全方位航空無線電導航量測

從現場維護到實驗室深度分析，一套完整的儀器平台，滿足 ILS、VOR、GBAS 全生命週期量測與校驗需求

現代航空無線電導航輔助設施 (NAVAID) 的精準度與可靠性是確保全球飛航安全的基石，從儀器降落系統 (ILS) 到 VHF 全向信標 (VOR)、地面增強系統 (GBAS) 及航管通訊 (ATC COM)，每一套系統都必須在嚴格的國際規範下運作，而對這些系統的測試、校驗與維護，則提出了極高的技術挑戰，特別是隨著訊號環境日益複雜、頻譜資源日益擁擠，傳統的單點式測試方法已難以滿足需求。

圖 1：航空電子結構簡要分析，並著重於選定之導航系統。

R&S 整合式的一站式測試解決方案結合了從研發、生產、校驗到現場維護等不同階段所需的儀器，形成一個無縫接軌且資料互通的測試生態系統，其設計不僅遵循國際民航組織 ICAO Doc 8071 與 ICAO Annex 10 文件所制定的嚴謹標準，更前瞻性地應對了未來航空電子系統的發展趨勢，例如：更寬的訊號頻寬、更複雜的調變機制以及更高的訊號純度要求。

此解決方案的核心理念在於實現「生命週期一致性」(Lifecycle Cohesion)，它打破了傳統測試流程中各環節的壁壘，將可攜式現場儀器 (如 R&S EVSG1000)、高效能實驗室儀器 (如 R&S SMA100B、R&S FSW、R&S RTO6) 以及計量級校驗標準 (如 R&S FSMR3000、R&S NRPXXP) 緊密串連；舉例來說，當現場工程師使用 R&S EVSG1000 對 ILS 地面站進行例行維護時，若發現一項接近容差極限的調變深度微小偏差，相關的量測資料可被帶回中央實驗室進行深度分析；在實驗室中，工程師可利用R&S SMA100B 產生一個完美、具備參考級純淨度的 ILS 訊號，並透過 R&S FSW 以遠高於現場儀器的動態範圍與精準度進行分析，從而精確複製現場條件，判斷問題根源是來自地面站發射機本身還是外部環境因素，更進一步，R&S RTO6 示波器能以高達 16-bit 的解析度深入分析基頻調變音訊 (90 Hz 與 150 Hz 音頻)，在訊號被調變至射頻載波前就找出潛在的失真或相位問題，這種從現場發現到實驗室深度診斷的無縫工作流程，確保了量測結果在不同操作階段的高度一致性與可追溯性，將分散的測試活動轉化為一個統一、由資料驅動的精密工程流程。
 

適用於現場量測的 R&S EVSG1000 調變分析儀

核心儀器平台：新世代儀器的卓越效能

此整合方案的基石由一系列具備頂尖效能的新世代儀器所構成，每一款儀器不僅在各自領域樹立了效能標竿，其彼此間的效能協同作用更創造了前所未有的測試能力，這種「效能協同」(Performance Synergy) 效應代表了單一儀器的卓越特性，能夠完全釋放另一台儀器的潛力，例如：當一個極致純淨的訊號源與一個超高靈敏度的分析儀搭配使用時，訊號源的超低相位雜訊確保了它不會成為量測的雜訊來源，從而讓分析儀的低底噪能力得以充分發揮，精準地偵測出待測物 (DUT) 產生的微弱雜散訊號；同樣地，分析儀的寬頻寬與示波器的深記憶體相結合，讓工程師能同時在頻域與時域中，以高保真度對訊號進行時間相關的全面觀測，這種協同作用不僅大幅降低了整體的「量測不確定性預算」，更為設計與驗證提供了更高的信心與餘裕。
 

R&S SMA100B 射頻與微波訊號產生器：極致純淨的激勵訊號

在對高精準度航電系統進行特性分析時，測試訊號源的品質至關重要，其訊號純度必須顯著優於待測物，以確保量測結果真實反映 DUT 的效能，R&S SMA100B 射頻與微波訊號產生器正是為此而生，它提供了業界領先的訊號品質。
 

• 超低相位雜訊：
  在 10 GHz 載波、10 kHz 偏移處，R&S SMA100B 的單旁波帶 (SSB) 相位雜訊典型值可達 -132 dBc，此一特性對於精準量測 NAVAID 系統中振盪器的相位雜訊效能至關重要，可避免測試儀器自身的雜訊掩蓋了DUT 的真實表現。
• 極低的諧波成分：
  即使在高輸出功率的條件下，諧波抑制能力仍超過 70 dBc，這在對發射機進行諧波量測時是一大優勢，確保了所測得的諧波完全源自於DUT，而非訊號源本身。
• 超高輸出功率：
  在微波頻段可提供超過 +30 dBm 的輸出功率，這使得在許多測試場景中無需使用外部放大器，不僅簡化了測試系統的架構，也減少了潛在的誤差來源，進而降低了整體量測不確定性。

