Q/V 頻段與太赫茲測試：次世代 VHTS 衛星的毫米波量測挑戰與解決方案

 

在衛星通訊的歷史中，我們始終在追逐兩個目標：更小的天線與更大的頻寬。

從早期的 L 頻段、C 頻段，到目前主流的 Ku 與 Ka 頻段，頻譜資源的開發已經接近飽和，為了支撐次世代高通量衛星（Very High Throughput Satellite, VHTS）動輒數百 Gbps 甚至 1 Tbps 的傳輸需求，以及未來 6G 網路的星際鏈路（ISL），產業界別無選擇，只能向更高的頻譜荒野挺進：Q 頻段（33-50 GHz）、V 頻段（50-75 GHz），甚至是次太赫茲（Sub-THz）與太赫茲領域。

在這些極高頻段，可用頻寬不再是以數十 MHz 計算，而是動輒 2 GHz 以上的超大連續頻寬，這允許地面閘道器（Gateway）使用單一波束將海量數據送上太空（饋送鏈路, Feeder Link），再由衛星轉換為多個 Ka 頻段的點波束服務終端用戶，然而，當載波頻率超越 40 GHz 後，工程師面對的物理環境將發生劇變。

挑戰一：自由空間損耗與大氣衰減的雙重打擊

電磁波在真空中傳播時，其能量會隨著距離擴散，根據波動物理學的幾何關係，自由空間路徑損耗與「距離的平方」及「頻率的平方」成正比，當我們將通訊頻率從 20 GHz (Ka 頻段) 提升到 60 GHz (V 頻段) 時，僅僅因為頻率增加了三倍，訊號的能量衰減就會增加九倍。更嚴峻的是地球大氣層的吸收效應，在 V 頻段（約 60 GHz 附近），氧氣分子會與電磁波產生強烈的共振吸收，形成一道天然的「訊號黑洞」，此外毫米波的波長極短（與雨滴大小相近），這導致極為嚴重的「雨衰（Rain Fade）」，為了克服這些巨額損耗，衛星與地面站必須配備極高功率的放大器，並使用極高增益的陣列天線。

挑戰二：相乘效應放大的「相位雜訊」

要產生 Q/V 頻段的載波，硬體通常無法直接振盪出如此高的頻率，而是依賴較低頻率的本地振盪器（LO）再透過倍頻器（Multiplier）將頻率乘上去，這裡隱藏著一個致命的數學陷阱：當您將頻率乘上 N 倍時，伴隨頻率產生的相位雜訊（Phase Noise）惡化量，會以對數關係急遽增加。相位雜訊在頻譜上表現為載波兩側的「裙擺」；在時域上，它就是時間抖動（Jitter），對於採用高階調變（如 64APSK 或 256APSK）的 VHTS 系統而言，星座圖上的符號點距離極近，被倍頻器嚴重放大的相位雜訊，會讓星座圖上的點變成模糊的圓弧狀（相位旋轉），輕易越過判決邊界，導致解調失敗、位元錯誤率（BER）飆升。

挑戰三：超寬頻帶來的「頻率響應平坦度」崩壞

在低頻段，處理 20 MHz 的頻寬，要求頻率響應平坦是相對簡單的；但在 Q/V 頻段，一個通道的頻寬可能高達 2 GHz，在如此巨大的瞬時頻寬內，任何射頻元件（包含放大器、濾波器，甚至是一段短短的同軸電纜）都會表現出極不均勻的頻率響應，高頻端的損耗可能比低頻端多出好幾個 dB；訊號的高頻成分與低頻成分通過元件所需的時間也會不同（即群延遲變化），這會導致嚴重的符號間干擾（ISI）；因此，在極高頻測試中，系統的等化（Equalization）與誤差校正變得與測試本身一樣困難。

挑戰四：測試環境的纜線災難 (Cable Loss)

在實驗室中，一段高品質的微波同軸電纜，在 60 GHz 時的損耗可能高達每公尺數個 dB，如果您在熱真空艙（TVAC）中進行測試，需要使用數公尺長的電纜將艙外的儀器連接到艙內的衛星酬載，那麼儀器發出的訊號在到達待測物之前，可能就已經衰減殆盡；反之，酬載發出的微弱訊號也會被電纜熱雜訊淹沒。

突破極限的毫米波測試矩陣

面對邁向 Q/V 頻段與太赫茲的物理高牆，傳統的射頻測試設備已完全失效，您需要的是一套原生支援極高頻段、具備超寬頻分析能力，且能克服極端環境纜線損耗的頂級量測基礎設施，奧創系統科技提供了 Rohde & Schwarz (R&S) 業界最尖端的微波與毫米波測試儀表，為次世代衛星酬載與零組件提供從研發到 TVAC 驗證的完整 Q/V 頻段解決方案。

核心引擎一：極高頻寬頻訊號生成 (R&S SMW200A)

