專利名稱：一種深空航天器射頻波導測試裝置與測試方法
技術領域：
本發明涉及航天器射頻測試領域，特別涉及一種深空航天器射頻波導測試裝置。
背景技術：
為了保證航天飛行的安全性與可靠性，航天器在發射之前都要做大量的測試，航天器射頻測試就是其中的一種。在現有技術中，航天器射頻測試分有線測試、無線測試。有線射頻測試是指航天器的接收機和發射機連接高頻電纜到地面測試設備進行射頻測試，該方法存在測試不完整(不包括天線部分)、高頻接插件要多次插拔降低可靠性等問題；無線射頻測試是指航天器的天線與地面天線進行無線連接測試，該方法對于深空航天器來說， 由于無線電磁波輻射的能量巨大，測試人員和操作人員不可在附近工作，因此需要在專門的電磁波屏蔽廠房進行測試(即EMC廠房)，具有航天器需要轉廠重新布線、工作量大等問題。

發明內容
本發明目的是克服現有的深空航天器射頻測試方法或者測試不完整、可靠性較低，或者容易對人體造成傷害的缺陷，從而提供一種安全性高、使用方便的測試裝置與測試方法。為了達到上述發明目的，本發明提供了一種深空航天器射頻波導測試裝置，包括上行部分與下行部分；其中，所述的上行部分包括用于屏蔽無線信號的屏蔽腔；所述屏蔽腔成中空的桶狀，在底面與頂面各自開有一個通孔，這兩個通孔分別用于安插所述深空航天器的接收天線與地面的發射天線；所述屏蔽腔的內部涂有吸波材料；所述的下行部分包括用于屏蔽無線信號的轉接波導以及用于將無線信號轉換成有線電纜中所傳輸的電信號的波導同軸轉換；所述的轉接波導為一中空的管狀連接腔，其一端連接到所述深空航天器的發射天線，其另一端連接到所述波導同軸轉換的輸入端；所述波導同軸轉換的輸出端通過有線電纜連接到地面的測試設備。上述技術方案中，所述轉接波導的內壁涂有吸波材料。上述技術方案中，所述屏蔽腔中的通孔的尺寸與所述深空航天器的接收天線、地面發射天線的外徑尺寸一致，使得它們之間能夠緊密配合。本發明還提供了一種利用所述的深空航天器射頻波導測試裝置進行射頻波導測試的方法，包括對上行通信鏈路的測試與對下行通信鏈路的測試；對上行通信鏈路的測試方法包括步驟1-1)、將射頻波導測試裝置上行部分連接到上行通信鏈路中深空航天器的接收天線與地面發射天線之間；步驟1-2)、對天線的性能指標進行測試，以確認步驟1-1)所完成的連接是否正常；
步驟1- 、將指令接收機與所述深空航天器的接收天線連接，將所述地面發射天線與地面上行發射機連接；步驟1-4)、地面上行發射機開機工作；步驟1-5)、指令接收機開機工作，接收地面上行指令數據；步驟1-6)、測試射頻波導測試裝置上行部分外圍的電磁泄漏強度；對下行通信鏈路的測試方法包括步驟2-1)、將射頻波導測試裝置下行部分連接到下行通信鏈路中深空航天器的發射天線與地面測試設備之間；步驟2_2~)、對天線的性能指標進行測試，以確認步驟2-1)所完成的連接是否正常；步驟2- 、將指令發射機連接到所述深空航天器的發射天線；步驟2-4)、指令發射機開機工作；步驟2- 、指令接收機開機工作，接收下行指令數據；步驟2-6)、測試射頻波導測試裝置下行部分外圍的電磁泄漏強度。上述技術方案中，在步驟1- 中，所述的天線的性能指標包括上行駐波比與傳輸損耗；在步驟2- 中，所述的天線的性能指標包括下行駐波比與傳輸損耗。本發明的測試方法與測試裝置在我國首顆火星探測器上經行了充分的驗證，在離 63W的發射天線1米處，電磁輻射比國標中人體可承受的安全指標低2100多倍。可以在人員近距離工作狀態下，進行全功率射頻測試。


