衛星有效載荷與零組件測試：線性度與增益轉移量測
產業最新發展狀況
當前衛星通訊產業正處於一場革命性的轉變中，傳統的高軌道 (GEO) 衛星逐漸被部署中的巨型低軌道 (LEO) 和中軌道 (MEO) 星座所取代或補充。
- 趨勢一：高傳輸量 (HTS) 與寬頻化：
為了滿足全球數據和網路接入的需求，新型衛星必須提供 PB 級的傳輸能力，這導致通訊頻寬從 MHz 級別邁向 GHz 級別。 - 趨勢二：極致的頻譜效率：
衛星採用了 OFDM、SC-FDMA 等地面 5G/6G 網路的複雜數位調變技術（如高階 QAM），以在有限的頻譜內傳輸更多數據。 - 趨勢三：彈性與重構 (Software Defined)：
未來衛星有效載荷將具備軟體定義能力，允許在軌道上即時調整頻率、功率和波束。
為何需要這項測試技術？
這一切的進步，都必須克服一個共同的、古老的物理難題：非線性失真。
在衛星有效載荷中，最關鍵且耗電的組件是高功率放大器 (HPA)，它必須將訊號放大數百萬倍，才能傳回地球，為了節省衛星寶貴的電力並提高效率，HPA 必須在接近其最大輸出功率（即「飽和區」）工作；然而任何放大器一旦進入這個高效率區間，就會從「線性」行為轉為「非線性」行為，這種非線性會導致致命後果：訊號削波與擴散（產生不必要的雜訊干擾鄰近通道，即 ACLR 問題），以及相位與振幅偏差（破壞調變星座圖，即 EVM 問題）。
測試對於發展的「硬核」在哪裡？
這項測試（線性度與增益轉移量測）的硬核在於它不再使用簡單的「單音」(CW) 訊號，而是使用與真實數據調變訊號高度相似的激勵源來測試放大器，它直接回答了一個決定衛星性能的根本問題：「在接近飽和的高效率工作狀態下，我的放大器到底會把訊號扭曲到什麼程度？」只有精確量測與分析這些非線性行為，工程師才能設計出有效的預失真 (DPD) 技術，讓 HPA 既能高效率工作，又能同時維持訊號的純淨度，這是高通量衛星成功的關鍵。
線性度與增益轉移量測
射頻 (RF) 工程師在衛星通訊系統中，需要對衛星轉發器或功率放大器、頻率轉換器等零組件進行特性分析，典型的量測項目包括：增益壓縮 (Gain Compression)、振幅對振幅失真 (AM/AM)、振幅對相位失真 (AM/PM)，以及雜訊功率比 (NPR) / 鄰近通道洩漏比 (ACLR) 等失真指標。
結合向量訊號產生器與頻譜分析儀的量測方案
結合 R&S SMW200A 向量訊號產生器 與配備 R&S FSW-K18 選項的 R&S FSW 向量訊號分析儀，可使用真實世界的調變訊號對待測物 (DUT) 進行全面特性分析，R&S FSW-K18 軟體控制 R&S SMW200A，因此能確切知道輸入到 DUT 的參考訊號是什麼，最終結果只需進行一次量測即可得出，因為分析儀能將 DUT 輸出訊號與參考訊號進行精確同步分析。
使用 R&S SMW-K541 和 R\&S FSW-K18 對雙埠設備（例如放大器、頻率轉換器、轉發器）進行特性分析配置此量測方法的核心優勢
此量測方案具備多項優勢，使其成為衛星線性度測試的理想選擇：
真實條件測試與超寬頻分析
該方法允許使用 CW 功率掃頻訊號作為參考，或使用具備目標應用所需頻寬與峰值因數 (Crest Factor) 的數位調變訊號來測試，這能準確預測 DUT 在實際工作條件下的性能表現，同時其分析頻寬高達 8.3 GHz，能夠量測和分析高頻寬訊號放大後的特性。
透過一次量測對雙埠設備進行完整的特性分析DPD 校正與優化
為了解決放大器在高效工作時產生的非線性及記憶效應，R&S FSW 提供了強大的數位預失真 (DPD) 分析和校正工具：
- 記憶效應的補償與分析：
透過 R&S FSW-K18D 選配，儀器能進行直接數位預失真 (Direct DPD)，有效補償放大器的記憶效應，幫助 DUT 發揮最佳性能。 - 模型輸出與高效 DPD：
