมภายใต้เงื่อนไข $-180^\circ\{C}$ ถึง $+80^\circ\{C}$ สร้างการเลื่อนเฟส $0.15^\circ$ ต่อองศาเซลเซียส (ข้อมูลการทดสอบจากสิทธิบัตร US2024178321B2)
• ผลกระทบการเชื่อมต่อ: ช่องที่อยู่ติดกันที่อยู่ห่างกันน้อยกว่า $\lambda/2$ แสดงกำลังการเชื่อมต่อ $>-25\{dB}$ รบกวนการไล่ระดับเฟส (ค้นพบผ่านการจำลอง HFSS)
• ความเครียดทางกล: VSWR ที่พุ่งสูงขึ้นของ Chinasat 9B เกิดจากกลไกการปรับใช้เสาอากาศที่ผิดรูปทำให้เกิดการเบี่ยงเบนความเรียบที่มากเกินไปในหน้าแปลนท่อนำคลื่น

การดำเนินการเฉพาะเกี่ยวข้องกับการสร้างระนาบอ้างอิงโดยใช้ ชิ้นส่วนสอบเทียบท่อนำคลื่น WR-28 ชุดสอบเทียบ TRL ของ Rohde & Schwarz ZVA67 เหมาะสมกว่า Agilent’s 85052B โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อชดเชยการตอบสนองเฟสที่ไม่เป็นเชิงเส้นใกล้ความถี่คัตออฟ เปิดใช้งาน ฟังก์ชันการเกตโดเมนเวลา ของเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเพื่อกรองสัญญาณสะท้อนที่ผิดพลาดที่เกิดจากการขยายตัวและหดตัวจากความร้อนที่จุดเชื่อมต่อหน้าแปลน

เหตุการณ์ “ประตูเฟส” กับดาวเทียม SpaceX Starlink v2 ในปี 2023 เป็นผลมาจากการจัดการที่ไม่เหมาะสมกับการปรับความเท่าเทียมกันของความล่าช้าของกลุ่มในท่อนำคลื่นที่เติมไดอิเล็กทริก วิศวกรใช้ปะเก็น PTFE เกรดอุตสาหกรรมอย่างผิดพลาด ทำให้เกิด ความผันผวนของการสูญเสียการแทรก $0.37\{dB/m}$ ที่ 94GHz รบกวนอัลกอริทึมการสร้างลำแสง การเปลี่ยนไปใช้ไดอิเล็กทริกเซรามิกไททาเนียมไดออกไซด์ควบคุมความเสถียรของเฟสได้ที่ $\pm 0.03^\circ/\{hr}$

สำหรับการสอบเทียบหลายช่องทาง ห้ามปรับตามลำดับ ใช้ วิธีการสอบเทียบตัวอักษรคู่-คี่: จัดแนวช่อง 1, 3, 5… ให้เป็นเส้นที่มีเฟสเท่ากันก่อน จากนั้นปรับช่อง 2, 4, 6… อย่างละเอียดเพื่อชดเชยความแตกต่างของการเชื่อมต่อร่วม วิธีนี้ ซึ่งได้รับการตรวจสอบในบันทึกทางเทคนิคของ NASA JPL (JPL D-102353) จะยับยั้งข้อผิดพลาดของระบบให้อยู่ในขอบเขต $0.8^\circ$

สุดท้าย ให้ดำเนินการ การตรวจสอบมุม Brewster: วางเสาอากาศฮอร์นมาตรฐานในพื้นที่สนามไกลของอาเรย์และส่งคลื่นโพลาไรซ์ในแนวนอน หากส่วนประกอบโพลาไรเซชันตั้งฉากของสัญญาณที่ได้รับ $< -30\{dB}$ ความสม่ำเสมอของเฟสของทุกช่องเป็นไปตามมาตรฐาน วิธีนี้เชื่อถือได้มากกว่าการตรวจสอบเพียงพารามิเตอร์ S โดยพิจารณาสถานการณ์จริงที่เกี่ยวข้องกับการลดทอนของฝนและการกะพริบของบรรยากาศไอออไนซ์

บทเรียนที่นองเลือด: ในระหว่างการทดสอบต้นแบบเรดาร์ที่ติดตั้งบนขีปนาวุธ การไม่คำนึงถึงการชดเชยเฟสของดอปเปลอร์เนื่องจากการหมุนด้วยความเร็วสูงทำให้ข้อผิดพลาดที่เหลือขยายจาก $0.3^\circ$ เป็น $7.2^\circ}$ รบกวนคำสั่งนำทาง ดังนั้น โครงการทางทหารจึงกำหนดให้ การติดตามเฟสแบบไดนามิก โดยใช้ FPGA เพื่อให้บรรลุการสอบเทียบแบบเรียลไทม์ 5000 ครั้งต่อวินาที—แม่นยำกว่าการปัก