圖1為射頻波導測試應用場景的示意圖；圖2為本發明的射頻波導測試裝置下行部分的結構示意圖；圖3為本發明的射頻波導測試裝置上行部分的結構示意圖；圖4為本發明的射頻波導測試裝置下行部分在下行通行鏈路中的安裝示意圖；圖5為本發明的射頻波導測試裝置上行部分在上行通信鏈路中的安裝示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。衛星是最為常見的一種深空航天器，在下面的實施例中就以衛星為例，對本發明的射頻波導測試裝置進行說明。參考圖1，首先對本發明的射頻波導測試裝置的應用場景進行說明。衛星與地面的通信過程包括上行通信與下行通信，所述的上行通信是指地面發射的無線信號上傳到衛星，被衛星的無線天線所接收；所述的下行通信是指衛星的發射天線所發射的無線信號被地面接收。本發明的射頻波導測試裝置在進行射頻波導測試時需要對上述的上行通信過程與下行通信過程分別加以測試。因此，該測試裝置包括上行部分與下行部分。在圖2中，對射頻波導測試裝置下行部分做了詳細描述。所述的下行部分包括轉接波導以及波導同軸轉換。所述的轉接波導是一個中空的管狀連接腔，起到屏蔽無線信號的作用，而所述的波導同軸轉換則用于將無線信號轉換成同軸電纜中傳輸的有線信號。作為一種優選實現方式，轉接波導的內壁涂有吸波材料。在對衛星做射頻波導測試前，需要先將射頻波導測試裝置下行部分連接到下行鏈路中。如圖2所示，通過卡箍與緊固螺母將衛星的發射天線連接到轉接波導的一端，將所述轉接波導的另一端同樣通過卡箍、緊固螺母與波導同軸轉換的輸入端連接。所述波導同軸轉換的輸出端連接到與地面測試設備相連的電纜上。上述發射天線、轉接波導、波導同軸轉換之間的連接應當盡可能地密閉，以防止無線信號的泄露。在將射頻波導測試裝置下行部分連接到通信鏈路中后，還需要對天線與波導同軸轉換的性能指標進行測試，以確認連接是否正常。如圖2所示，在測試前，需要采用網絡分析儀接收發射天線端口的駐波比以及發射天線在射頻波導測試裝置下行部分中的傳輸損耗，在一個實例中，下行駐波比1.26，傳輸損耗_1(^。在駐波比與傳輸損耗測試完成后，如圖4所示，將指令發射機依次通過發射微波開關、天線微波開關與衛星的低增益發射天線連接，將下行部分與地面測試電纜連接，后面連接地面測試設備。最后衛星上的指令發射機開始工作，地面上的測試設備接收下行指令數據，并同時測試外圍空間的電磁泄漏強度。在圖3中，對射頻波導測試裝置上行部分做了詳細描述。所述的上行部分包括屏蔽腔，所述屏蔽腔成中空的桶狀，但在底面與頂面分別開有通孔，這兩個通孔分別用于安插衛星的接收天線與地面的發射天線。所述通孔的尺寸應當與衛星接收天線、地面發射天線的外徑尺寸盡可能一致，使得它們之間能夠緊密配合。在屏蔽腔的內部涂有吸波材料。在對衛星做射頻波導測試前，需要先將射頻波導測試裝置上行部分連接到上行鏈路中。如圖3所示，衛星的接收天線外表面需要與屏蔽腔連接的部分用紙膠帶加以保護，然后在接收天線包裹有紙膠帶的部位上安裝兩個半圓形的固定夾，這兩個固定夾通過鎖緊螺釘固定，在安裝時需注意兩個固定夾的螺紋匹配良好。將接收天線安插進屏蔽腔的對應通孔，屏蔽腔通過螺紋直接與接收天線固定夾連接固定，再利用卡箍在衛星的接收天線與屏蔽腔的連接部分加固，盡可能防止無線信號的泄露。以類似的方式可實現地面的發射天線與屏蔽腔間的連接。雖然在圖3中，衛星的接收天線為低增益接收天線，但高增益接收天線同樣采用射頻波導測試裝置的上行部分，只是屏蔽腔的大小、屏蔽腔上通孔的尺寸等需要根據高增益接收天線加以調整。在將射頻波導測試裝置上行部分連接到通信鏈路中后，還需要對天線的性能指標進行測試，以確認連接是否正常。如圖3所示，使用網絡分析儀測試接收天線端口駐波比和接收天線與屏蔽腔連接后的傳輸損耗。在一個實例中，上行駐波比1. 1G，傳輸損耗-23dB。 此處所得到的上行駐波比與之前計算得到的下行駐波比都滿足駐波比小于1. 5的要求。但由于上行的屏蔽腔大，因此在空氣中的傳輸損耗也大。在駐波比與傳輸損耗測試完成后，如圖5所示，將指令接收機與接收天線使用衛星用高頻電纜連接固定，屏蔽腔與地面測試電纜連接，后面連接地面上行發射機。地面上行發射機開機工作，通過在發射機與屏蔽腔間加電纜以及衰減器的方式，實現屏蔽腔輸入口信號強度約-IlOdBmW的要求。接收機開機工作測試，接收地面上行指令數據。并同時測試屏蔽腔外圍空間的電磁泄漏強度。在圖4、圖5所示的射頻波導測試過程中，無線信號的發送與接收都在射頻波導測試裝置中完成，且射頻波導測試裝置能夠對傳輸過程中的無線信號加以屏蔽，有效地避免了無線信號的泄露。在圖1中的虛線框位置處可安裝電磁屏蔽測試設備，測試結果表明在離63W的發射天線1米處，電磁輻射比國標中人體可承受的安全指標低2100多倍。