R&S FSW-K18M 選項允許使用者直接導出和匯出用於高性能 DPD 的 記憶多項式係數 (Memory Polynomial Coefficients)，它同時支援 Hammerstein 模型，可用於 R&S 訊號產生器的即時記憶 DPD，此外 R&S FSW-K18 和 R&S SMW-K541 也支援各種基於多項式/模型的 DPD 方法，確保高效率與高線性度並存。
最佳操作點快速鎖定
在設計和操作放大器時，找到一個既高效率又線性度足夠好的「甜蜜點」至關重要：
- 參數掃描與 3D 繪圖： 參數掃描 (Parameter Sweep) 功能提供了 3D 繪圖能力。工程師可以將量測結果繪製成例如「功率/EVM/頻率」等三維圖表。這使得工程師能夠在複雜的參數空間中，快速識別 DUT 的最佳操作點。
3D 圖（功率/EVM/頻率）可幫助您快速識別 DUT 的最佳操作點
測試技術詳盡補充：核心指標解讀
以下是衛星線性度測試中，四個最關鍵的量測與校正技術補充：
增益轉移曲線 (AM/AM 與 AM/PM)
這是分析放大器非線性行為的基礎：
- AM/AM (振幅對振幅失真)：
描述輸入功率的變化，如何影響輸出的增益（或振幅），在線性區間應為直線，但在接近飽和時會彎曲變平，體現增益壓縮 (Gain Compression)。 - AM/PM (振幅對相位失真)：
描述輸入功率的變化，如何導致輸出的相位發生不必要的偏移，對於高階 QAM 這種依賴相位精確度的調變，AM/PM 是一種極具破壞性的失真。
放大器的增益轉移曲線量測 (AM/AM)，上方的曲線是使用 R&S SMW200A 數位基頻的 CW 功率斜坡掃頻 (ramp sweep) 作為激勵源，正如預期的，AM/AM 曲線是一條直線；右側的曲線是使用 R\&S SMW200A 產生的數位調變訊號量測的，AM/AM 呈現雲狀曲線；曲線的寬度是由放大器的記憶效應所致。
功率回退與記憶效應 (Memory Effects)
當使用數位調變訊號進行 AM/AM 量測時（如上圖的「雲狀曲線」），曲線會變得有厚度，這就是記憶效應的表現，記憶效應指放大器的輸出不僅取決於當前的輸入訊號，還取決於過去輸入訊號的歷史，這使得訊號調變失真變得更複雜、更難以預測，需要更複雜的模型來描述。
預失真 (Digital Predistortion, DPD)
DPD 是用來解決 HPA 非線性和記憶效應的「救星」技術，它的原理是在訊號進入 HPA 之前，先利用數位訊號處理 (DSP) 故意加入一個與 HPA 失真「完全相反」的扭曲，這樣當訊號通過 HPA 時，HPA 的非線性剛好會把這個人為的扭曲「拉直」回來，實現整體路徑的線性化。
最佳操作點與 3D 繪圖
透過參數掃描將量測結果繪製成 3D 圖（例如 功率 EVM 頻率），工程師可以藉此一目瞭然地在複雜的參數空間中，快速找到 DUT 的最佳操作點，確保在滿足高效率的同時，訊號品質（EVM）也能保持在規格要求內。
維持高通量衛星效能的基石
隨著衛星通訊進入高傳輸量 (HTS) 與低軌道 (LEO) 的時代，對頻譜效率的要求達到前所未有的高度，系統對高階數位調變技術的依賴，使得傳輸路徑中任何微小的非線性失真都可能導致整個系統的效能崩潰。
精確的線性度與增益轉移量測，因此成為確保衛星有效載荷品質的關鍵基石，R&S 的解決方案結合了 SMW200A 向量訊號產生器與 FSW 向量訊號分析儀，提供了從基礎的 AM/AM、AM/PM 曲線分析到針對真實世界數位調變訊號的先進 DPD 建模與校正能力；無論是透過寬頻分析捕獲複雜的記憶效應，還是利用 3D 繪圖快速鎖定 HPA 的最佳操作點，這些技術都允許工程師在實驗室中精確地預測和優化元件的在軌性能。
最終，透過這些高精度的線性度測試，衛星產業得以克服放大器效率與訊號品質之間的物理矛盾，確保新一代高通量衛星網路能夠穩定、可靠地承載未來爆炸性增長的全球數據需求。
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