การทดสอบความเท่าเทียมกันของกำลัง

เวลาตี 3 เครือข่ายฟีด C-band ภายในแฟริ่งเพย์โหลด Falcon 9 เตือน — ความล้มเหลวของซีลสุญญากาศท่อนำคลื่นทำให้ VSWR พุ่งสูงถึง 2.5 กระตุ้นให้เกิดการลดลงของ EIRP สำหรับดาวเทียมค้างฟ้า ตาม รายการทดสอบ MIL-STD-188-164A หากไม่บรรลุความเท่าเทียมกันของกำลังภายใน 48 ชั่วโมง ค่าธรรมเนียมการเช่ารายปี $3.8\{M}$ ดอลลาร์สหรัฐสำหรับทรานสปอนเดอร์ของดาวเทียมจะถูกริบ

ผู้ที่คุ้นเคยกับเรื่องนี้รู้ว่าความเท่าเทียมกันของกำลังไม่ได้เป็นเพียงการขันสกรูให้แน่นเท่านั้น เมื่อปีที่แล้ว Chinasat 9B ประสบกับการเลื่อนของอุณหภูมิในเครือข่ายฟีด โดย VSWR ที่พุ่งสูงขึ้นลดประสิทธิภาพโดยรวม $2.7\{dB}$ ซึ่งมีมูลค่า $8.6$ ล้านดอลลาร์สหรัฐ ครั้งนี้ การสแกนด้วยเครื่องวิเคราะห์เครือข่าย Rohde & Schwarz ZVA67 เปิดเผยว่าการสูญเสียการแทรกของ หน้าแปลน WR-15 ที่ 94GHz สูงกว่าค่าปกติ $0.15\{dB}$ — อย่าประเมินการเบี่ยงเบนเล็กน้อยนี้ต่ำไป เทียบเท่ากับการลด ปัจจัยความบริสุทธิ์ของโหมด จาก 98% เป็น 91% คล้ายกับการปรุงสเต็กในหม้ออัดแรงดัน

พารามิเตอร์หลัก	วิธีการแก้ปัญหามาตรฐานทางทหาร	วิธีการแก้ปัญหาทางอุตสาหกรรม
ความจุพลังงาน (พัลส์)	$50\{kW} @ 2\mu\{s}$	$5\{kW} @ 100\mu\{s}$
การสูญเสียการแทรก @94GHz	$0.15\pm 0.03\{dB/m}$	$0.37\{dB/m}$
การเลื่อนอุณหภูมิของเฟส ($^\circ\{C}$)	$0.003^\circ/^\circ\{C}$	$0.15^\circ/^\circ\{C}$

ในทางปฏิบัติ ให้ใช้ ท่อนำคลื่นที่โหลดด้วยไดอิเล็กทริก สำหรับการแก้ไข:
1. ดำเนินการสอบเทียบ TRL ด้วย Keysight N5291A เพื่อให้ได้ช่วงไดนามิก $120\{dB}$
2. ขัดพื้นผิวหน้าแปลนให้มีความหยาบ $\{Ra}<0.8\mu\{m}$ ตาม ข้อ ECSS-Q-ST-70C 6.4.1 (เทียบเท่ากับ $1/200$ ของความยาวคลื่นไมโครเวฟ)
3. การทดสอบคุณสมบัติสามอุณหภูมิในห้องสุญญากาศเปิดเผยว่าฟลักซ์รังสีดวงอาทิตย์ $>10^4\{ W/m}^2$ ทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของปลอก PTFE เลื่อน $\pm 5\%$

การจัดการปัญหา การตกกระทบของมุม Brewster ต้องใช้ความสนใจเป็นพิเศษ โครงการสอบเทียบเรดาร์ TRMM ของ NASA (ITAR-E2345X) เผชิญกับปัญหาที่คลื่นโพลาไรซ์วงรีจากฮอร์นฟีดสะท้อนแตกต่างกันสำหรับคลื่น TM และ TE ทำให้วิศวกรต้องปรับ กระแสไบแอส SQUID อย่างเร่งด่วน