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R&S FSW 訊號暨頻譜分析儀：無與倫比的射頻效能與分析頻寬

作為此解決方案的核心分析引擎，R&S FSW 訊號暨頻譜分析儀為最嚴苛的射頻量測任務提供了無與倫比的效能。

• 無可匹敵的相位雜訊：
  在 1 GHz 載波、10 kHz 偏移處，其相位雜訊典型值為 -140 dBc (1 Hz)，與R&S SMA100B 的純淨訊號源相得益彰，能夠對載波附近的雜散輻射與相位雜訊進行高靈敏度的量測。
• 寬廣的內部分析頻寬：
  分析頻寬可擴展至 8.3 GHz，這是一項革命性的功能，它能夠對現代雷達或未來通訊系統中的寬頻訊號進行單次擷取分析，無需外部降頻器或複雜的訊號拼接程序。
• 高動態範圍：
  具備極低的顯示平均雜訊位準 (DANL)，在 2 GHz 時，搭配前置放大器與雜訊消除功能，可達 -159 dBm (1 Hz)，結合其優異的無雜散動態範圍 (SFDR)，使其能夠偵測到以往隱藏在雜訊底層中的微弱雜散訊號。
• 先進的量測應用：
  除了傳統的航電測試，R&S FSW 還支援 5G NR、WLAN、脈衝分析等多種量測應用，展現了其高度的通用性。

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R&S EVSG1000 VHF/UHF 航電/通訊分析儀：專為航電系統設計的現場利器

R&S EVSG1000 是一款專為航電系統現場除錯與維護設計的專業級可攜式分析儀，是第一線工程師的得力工具。

• 專用化設計：
  該儀器專為 ILS、GBAS、VOR、NDB 及信標台地面站的測試而設計，頻率範圍涵蓋 70 MHz 至 410 MHz。
• 符合 ICAO 規範：
  能夠對調變深度、調變深度差 (DDM) 與調變深度總和 (SDM) 等關鍵參數執行快速、精準且完全符合 ICAO 規範的量測。
• 便攜性與堅固性：
  整合了電池、堅固的機械結構，並提供防風雨袋等配件，使其成為在各種現場環境下進行高精度量測的理想選擇。
• 高量測速率：
  在高量測速率模式下，能以每秒高達 100 筆資料的速率進行動態量測，這對於在跑道測試車上分析扇形波瓣 (scallops) 和彎曲 (bends) 等效應至關重要。

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R&S FSMR3000 量測接收機：訊號產生器與衰減器的校驗標竿

R&S FSMR3000 在此解決方案中扮演著計量級的角色，它確保了整個測試鏈路的準確性與可追溯性。

• 完整的校驗方案：
  該儀器將位準校驗器、調變分析儀與頻率計數器整合於一體，能夠對訊號產生器的所有關鍵參數進行校驗。
• 高精度位準校驗器：
  具備從 -152 dBm 到 +30 dBm 的寬廣量測範圍，並在全範圍內提供 ±(0.009 dB + 0.005/10 dB) 的優異線性度。
• 精準的調變分析：
  能夠以低於 0.5% 的不確定性量測 AM、FM 與 PM 調變，這對於驗證 ILS 與 VOR 訊號產生器的調變準確性至關重要。
• 整合式頻譜與相位雜訊分析儀：
  可升級為全功能的頻譜分析儀，以及具備交互相關 (cross-correlation) 功能的高階相位雜訊分析儀，為產生器的全面驗證提供單一儀器解決方案。

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R&S NRPXXP 功率感測器系列：精準可靠的功率量測

功率感測器是所有功率相關量測的絕對參考標準，R&S NRPXXP 系列代表了專為脈衝功率分析而設計的產品線，同時整個 R&S NRP 家族也提供了廣泛的應用彈性。

• 豐富的產品組合：
  R&S NRP 家族的感測器涵蓋了從 DC 到 170 GHz 的頻率範圍，以及從 -70 dBm 到 +45 dBm 的功率位準。
• 脈衝功率分析：R&S NRPXXP 感測器專為雷達等應用設計，具備 30 MHz 的視訊頻寬、小於 13 ns 的上升/下降邊緣時間，並能量測短至 50 ns 的脈衝。
• 智慧型獨立運作：
  所有感測器都經過完整特性分析，可作為獨立的量測儀器使用，能透過 USB 直接連接至電腦，或與 R&S NRX 主機搭配運作。
• 自動脈衝分析：
  感測器能夠自動判斷並量測關鍵的脈衝參數，如上升/下降邊緣時間、脈衝寬度、工作週期、脈衝頂部功率與峰值功率，大幅簡化了複雜的特性分析工作。

