頻譜主權與飛航安全的守門員：從戰術通訊 SDR 到航空導航 DME/TACAN 的深度驗證技術

在現代國防與航空領域，"連接" (Connectivity) 的意義遠超乎消費性電子的定義，對於一架正在惡劣天候中進場的民航機，或是正在執行多域作戰（Multi-Domain Operations）的戰術小隊而言，無線電鏈路不僅是資訊的載體，更是生存的生命線。

然而，這條生命線正顯得日益脆弱，隨著頻譜資源的擁擠、數位調變技術的複雜化，以及軟體定義無線電（Software Defined Radio, SDR）的普及，傳統的測試方法已難以應對，我們不僅要確保發射機「發出了訊號」，更要驗證其在複雜電磁環境下的「頻譜純度」、「協定正確性」以及「共存能力」。

本文將深入探討兩大關鍵領域的驗證技術：一是戰術與關鍵任務通訊（Mission-Critical Communications），涵蓋 SDR 與 TETRA/P25 數位無線電的訊號分析；二是航空無線電導航（Aeronautical Radio Navigation），特別聚焦於 DME（測距儀）與 TACAN（戰術空中導航）地面台的脈衝參數驗證，我們將解析如何利用無線電綜合測試儀、寬頻功率感測器以及自動化認證系統，構建一套從物理層到應用層的完整防護網。

戰術通訊的數位轉型：軟體定義無線電 (SDR) 與波形驗證

數位語音與跳頻技術的挑戰

傳統的類比無線電（AM/FM）已逐漸被數位標準所取代，在國防應用中軟體定義無線電（SDR）具備極高的靈活性，能夠透過軟體更新載入不同的波形（Waveforms），支援從傳統的固定頻率傳輸到先進的快速跳頻（Frequency Hopping）技術（如 SATURN 或 HAVE QUICK），然而 SDR 的靈活性也帶來了測試上的挑戰：

1. 複雜的調變品質：
   數位波形（如 C4FM，π/4-DQPSK）對發射機的線性度要求極高，工程師需要 量測誤差向量幅度（EVM）與頻率誤差，以確保數位語音的解碼清晰度。
2. 瞬態響應：
   在跳頻模式下，無線電必須在極短的時間內鎖定新頻率並穩定發射功率，測試儀器必須具備足夠的頻寬與觸發能力，捕捉這些瞬態事件。
3. 互通性（Interoperability）：
   在聯合行動中，不同廠商的無線電必須能無縫通話，這需要針對 TETRA, P25, DMR 等標準進行嚴格的協定層測試。

實驗室與外場的測試橋樑：CMA180 的多工角色

為了應對這些挑戰，R&S CMA180 無線電綜合測試儀 扮演了核心角色，它不僅是一台訊號產生器與頻譜分析儀的結合體，更內建了多種數位標準的解調與編碼功能，在進行戰術無線電維護時 CMA180 能夠執行以下關鍵測試：

• 鄰近通道功率（ACP）：
  驗證發射機是否洩漏過多能量到相鄰頻道，這對於頻譜密集的戰場環境至關重要，能避免自我干擾。
• 數位波形分析：
  針對 TETRA 或 P25 訊號，CMA180 能顯示星座圖（Constellation Diagram）與眼圖（Eye Diagram），讓工程師直觀地判斷調變品質，它能深入分析 TETRA 的「突發（Burst）」結構， 量測突發功率與定時誤差。
• 距離故障定位（Distance to Fault）：
  在外場維護中，天線饋線的損壞是常見問題，CMA180 整合了駐波比（VSWR）與 DTF 量測功能，能精確指出電纜斷裂或接頭鬆脫的位置，大幅縮短維修時間。

此外，CMA180 具備獨特的「由軟體定義儀器」架構，允許使用者透過 R&S CMArun 自動化軟體編寫測試腳本，這表示複雜的軍規測試程序（如接收機靈敏度 SINAD 掃描）可以一鍵執行，確保了測試結果的一致性，消除了人為誤差。