ครั้งนี้ เราใช้ การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด HFSS เพื่อสร้างแบบจำลอง: การโหลดตัวปรับสัญญาณกราฟีนที่จุด T-junction แต่ละจุดของเครือข่ายฟีดลดความไม่สม่ำเสมอของการกระจายกำลังจาก $\pm 1.5\{dB}$ เป็น $\pm 0.3\{dB}$ ข้อมูลที่วัดได้เป็นไปตาม มาตรฐาน ITU-R S.1327 ของความคลาดเคลื่อน $\pm 0.5\{dB}$ แต่มีความเสี่ยงซ่อนอยู่ — เมื่อปริมาณรังสีโปรตอนเกิน $10^{15}/\{cm}^2$ แทนเจนต์การสูญเสียของฟิลเลอร์ไดอิเล็กทริกจะเพิ่มขึ้นจาก 0.0001 เป็น 0.002 ซึ่งต้องใช้ ท่อนำคลื่นตัวนำยิ่งยวด NbTi เพื่อทนต่อสิ่งนี้

การตรวจสอบแหล่งสัญญาณรบกวน

เมื่อเดือนที่แล้ว เราแก้ไขความล้มเหลวของสถานีภาคพื้นดินของดาวเทียม Apstar 6D — ค่า EIRP สีแดงที่กะพริบบนหน้าจอการตรวจสอบทำให้วิศวกรที่ปฏิบัติหน้าที่ตกใจ ตามข้อ MIL-STD-188-164A 3.2.4 ความผันผวนของกำลังดาวน์ลิงก์ที่เกิน $\pm 0.5\{dB}$ จะกระตุ้นการเตือน แต่ครั้งนี้มันพุ่งสูงถึง $-2.3\{dB}$ คว้าเครื่องวิเคราะห์เครือข่าย Keysight N5291A และมุ่งหน้าเข้าไปในเรโดม แน่นอนว่าเราพบสาเหตุที่คอของฟีด: สกรู M3 ที่เป็นสนิม (ศัพท์แสงอุตสาหกรรม: สิ่งนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อตัวกระตุ้นโหมดปรสิตช่องท่อนำคลื่น)

การตรวจสอบการรบกวนต้องใช้ทักษะนักสืบ เหตุการณ์การพูดคุยข้ามช่องของทรานสปอนเดอร์ Ku-band ที่ Eutelsat เมื่อปีที่แล้วถูกติดตามไปยังเจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงที่ขันหน้าแปลน WR-75 แน่นเกินไป $5$ นิวตัน-เมตร ทำให้เกิด ช่องว่างหน้าสัมผัสท่อนำคลื่น $0.02\{mm}$ — ที่ 94GHz นี่เทียบเท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น ซึ่งนำไปสู่ VSWR ที่พุ่งสูงถึง 1.8:1 โดยตรง เมื่อวัดสัมประสิทธิ์การสะท้อนด้วย Site Master ของ Anritsu จุดสูงสุดในเส้นโค้งดูเหมือนภาวะหัวใจห้องบนสั่นพลิ้วบนคลื่นไฟฟ้าหัวใจ

ในสถานการณ์จริง ให้มุ่งเน้นไปที่สามพื้นที่วิกฤต:
1. จุดเรโซแนนซ์ทางกล (โดยเฉพาะรอบความถี่ L-band $1.5\{GHz}$ ซึ่งตรงกับความถี่การสั่นสะเทือนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล)
2. หน้าต่างการเลื่อนอุณหภูมิของวัสดุไดอิเล็กทริก (PTFE ที่ผลิตในประเทศบางชนิดมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกกระโดดจาก 2.1 เป็น 2.4 ที่ $-40^\circ\{C}$)
3. เส้นทางการสะท้อนหลายเส้นทาง (เรดาร์ X-band ของกองทัพเรือเคยรายงานเป้าหมายผิดพลาดเนื่องจากการสะท้อนจากราวสะพานของเรือตัวเอง)

