傳統上，衛星項目一直是高風險的企業，對風險的容忍度非常低。這是地球同步（geo）衛星性質的直接后果。它們很大（通常為1，000至10，000公斤），生產成本高，并且難以運輸到太空。一旦進入軌道，典型的壽命為8到10年，受機載功率的限制。在軌道上更改或修復設計通常是不可行的，因為到達那里然后在真空中進行工作的雙重困難。對足夠徹底和準確的飛行前測試的需求使計劃時間表和預算緊張。

地理衛星已被用于通信、廣播和天氣監測。然而，近年來，隨著更新成像技術的出現、通信技術的進步以及大眾互聯網連接的推動，機會越來越多。為了實現這些機會，工程師正在使用低地球和中地球軌道衛星。由于可重復使用火箭的進步和總體成本的降低，這些小型軌道飛行器的壽命可能更短。

追求這些NewSpace機會的企業家愿意在更大的風險與更低的開發成本和更短的上市時間之間取得平衡。然而，由于NewSpace仍在將復雜的設備發射到太空并依靠其正常運行，因此以最小的風險降低成本和時間仍將非常有益。

通過儀器校準降低成本

測試是任何衛星計劃的重要組成部分。提高總程序成本的一種方法是降低測試成本。取消測試似乎很誘人，但設備故障的風險會顯著增加。保持儀器和系統的準確性可降低測試成本，并以多種方式縮短程序進度。例如，衛星有效載荷系統的可接受裕度由其每個組件的允許裕度定義。如果測試系統不確定性發生偏差，則每個組件必須具有更嚴格的可接受裕量，此舉會在組件開發過程中產生額外的時間和成本。

使用可追溯的標準和校準來保持系統性能，可最大限度地減少在設計和測試生命周期的每個階段驗證測試結果和排除儀器不一致所花費的時間。

事實上，可追溯性是確保儀器準確性的主要方法。在校準過程中，儀器精度和性能使用可追溯的標準進行驗證，這些標準是具有已知測量不確定度的儀器，可以直接追溯到國際單位制（通過國家計量機構）。校準通常按制造商建議的定期進行。保持這些間隔對于確保儀器以可追溯的準確性運行至關重要。

使用原始設備制造商 （OEM） 校準儀器的一個優點是手頭可用的程序，例如自動更換磨損更快的內部組件。此外，如果儀器未通過其規格或保護帶內的驗證測試，OEM 可以進行專有調整，使性能恢復到測試限制范圍內。

檢查校準的好處

例如，考慮通過衛星轉發器中的高功率放大器測量增益、幅度和相位線性度。矢量網絡分析儀（VNA）通常用于表征這些放大器的非線性行為。這種測量的精度對于放大器和取決于其性能的在線組件的設計至關重要。（注意：使用 VNA 測量管理高功率信號時，請考慮使用外部衰減器、耦合器或前置放大器來更好地控制信號功率電平。

可能有必要考慮修改將引入的額外噪聲、漂移和復雜性。在增益和線性度測量的原位歸一化過程中，通過估計和數學消除一些系統測量誤差（包括VNA接收器的線性度或“動態精度”）來提高精度。

用于標準化到被測設備的可追溯標準是機械套件或電子校準模塊（ECal）。通常，假定這些模塊隨著時間的推移是穩定的。為了調查這是否屬實，是德科技領導了一個案例研究，重點測試 2，000 個 ECal 模塊的性能，包括來自測試高性能組件的客戶的性能。結果：三年未校準的ECal模塊超出公差的可能性是每年校準模塊的三倍。

圖1顯示了一個示例測試結果，其中史密斯控制圖顯示了復數阻抗。藍線是新制造的ECal模塊，代表用于歸一化程序的阻抗;橙色線是超出公差模塊的實際結果。使用后一個模塊進行任何歸一化都會給測量增加重大誤差，最終通過系統故障、返工和重新測試影響測試成本。

圖1：史密斯圖顯示 Ecal 模塊在公差范圍內和超出公差范圍內。

遵守建議的校準間隔

考慮另一個例子：衛星有效載荷系統的無源互調（PIM）測量。PIM是一個問題，因為它限制了有效載荷接收器的靈敏度，并在下行鏈路附近的信道中產生干擾信號。在無源元件（例如電纜、連接器或濾波器）之間的結處非線性混合兩個高功率信號會產生互調失真（IMD）。該IMD很難去除，因為信號通常是在有效載荷接收器鏈中的信號調理元件之后產生的。

PIM 測試使用兩個信號發生器進行：一個無 PIM 的功率組合器，用于在上行鏈路接收器通道中產生 PIM 電位;以及信號分析儀，用于監控下行鏈路中產生的 PIM。改變信號發生器的頻率和音調間距使信號分析儀能夠檢測PIM。信號分析儀的靈敏度和非線性性能不得抑制查看PIM結果的能力。

三階截距（TOI）是分析儀線性度的衡量標準，必須通過定期儀器校準進行監測，以確保分析儀內部產生的失真不會掩蓋生成的PIM。定期校準將最大限度地減少分析儀靈敏度對測量結果的影響，特別是如果服務提供商在所有有效載荷下行鏈路頻率下驗證分析儀的本底噪聲。

為了最大限度地降低這些規格超出公差的風險，建議對高性能信號分析儀進行一年的校準周期。此外，由于衛星轉發器上的PIM測量需要高性能信號分析儀，因此使用兩個信號發生器來驗證TOI至關重要。原因是：產生雙音信號的單個信號發生器引入了比高性能信號分析儀的內部失真大得多的IMD產品。（注意：如果校準報告僅列出用于TOI驗證測試的單個信號發生器，則TOI未驗證或驗證不正確。

圖2顯示了信號分析儀TOI驗證測試的正確設置。信號發生器和功率傳感器/功率計應在其校準周期內，并具有可追溯的測量不確定度。這確保了一致的結果，尤其是在多個測試站中使用多個信號分析儀時。

圖2：用于大于 3.6 GHz 的載波頻率的 TOI 失真驗證測試設置。

降低成本、風險

要跟上新的衛星應用的步伐，就需要對用于設計和發射衛星的流程進行現代化改造。降低測試成本可以顯著提高衛星項目的總成本范圍，使這些新應用中有利可圖的企業成為可能。如前例所示，通過保持關鍵參數的定期校準來確保準確性，有助于降低NewSpace企業的風險。

審核編輯：郭婷