衛星 EMC/EMI 電磁相容測試：MIL-STD-461 與 GSFC-STD 的零失敗驗證策略

 

在航太產業中，「太空」是最嚴酷的試煉場，而「無法維修」是最殘酷的限制，當一顆造價數億美元的衛星被火箭送入軌道後，任何一個微小的電磁干擾（EMI）問題 — 無論是電源線上的雜訊耦合，還是天線之間的旁瓣干擾——都可能導致通訊中斷、姿態失控，甚至任務全毀。

因此，電磁相容性（Electromagnetic Compatibility, EMC） 測試並非只是為了符合法規的文書作業，它是衛星生存的保命符，依據 MIL-STD-461（美軍標準）與 GSFC-STD（NASA 戈達德太空飛行中心標準），衛星必須經歷嚴苛的「電磁烤箱」考驗，以證明它能在充滿電磁雜訊的發射環境及太空中自我相容並正常運作。

電磁相容的三大支柱：EMC、EMI 與 EMS

要理解測試策略，首先必須釐清三個核心概念：

1. 電磁干擾 (EMI)：
   這是「反派」，指任何會中斷、阻礙或降低電子設備性能的電磁干擾，可能來自自然的閃電、太陽風，或人為的無線電發射、開關突波。
2. 電磁耐受性/抗擾度 (EMS)：
   這是「防禦力」，指設備在存在電磁干擾的環境下，仍能維持功能不失效的能力。
3. 電磁相容性 (EMC)：
   這是「終極目標」，指設備在共同的電磁環境中能執行其功能，且不會對環境中的其他設備造成不可接受的干擾，簡單來說，就是「不吵別人（低發射），也不怕別人吵（高抗擾）」。

衛星面臨的獨特 EMC 挑戰

與地面設備不同，衛星面臨著極端且封閉的電磁環境挑戰：

系統內的「自蓋（Self-Jamming）」

現代高通量衛星（HTS）同時搭載了高功率發射機（Tx）與極高靈敏度的接收機（Rx），由於空間限制，發射與接收天線距離極近，如果發射機的雜散訊號（Spurious Emission）或互調產物（PIM）落入接收頻段，衛星就會「自己蓋台自己」，導致通訊鏈路癱瘓。

電源匯流排的髒訊號

衛星內部的電源分配單元（PDU）負責將太陽能板與電池的電力轉換給各個子系統，DC-DC 轉換器的高頻切換動作會產生傳導雜訊，若不加以抑制，這些雜訊會沿著電源線傳播，干擾敏感的姿態控制感測器或科學酬載。

整合密度與近場耦合

在立方體衛星（CubeSat）或小型衛星中，電纜束與射頻元件緊密堆疊，傳統的遠場輻射公式不再適用，近場耦合效應顯著，這使得「串音（Crosstalk）」問題更加難以預測。

核心標準解析：MIL-STD-461 與 GSFC-STD

這兩套標準構成了西方航太 EMC 測試的基石。

MIL-STD-461： 這是針對「子系統與設備級」的測試聖經，它詳細規定了四大類測試項目：

• CE (Conducted Emissions)： 量測電源線上的雜訊電壓與電流。
• CS (Conducted Susceptibility)： 將干擾訊號注入電源線，看設備是否當機。
• RE (Radiated Emissions)： 量測設備外殼與纜線輻射出的電磁波強度。
• RS (Radiated Susceptibility)： 用高強度的電磁場照射設備，驗證其抗干擾能力。

GSFC-STD-7000 (GEVS)：
這是 NASA 的通用環境驗證標準，通常引用 MIL-STD-461 的測試方法，但針對太空任務的特殊性（如特定的發射載具電磁環境、靜電放電 ESD 要求）定義了更具體的極限值（Limit Lines），例如，針對科學任務的衛星，其磁場輻射（RE101）的要求可能比軍規更嚴格，以保護磁力計酬載。

面對從低頻電源漣波到高達 40 GHz 以上的微波輻射，單一的頻譜分析儀已無法滿足現代衛星的測試需求，您需要的是一套整合了 「時域掃描技術」、「自動化雜散搜尋」 且能適應 「雙功能暗室」 的全方位 EMC 測試系統。

我們提供 Rohde & Schwarz (R&S) 的頂尖 EMC 測試儀器與專用軟體，為衛星製造商提供從元件級預測試到整星級驗證的一站式解決方案。

極速 EMI 接收機與時域掃描 (Time Domain Scan)