เมื่อเดือนที่แล้ว ขณะวินิจฉัยดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาในวงโคจร เราค้นพบแหล่งกำเนิดการรบกวนที่แปลกประหลาด: พื้นผิวเจอร์เมเนียมของแผงโซลาร์เซลล์กลายเป็นแหล่งกำเนิดรังสีทุติยภูมิที่มุมแสงเฉพาะ การใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม FSW ของ Rohde & Schwarz เราจับสัญญาณจรจัดซึ่งเป็นฮาร์โมนิกที่สองของความถี่ดาวน์ลิงก์อย่างแม่นยำ วิธีการแก้ปัญหาคือการใช้ฟิล์ม Frequency Selective Surface (FSS) หนา $0.1\{mm}$ ตามขอบของแผงโซลาร์เซลล์ — เทคนิคที่ยืมมาจากสารเคลือบเรโดมเรดาร์ F-35 (รายละเอียดทางเทคนิค: การออกแบบขนาดหน่วยต้องเป็นไปตาม $\lambda/(4\sqrt{\epsilon_r})$ โดยใช้ $\epsilon_r=3.2$ ที่นี่)

เมื่อต้องรับมือกับการรบกวนที่อธิบายไม่ได้ ให้นำปืนใหญ่ขนาดใหญ่ออกมา:
– ใช้ห้องเก็บเสียงเป็น “วอร์ดแยก” ปราบปรามเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมให้ต่ำกว่า $-120\{dBm}$ โดยใช้ตัวดูดซับของ ETS Lindgren
– ทำ “การตรวจหลอดเลือด” บนระบบท่อนำคลื่นโดยการฉีดพัลส์ TDR ด้วยเครื่องวิเคราะห์เครือข่าย Agilent’s 8510C
– เล่น “จับผิดภาพ” เปรียบเทียบกราฟสัญญาณรบกวนเฟสระหว่างความผิดปกติกับพื้นฐาน (เครื่องวิเคราะห์สัญญาณรบกวนเฟส N9048B ของ Keysight สามารถวัดได้ถึงระดับ $-180\{dBc/Hz}$)

กรณีศึกษาล่าสุดเกี่ยวข้องกับเสาอากาศวัดและควบคุมระยะไกล S-band ของจรวดส่วนตัวที่มีความผันผวน $3\{dB}$ ทุกครึ่งชั่วโมงหลังการปล่อย ปรากฎว่า ฉนวนเซรามิกเบริลเลียมออกไซด์สร้างผลกระทบไตรโบอิเล็กทริกภายใต้การสั่นสะเทือน ปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตที่สะสมผ่านลูปกราวด์ RF วิธีการแก้ปัญหาดูเหมือนง่าย — การสลับการเชื่อมต่อเป็นโลหะผสมเงิน-แมกนีเซียม-นิกเกิล และการเพิ่มการพ่นพลาสม่า — แต่การตรวจสอบต้องใช้การทดสอบวงจรสุญญากาศความร้อน 17 ครั้งตามมาตรฐาน ECSS-Q-ST-70-38C ตอนนี้ โมเดลจรวดนี้มีสัญญาณวัดและควบคุมระยะไกลที่เสถียรกว่ามาตรฐานทางทหาร $0.2\{dB}$

การสอบเทียบทิศทางสามมิติ

เมื่อปีที่แล้ว ดาวเทียม Starlink ของ SpaceX ประสบกับ การสูญเสียการล็อกเฟสอาเรย์เรดาร์ อย่างกะทันหันในวงโคจร โดยสถานีตรวจสอบภาคพื้นดินตรวจพบ การเบี่ยงเบนของการชี้ลำแสง $1.7^\circ$ — เกินขอบเขตความปลอดภัย $\pm 0.5^\circ$ ที่อนุญาตโดย ITU-R S.1327 ทีมของเราได้รับงานเร่งด่วนเพื่อทำการ สอบเทียบทิศทางสามมิติให้เสร็จสิ้นภายใน 72 ชั่วโมง มิฉะนั้นดาวเทียมทั้งชุดจะเผชิญกับความเสี่ยงการเลื่อนวงโคจร

ความท้าทายที่แท้จริงไม่ใช่ข้อผิดพลาดของมุมราบและมุมเงย แต่เป็น การชดเชยโพลาไรเซชันแนวรัศมี เมื่อเสาอากาศดาวเทียมทำงานที่มุมเงย $30^\circ$ สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของพื้นผิวไดอิเล็กทริก จะรบกวนความสัมพันธ์เฟสที่แม่นยำ คล้ายกับความล้มเหลวของเสาอากาศ SAR C-band บนดาวเทียม Sentinel-1B ของ ESA เมื่อปีที่แล้ว การจัดการ ผลกระทบการเชื่อมต่อสามแกน ที่ไม่เหมาะสมส่งผลให้เกิดพื้นที่ว่าง $2.3\{km}$ ในแนวการทำแผนที่