要測試 VHTS 的極限，首先必須產生純淨且寬頻的毫米波激勵訊號。

• 單機直達 67 GHz：
  R&S SMW200A 向量訊號產生器 具備驚人的硬體架構，無需依賴繁瑣的外部升頻器，單機即可直接產生高達 67 GHz 的射頻訊號，這完美覆蓋了 Q 頻段與 V 頻段的核心應用範圍。
• 2 GHz 內部調變頻寬：
  面對 VHTS 的超大容量需求，SMW200A 內建高達 2 GHz 的寬頻基頻產生器，工程師可以直接在儀器內部生成極其複雜的 DVB-S2X 寬頻多載波訊號，用以測試衛星轉發器與放大器的線性度與互調失真。

透過 R&S FE170ST 外部前端，SMW200A 可將頻率範圍進一步擴展至 D 頻段 (110 GHz - 170 GHz)，為 6G 及未來衛星通訊做好準備

核心引擎二：透視極高頻的智慧之眼 (R&S FSW 系列)

在接收與分析端，我們採用業界標竿的 R&S FSW 訊號與頻譜分析儀。

• 原生支援最高 85 GHz：
  R&S FSW 提供多種頻段選項，其中 FSW67 與 FSW85 型號可直接覆蓋高達 67 GHz 與 85 GHz 的頻率，無需外部諧波混頻器，這確保了在進行 Q/V 頻段雜散輻射量測時，擁有絕佳的靈敏度與無假象的頻譜顯示。
• 超低相位雜訊：
  針對高頻段最致命的相位雜訊問題，FSW 配備了極低雜訊的內部振盪器設計，這保證了儀器自身的殘餘 EVM 極低，讓工程師能真實看見衛星酬載的星座圖品質，而非儀器本身的誤差。
• 超寬頻解調：
  結合高達數 GHz 的分析頻寬選項與 R&S FSW-K70 向量訊號分析軟體，能夠瞬間捕捉並解調超寬頻的毫米波數位訊號，並即時補償前端硬體的頻率響應不平坦度。

R&S FSW 訊號與頻譜分析儀，具備 8.3 GHz 寬頻寬、極低相位雜訊及 800 MHz 即時分析功能。專為 5G NR、汽車雷達及衛星 RF 測試設計，提供卓越的 EVM 和 DANL 性能。

核心引擎三：超高頻被動與主動元件特性分析 (R&S ZVA)

對於 Q/V 頻段的濾波器、天線與頻率轉換器，精準的 S 參數與群延遲量測是不可或缺的。

• 跨越 100 GHz 的網路分析：
  我們推薦使用 R&S ZVA 系列高階向量網路分析儀，該系統的頻率範圍不僅覆蓋主流微波頻段，更能擴展至最高 110 GHz。
• 精準群延遲量測：
  ZVA 具備卓越的動態範圍與穩定性，能精確量測寬頻帶通濾波器在頻帶邊緣的相對群延遲，這對於確保 VHTS 通道內的訊號不失真至關重要。

R&S ZNA 向量網路分析儀專為航太、衛星測試應用而生，具備四個相位同調訊號源、170 dB 高動態範圍與 0.002 dB 超低追蹤雜訊，提供高效能、DUT 為中心的操作體驗，輕鬆應對複雜的射頻量測與生產任務。

TVAC 測試的終極解法：將感測器送入真空艙

針對極高頻段最頭痛的「纜線損耗與熱漂移」問題，在熱真空艙（TVAC）環境中，採用革命性的量測架構。

• TVAC 專用功率感測器 (R&S NRP67SN-V)：
  傳統作法是將感測器放在艙外，這在 67 GHz 時會導致無法接受的誤差，R&S NRP67SN-V 是一款專為 TVAC 艙內運作設計的功率感測器。它經過特殊的真空烘烤處理，確保揮發性有機物（VOC）釋放降至最低，且能承受溫度變動。
• 消除纜線誤差： 透過將 NRP67SN-V 直接鎖在艙內待測物（DUT）的輸出端，徹底消除了長 RF 纜線因溫度變化帶來的龐大損耗與測量不確定性。它能提供高達 67 GHz 的精準功率量測，並透過乙太網路（LAN）直接將數據傳出艙外。

下載  R&S NRP33SN-V / NRP67SN-V 熱真空功率感測器 產品型錄

實際的測試系統配置將因應您的衛星酬載架構、目標頻段（Q/V Band）以及所需的調變頻寬而高度客製化，如需深入規劃與毫米波系統搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的高頻通訊與航太系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。

立即聯繫奧創系統，讓我們協助您跨越頻率的物理高牆。透過業界最頂尖的毫米波與極高頻量測解決方案，確保您的次世代高通量衛星在未知的頻譜領域中，依然能展現無與倫比的傳輸效能與穩定性。