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R&S RTO6 示波器：從即時分析到深度資訊

R&S RTO6 示波器是時域分析不可或缺的工具，它能深入分析調變波形與控制訊號的訊號完整性。

• 高解析度 (HD) 模式：
  透過數位濾波，可將垂直解析度提升至 16 位元，這使得對 ILS/VOR 調變音訊等低頻訊號上的微小漣波或失真進行精確的視覺化與量測成為可能，而這些細節在標準的 8 位元示波器上是無法觀測的。
• 深度且反應靈敏的記憶體：
  標準配置 200 Mpoints 的擷取記憶體，並可升級至 2 Gpoints，能夠在高取樣率下擷取長時間的訊號序列，這對於分析複雜的脈衝序列或識別間歇性故障至關重要。
• 先進的觸發能力：
  獨特的數位觸發系統，包含圖形化的區域觸發 (zone trigger)，能夠在時域與頻域中精準地隔離複雜的訊號事件。

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Table 1: 核心儀器平台技術規格總覽

應用場景與量測實踐

將前述儀器的卓越效能轉化為具體的量測實踐，是本解決方案的核心價值所在，下表概述了針對不同航空導航系統的關鍵量測任務，以及本方案中各儀器的配置角色，其中「P」代表主要儀器，「S」則代表輔助或用於深度分析的儀器。

Table 2: 航空導航系統量測任務與儀器配置

儀器降落系統 (ILS) 校驗與維護

ILS 是引導飛機精準進場與降落的關鍵系統，其訊號品質直接關係到飛航安全，本方案提供了從訊號產生到多層次分析的完整測試流程。

• 訊號產生：
  使用 R&S SMA100B 產生具備穩定 90 Hz 與 150 Hz 調變音頻的精準 ILS 訊號 (包含定位台 LOC 與下滑台 GS)，其極高的訊號純度確保了任何測得的失真皆源自於待測物，而非訊號源本身。
• 現場分析：
  R&S EVSG1000 是現場量測航道 (CRS) 與淨空 (CLR) 訊號的主要工具，透過選配的 R&S EVSG-K1，可對雙頻 (2F) ILS 系統進行同步分析。
• 實驗室/維修站分析：
  在實驗室環境中，R&S FSW 能以更低的雜訊底層與更寬的動態範圍進行深度分析，精準量測 ICAO 標準所要求的失真與殘餘調變 (如殘餘 FM、非期望 AM)。
• 時域分析：
  R&S RTO6 的 HD 模式可在調變前對 90/150 Hz 的音頻訊號進行分析，找出任何失真、相位誤差或漣波，為射頻層級的問題提供根本原因的分析，同時 R&S EVSG1000 的 R&S EVSG-K12 選項也支援對邊帶加載波 (CSB) 與邊帶專用 (SBO) 訊號的音頻時域分析。

VHF 全向信標 (VOR) 系統測試

VOR 系統為飛機提供地面站的方位資訊，其訊號的準確性至關重要。

• 訊號產生：
  搭載 R&S SMAB-K25 VOR/ILS 選項的 R&S SMA100B，可產生用於接收機測試的高精度 VOR 訊號，其低調變誤差與高位準準確性是此應用的關鍵。
• 訊號分析：
  R&S EVSG1000 搭配 R&S EVSG-K2 選項，可分析 VOR 的關鍵參數，如方位角與調變特性，它還能測定 AM 失真值，這對於都卜勒 VOR (DVOR) 系統尤其重要，在實驗室中，R&S FSW 能以更高的精準度執行這些量測。

地面增強系統 (GBAS) 訊號特性分析

GBAS 透過 VHF 資料廣播 (VDB) 提供衛星導航的增強資訊，其訊號品質直接影響定位精度。

• VDB 訊號分析：
  R&S EVSG1000 搭配 R&S EVSG-K4/K5 選項，是測試 GBAS/SCAT 系統 VDB 訊號的專用工具，能夠分析所有時槽 (A 到 H) 的內容。
• 關鍵參數測量：
  該分析儀可量測 GBAS 的核心參數，包括叢發平均位準 (Burst level average)、載波頻率偏移 (Carrier frequency offset)、誤差向量幅度 RMS (Error Vector Magnitude (EVM) RMS) 以及前向糾錯前誤碼率 (Bit Error Rate (BER) before FEC)。
• R&S FSW 深度分析：
  對於研發階段的深度分析，R&S FSW 的向量訊號分析功能可提供更低的殘餘 EVM 與更先進的故障排除工具，對 VDB 訊號的底層數位調變進行詳盡的特性分析。