權利要求
1.一種深空航天器射頻波導測試裝置，其特征在于，包括上行部分與下行部分；其中， 所述的上行部分包括用于屏蔽無線信號的屏蔽腔；所述屏蔽腔成中空的桶狀，在底面與頂面各自開有一個通孔，這兩個通孔分別用于安插所述深空航天器的接收天線與地面的發射天線；所述屏蔽腔的內部涂有吸波材料；所述的下行部分包括用于屏蔽無線信號的轉接波導以及用于將無線信號轉換成有線電纜中所傳輸的電信號的波導同軸轉換；所述的轉接波導為一中空的管狀連接腔，其一端連接到所述深空航天器的發射天線，其另一端連接到所述波導同軸轉換的輸入端；所述波導同軸轉換的輸出端通過有線電纜連接到地面的測試設備。
2.根據權利要求1所述的深空航天器射頻波導測試裝置，其特征在于，所述轉接波導的內壁涂有吸波材料。
3.根據權利要求1所述的深空航天器射頻波導測試裝置，其特征在于，所述屏蔽腔中的通孔的尺寸與所述深空航天器的接收天線、地面發射天線的外徑尺寸一致，使得它們之間能夠緊密配合。
4.一種利用權利要求1-3之一的深空航天器射頻波導測試裝置進行射頻波導測試的方法，包括對上行通信鏈路的測試與對下行通信鏈路的測試；對上行通信鏈路的測試方法包括步驟1-1)、將射頻波導測試裝置上行部分連接到上行通信鏈路中深空航天器的接收天線與地面發射天線之間；步驟1-2)、對天線的性能指標進行測試，以確認步驟1-1)所完成的連接是否正常； 步驟1-3)、將指令接收機與所述深空航天器的接收天線連接，將所述地面發射天線與地面上行發射機連接；步驟1-4)、地面上行發射機開機工作； 步驟1-5)、指令接收機開機工作，接收地面上行指令數據； 步驟1-6)、測試射頻波導測試裝置上行部分外圍的電磁泄漏強度； 對下行通信鏈路的測試方法包括步驟2-1)、將射頻波導測試裝置下行部分連接到下行通信鏈路中深空航天器的發射天線與地面測試設備之間；步驟2-2)、對天線的性能指標進行測試，以確認步驟2-1)所完成的連接是否正常；步驟2- 、將指令發射機連接到所述深空航天器的發射天線；步驟2-4)、指令發射機開機工作；步驟2- 、指令接收機開機工作，接收下行指令數據；步驟2-6)、測試射頻波導測試裝置下行部分外圍的電磁泄漏強度。
5.根據權利要求4所述的射頻波導測試的方法，其特征在于，在步驟1-2)中，所述的天線的性能指標包括上行駐波比與傳輸損耗；在步驟2- 中，所述的天線的性能指標包括下行駐波比與傳輸損耗。
全文摘要
本發明涉及一種深空航天器射頻波導測試裝置，包括上行部分與下行部分；其中，上行部分包括用于屏蔽無線信號的屏蔽腔；屏蔽腔成中空的桶狀，在底面與頂面各自開有一個通孔，這兩個通孔分別用于安插深空航天器的接收天線與地面的發射天線；屏蔽腔的內部涂有吸波材料；下行部分包括用于屏蔽無線信號的轉接波導以及用于將無線信號轉換成有線電纜中所傳輸的電信號的波導同軸轉換；轉接波導為一中空的管狀連接腔，其一端連接到所述深空航天器的發射天線，其另一端連接到波導同軸轉換的輸入端；波導同軸轉換的輸出端通過有線電纜連接到地面的測試設備。
文檔編號H04B17/00GK102520262SQ20111036248
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者曹志宇, 李金岳, 陳昌亞 申請人:上海衛星工程研究所