ในทางปฏิบัติ วิธีการสแกนใกล้สนาม แบบดั้งเดิมสำหรับการสอบเทียบทิศทางสามมิติเป็นหายนะ เมื่อโพรบเคลื่อนไปยังจตุภาคที่สาม ผลกระทบการเชื่อมต่อโพรบ ทำให้พารามิเตอร์ S21 ลดลง $3\{dB}$ อย่างกะทันหัน — ไม่ใช่เนื่องจากปัญหาอุปกรณ์ แต่เป็น การรบกวนโหมด ในพื้นที่จำกัด

• วิธีการแก้ปัญหาเกรดทหาร: ใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ Keysight N5291A พร้อมกรอบการสแกนทรงกลม รวบรวมชุดข้อมูลใกล้สนามทุก $5^\circ$
• เทคนิคระดับยานอวกาศ: ติดตั้งวงแหวนทำความเย็นไนโตรเจนเหลวล่วงหน้าภายในห้องสุญญากาศเพื่อรักษาเสถียรภาพอุณหภูมิพื้นผิวไดอิเล็กทริกให้อยู่ภายใน $\pm 1^\circ\{C}$
• การดำเนินการช่วยชีวิต: ก่อนการสแกนแต่ละครั้ง ให้ใช้เสาอากาศฮอร์นเกนมาตรฐานสำหรับการสอบเทียบ TRL เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดของระบบ

ในระหว่างการซ่อมแซมดาวเทียม Zhongxing 9B เราอาศัย อัลกอริทึมการชดเชยสองย่านความถี่ โดยเฉพาะ:
1. อันดับแรก ใช้สัญญาณ $12.5\{GHz}$ เพื่อสอบเทียบระนาบมุมราบ-มุมเงย
2. จากนั้น จับความผิดปกติของโพลาไรเซชันแนวรัศมีโดยใช้สัญญาณ $17.8\{GHz}$
3. สุดท้าย ใช้ การแก้ผกผันสมการ Helmholtz เพื่อควบคุมข้อผิดพลาดเฟสให้อยู่ภายใน $\lambda/40$

นี่คือ บทเรียนที่นองเลือด: ห้ามใช้วัสดุดูดซับธรรมดาสำหรับการรักษาผนังห้องเก็บเสียง ที่ความถี่ $ > 15\{GHz}$ การสะท้อนกลับของวัสดุ Eccosorb AN-79 ทั่วไปจะเสื่อมลงจาก $-50\{dB}$ เป็น $-28\{dB}$ สถาบันแห่งหนึ่งเผชิญกับปัญหานี้เมื่อปีที่แล้ว ส่งผลให้ไซด์โลบสูงขึ้นหลังการสอบเทียบ ทำให้พวกเขาต้องเสียเงินมัดจำการรับประกัน $2$ ล้านหยวน

ตอนนี้ สำหรับงานสอบเทียบสามมิติ เรานำ เครื่องติดตามเลเซอร์ มาด้วยเสมอ ในระหว่างการสอบเทียบ Fengyun-4 เครื่องมือนี้ช่วยลด ข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งทางกล จาก $\pm 2\{mm}$ เป็น $\pm 0.1\{mm}$ — คล้ายกับการระบุตำแหน่งเมล็ดงาบนสนามฟุตบอลอย่างแม่นยำ

การตรวจสอบสภาพแวดล้อมจริง

เมื่อปีที่แล้ว ดาวเทียม Zhongxing 9B ประสบกับหน้าผาเมตริก EIRP ลดลง $2.3\{dB}$ อย่างกะทันหันในวงโคจรการถ่ายโอน — ซีลหน้าแปลนท่อนำคลื่นล้มเหลวในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ ทีมงานเชื่อมต่อเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม Keysight N9048B เข้ากับฟีดโดยตรงทันที ค้นพบว่า VSWR ที่จุด $32\{GHz}$ พุ่งสูงถึง 1.8 กลืนพลังงานการส่ง 15% นี่ไม่ใช่สิ่งที่คุณจัดการอย่างสบาย ๆ ในห้องปฏิบัติการ ทุกวินาทีที่ดาวเทียมลอยออกไปในอวกาศ ทำให้เรามีหน้าต่างการสอบเทียบที่สั้นกว่าเวลาทำบะหมี่กึ่งสำเร็จรูป

การตรวจสอบสภาพแวดล้อมที่เป็นจริงเกี่ยวข้องกับการจำลองสามชั้น:

• วงจรความร้อนสุญญากาศ: วางอาร์เรย์ทั้งหมดไว้ในห้องทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เมตร ขั้นแรกอพยพไปยัง $10^{-6}\{ Torr}$ (จำลองสภาพวงโคจรค้างฟ้า) จากนั้นทำซ้ำวงจรความร้อนและความเย็นระหว่าง $-180^\circ\{C}$ ถึง $+120^\circ\{C}$ โดยใช้เครื่องพ่นไนโตรเจนเหลว ต้องมีการตรวจสอบความสอดคล้องของเฟส เนื่องจากองค์ประกอบใด ๆ ที่เลื่อนเกิน $0.1^\circ/^\circ\{C}$ ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของการชี้ลำแสงเกิน $0.3$ ความกว้างของลำแสง
• การทดสอบการรบกวนหลายเส้นทาง: ขับรถกระบะที่ติดตั้งเสาอากาศอาเรย์รอบ Cheyenne Mountain Air Force Station โดยกำหนดเป้าหมายการสะท้อนของภูเขาหินแกรนิตโดยเฉพาะ เมื่อจับสัญญาณหลายเส้นทางด้วย R&S ZVA67 หาก การแยกโพลาไรเซชัน ลดลงต่ำกว่า $25\{dB}$ อัลกอริทึมแบบปรับตัวจะกำหนดค่าใหม่ทันที
• การตรวจสอบความแข็งของรังสี: ส่งชิป MMIC ไปยัง Brookhaven National Laboratory สำหรับการระดมยิงลำแสงโปรตอนถึง $10^{15}$ อนุภาค/$\{cm}^2$ เทียบเท่ากับห้าปีในวงโคจรค้างฟ้า การเพิ่มขึ้นของตัวเลขสัญญาณรบกวนเกิน $0.5\{dB}$ ส่งผลให้ถูกปฏิเสธทันที

ในระหว่างการทดสอบการยอมรับสำหรับระบบ QZSS ของญี่ปุ่น เราได้ทำการทดสอบที่โหดร้าย — การจุ่มเสาอากาศอาเรย์ลงในละอองเกลือเป็นเวลา 48 ชั่วโมงติดต่อกัน ขั้วต่อ PE15SJ20 ของ Pasternack แสดงการเคลือบที่เป็นตุ่ม ทำให้โพลาไรเซชันขวางแย่ลง $6\{dB}$ ที่มุมเงย $30^\circ$ การเปลี่ยนไปใช้ผลิตภัณฑ์เกรดทหารของ Cristek การเคลือบไอออนช่วยปรับปรุงการป้องกันหมอกเกลือให้เป็นมาตรฐาน MIL-STD-810G 516.6

การทดสอบพลาสมาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอาเรย์ที่อยู่บนอวกาศ การชาร์จหลอดสุญญากาศด้วยก๊าซอาร์กอนและจ่ายไฟสูงสุด $75\{kW}$ ทำให้พอร์ตท่อนำคลื่น WR-15 เกิดอาร์ค ซึ่งเน้นว่าเหตุใดส่วนประกอบท่อนำคลื่นของ Eravant จึงมีราคาสูงในระดับอุตสาหกรรม — ความบริสุทธิ์ของโหมด ของพวกเขายังคงอยู่ที่ $99.2\%$ แม้ที่ 94GHz เมื่อเร็ว ๆ นี้ การสร้างแบบจำลอง HFSS เปิดเผยว่าการกระจายความหนาแน่นกระแสตามขอบของอาเรย์สูงกว่าค่าทางทฤษฎี 18% ทำให้เราต้องออกแบบส่วนเรียวอิมพีแดนซ์ของเครือข่ายฟีดใหม่

ด้านที่ลึกลับที่สุดของการตรวจสอบในทางปฏิบัติคือสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสถานที่ ขณะดีบักที่หอดูดาว Delingha สัญญาณ L-band ของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ FAST ที่อยู่ใกล้เคียงก็รบกวนเป็นครั้งคราว การปรับใช้ การสร้างลำแสงดิจิทัล เราใช้ตัวรับส่งสัญญาณสัญญาณเวกเตอร์ PXIe-5841 ของ NI เพื่อจับสเปกตรัมการรบกวนแบบเรียลไทม์ แก้ไขอัลกอริทึมการกำจัด FPGA ในสถานที่ ความพยายามดังกล่าวลดการรบกวนในย่านความถี่ $23\{dB}$ แม้จะต้องแลกมากับการบริโภค Red Bull 12 กระป๋องโดยทีมงาน