傳統的 EMI 接收機採用步進掃描（Stepped Scan）模式，測試一個寬頻段可能需要數小時，對於需要長時間待機的衛星熱真空測試而言，這極具挑戰。

• FFT 加速技術：
  我們推薦 R&S ESW / ESR系列 EMI 測試接收機，具備基於 FFT 的時域掃描功能，這使得測試速度比傳統接收機快上數千倍，您可以在幾秒鐘內完成整個頻段的掃描，這對於捕捉衛星在不同操作模式切換瞬間（例如轉發器開啟瞬間）產生的 「間歇性干擾（Intermittent Signals）」 至關重要。
• 餘輝頻譜 (Persistence Spectrum)： 透過顏色深淺顯示訊號出現的機率，工程師能一眼識破隱藏在寬頻雜訊下的偶發干擾訊號，這在除錯複雜的電源切換雜訊時非常有效。

同時顯示餘輝模式下的干擾頻譜（上圖）與頻譜圖（下圖），頻譜圖提供了待測物 (DUT) 發出的干擾隨時間變化的無縫資訊，在餘輝模式中，使用者可以清楚區分窄頻和寬頻干擾，使用者選定的單個頻譜（餘輝模式中的白色軌跡）在時間上的位置，由標記 M1 在頻譜圖中指出，該標記可依需求定位。


R&S ESR EMI 測試接收器 (10 Hz - 3.6 / 7 / 26.5 GHz)，中階 EMI 測試接收器的首選，提供快速且可靠的合規性測試，結合 FFT 時域掃描技術，大幅提升量測速度。


R&S ESW EMI 測試接收器 (1 Hz - 8 / 26.5 / 44 GHz)，結合了卓越的 RF 特性、高動態範圍與量測精度，支援 FFT 時域掃描與即時頻譜分析，能以極快的速度完成 CISPR、EN、MIL-STD-461 等標準測試。

智慧型雜散搜尋 (Spurious Search)

針對衛星通訊酬載，雜散發射的規範極其嚴格（通常要求低於 -60 dBc 或更低），在寬達數 GHz 的頻譜上尋找微弱的雜散訊號，宛如大海撈針。

三階段自動化搜尋

R&S 測試儀器（基於 R&S FSW 訊號分析儀 與 R&S AMS32 / EMC32 軟體）採用創新的演算法：

• 快速預掃描： 用較寬的解析度頻寬（RBW）快速掃過全頻段，找出所有潛在的峰值。
• 候選篩選： 軟體自動標記出超過預設門檻的頻率點。
• 精準縮放： 針對這些特定頻點，自動切換到極窄的 RBW 進行高靈敏度量測，精確判斷是否超標，這大幅縮短了測試時間，同時保證了高動態範圍與量測準確度。

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。

雙功能測試艙 (Dual-Function Chamber) 整合

為了節省昂貴的測試艙建置成本與搬運風險，最新的趨勢是將 天線量測（Antenna Measurement） 與 EMC 測試 整合在同一個暗室中進行。

• 一艙多用：
  2025 年 8 月 R&S 與國家級太空中心合作開發的系統，能在單一測試艙內無縫切換功能，利用 R&S ZNA 向量網路分析儀 進行天線場型與增益量測，同時利用 R&S EMI 接收機 進行 EMC 合規測試。
• 特殊的吸波材料與佈局： 這類系統需要特殊的暗室設計，既要滿足天線量測對「靜區（Quiet Zone）」的要求，又要符合 EMC 標準對反射損耗與場地均勻性的規範，R&S 的整合方案確保了兩者在同一物理空間內的相容性與切換效率。

Rohde & Schwarz 提供可擴展的 EMC 一站式測試系統 (Turn-key Systems)，以 TS9975 (EMI) 與 TS9982 (EMS) 為核心，針對汽車、軍用、商業及無線通訊法規量身打造，整合 ELEKTRA 自動化軟體與寬頻放大器，實現從開發到合規認證的一站式服務。

產業應用與客製化矩陣

R&S 的一站式系統並非一成不變，我們會根據您的產業特性，基於 TS9975 和 TS9982 平台進行深度客製化，以下是針對主要產業的應用矩陣：

傳導抗擾度與電源完整性

針對 CS101 等傳導抗擾度測試，R&S 提供高功率的音頻與射頻放大器，配合注入探棒與 LISN，精確模擬電源匯流排上的漣波干擾，這能驗證衛星內部的 DC-DC 轉換器與濾波電路設計是否足夠強健，確保在電源品質惡劣的情況下，衛星核心電腦仍能穩定運作。

實際系統配置將因應您的測試應用、規範（MIL/GSFC/ECSS）、場地限制及待測物特性而有所不同。如需深入規劃與系統或軟硬體選配搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的系統整合經驗，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，讓我們協助您在地面掃除一切電磁隱患，確保您的衛星在升空的那一刻，不僅功能強大，而且堅不可摧，實現真正的零失敗發射。