航管通訊 (ATC COM) 訊號分析

ATC COM 的清晰度與可靠性是確保空中交通管制順暢的基礎。

• 現場分析：
  R&S EVSG1000 透過 R&S EVSG-K6 選項，可分析 VHF 與 UHF 頻段中 ATC COM 訊號的位準、頻率與調變 (AM 和 FM)。
• 干擾搜尋：
  在日益擁擠的航管頻段中，偶發性的干擾可能嚴重影響通訊品質，R&S FSW 的即時頻譜分析選項 (如 R&S FSW-K161R) 在此展現了其無可取代的價值，它能夠無縫地監測頻譜，並觸發與擷取極其短暫的瞬態干擾訊號，是保障通訊完整性的關鍵工具。

整合方案的校驗與自動化

在安全至上的航空領域，量測結果不僅僅是數據，更是符合法規的可審核記錄，因此，確保測試系統本身的準確性與可追溯性至關重要，本解決方案內建了一套完整的校驗與自動化框架，建立起一個「自動化信任」(Automated Trust) 的體系，它從「假設已校驗」的傳統模式，轉變為對每一次測試運作都「證明已校驗」，從而大幅提升了測試結果的可靠性與公信力。

• 可追溯的功率校驗：
  整個方案的功率量測基準由 R&S NRPXXP 系列功率感測器建立，作為絕對功率參考，該感測器可直接連接至 R&S FSMR3000 或 R&S SMA100B，確保所有功率量測的可追溯性。
• 調諧射頻位準 (TRFL) 量測：
  利用 R&S FSMR3000 執行的 TRFL 量測程序，可在極寬的動態範圍內實現高精度的位準校驗，此方法首先使用功率感測器進行一次絕對功率參考，然後在較低功率位準上進行高線性的相對位準量測，確保了全範圍的準確性。
• 產生器與衰減器校驗：
  R&S FSMR3000 可對 R&S SMA100B 進行全面的校驗，驗證其位準準確性、調變準確性 (AM/FM/PM) 以及頻譜純度 (諧波)，確保激勵訊號的品質符合最高標準。
• 自動化測試設備 (ATE) 整合：
  R&S SMA100B 具備快速的頻率與振幅切換能力，其 R&S LegacyPro 程式碼模擬功能，使其能輕易取代現有測試系統中的舊型產生器，而無需大幅修改軟體，同時，R&S FSW 內建的 SCPI 記錄器，則簡化了自動化測試腳本的開發過程，大幅提升了測試效率。

這個框架的實現，代表系統不僅能執行測試，還能自動驗證自身的準確性並記錄證明，一個自動化程序可以在每次關鍵測試序列開始前，先執行對訊號產生器的校驗，並將結果存檔，這不僅降低了使用超差儀器的風險，也簡化了品質稽核的流程，為航空工業中不容妥協的安全性要求，提供了堅實的數據支持。
 

建構未來導航系統的量測基石

R&S 整合式一站式測試解決方案，透過新世代儀器的效能協同與生命週期一致性的設計理念，為現代及未來的航空無線電導航系統測試，提供了一個全面、高效且極度可靠的平台。

方案核心優勢

• 無可匹敵的準確性：
  透過極致純淨的訊號產生、高靈敏度的分析能力，以及內建的計量級校驗框架三者協同作用，達成了業界領先的量測準確度。
• 顯著提升的效率：
  藉由寬頻單次擷取分析、高速量測速率以及強大的自動化功能，大幅縮短了從特性分析到合規性驗證的測試時間。
• 完整的合規性：
  從設計之初即以滿足並超越 ICAO 及其他國際標準的嚴格要求為目標，確保所有量測結果都具備法規效力。
• 全方位的分析力：
  提供了從基頻到射頻、從實驗室到現場的完整、時間相關的系統效能視圖，實現了真正的全貌分析。

更重要的是，該平台的核心能力 — R&S FSW 的寬頻、R&S RTO6 的高解析度以及 R&S SMA100B 的高頻率範圍 (最高達 67 GHz) — 使其成為一個具備前瞻性的未來導向投資，它不僅能應對當前的 NAVAID 系統挑戰，更已為下一代的技術演進做好了準備，包括：

• 對整合式通訊與導航 (Joint Communication and Navigation) 系統的測試。
• 對無人機導航與先進空中交通 (AAM) 所使用的複雜訊號進行特性分析。
• 分析 5G 等新興無線通訊技術對現有 NAVAID 頻段的潛在干擾。

這個整合式的一站式解決方案，為確保當前與未來航空無線電導航系統的安全性、可靠性與效能，奠定了堅實的量測基石。