航空導航的地面基石：DME 與 TACAN 脈衝分析

高斯脈衝與脈衝對的物理特性

除了通訊，航空器的「定位」同樣依賴無線電技術，測距儀（Distance Measuring Equipment, DME）與戰術空中導航系統（TACAN）是目前航空導航的骨幹，這些系統運作於 L 頻段（962 MHz 至 1213 MHz），利用「詢問-回覆（Interrogation-Reply）」機制來 量測斜距（Slant Range）。

DME/TACAN 的訊號特徵極為特殊，它們使用高斯脈衝對（Gaussian Pulse Pairs），這帶來了獨特的物理層測試需求：

• 脈衝形狀驗證：
  根據 ICAO 規範，DME 脈衝的上升時間、下降時間與脈衝寬度（通常為 3.5 μs）必須嚴格控制，若脈衝過窄，會佔用過多頻寬（頻譜效率差）；若脈衝過寬，則會影響測距精度。
• 脈衝對間隔：
  不同的模式（X 模式或 Y 模式）由脈衝對之間的時間間隔來定義（例如 X 模式為 12 μs），測試設備必須能精確 量測這個微秒級的間隔，以確保飛機不會識別錯誤的導航台。

詢問與回覆：地面台的效能指標驗證

驗證 DME/TACAN 地面信標台（Transponder）時，我們需要模擬飛機上的詢問機（Interrogator），這不僅是發射訊號，更涉及複雜的時序互動；利用 R&S SMA100B 或 SMBV100B 訊號產生器搭配 R&S NRP-Z81 寬頻功率感測器，可以構成高精度的 DME 分析系統。關鍵測試項目包括：

1. 回覆效率（Reply Efficiency）：
   地面台並不會對每一個接收到的詢問都進行回覆（存在系統延遲與優先級處理），測試系統需發送特定頻率的詢問脈衝序列，並統計地面台的回覆率，如果回覆率低於標準（通常要求 > 70%），可能表示地面台接收機靈敏度下降或處理器過載。
2. 回覆延遲（Reply Delay）：
   這是測距精度的核心，地面台接收到詢問脈衝後，必須在固定的延遲時間（如 X 模式為 50 μs）後發射回覆，任何微秒級的偏差都會直接轉化為數百米的測距誤差，現代測試系統利用高取樣率的示波器或訊號分析儀，能達到奈秒（ns）級的延遲量測精度。
3. 死區時間（Dead Time）與恢復時間：
   測試地面台在發射一個強脈衝後，需要多久才能再次接收微弱的詢問訊號，這對於評估導航台在高流量空域（多架飛機同時詢問）下的服務能力至關重要。

頻譜共存的法規防線：ETSI 適應性測試

在擁擠頻段中的禮貌：Adaptivity 與 LBT 機制

隨著物聯網與 Wi-Fi 設備的爆炸性增長，2.4 GHz 與 5 GHz ISM 頻段已變得極度擁擠，為了確保不同技術（如 Bluetooth, WLAN, ZigBee）能和平共處，歐盟 ETSI EN 300 328 與 EN 301 893 標準強制要求設備具備「適應性（Adaptivity）」功能。

適應性的核心機制是 LBT (Listen Before Talk)。設備在發射訊號前，必須先偵測通道是否被佔用。如果偵測到其他訊號（能量高於特定門檻），設備必須延遲傳輸或切換頻道。

R&S TS8997 法規測試系統 是專為此類測試設計的自動化平台，它整合了向量訊號產生器（作為干擾源）與頻譜分析儀，能夠執行全自動的適應性測試：

• 干擾注入：
  TS8997 會在待測物（DUT）的通道上產生特定的干擾訊號（如 LTE-U 或雷達脈衝）。
• 行為監測：
  系統即時監測 DUT 的反應。合規的 DUT 應在偵測到干擾後停止發射（Stop Transmission）或跳頻（Frequency Hopping）。
• 中等利用率（Medium Utilization, MU）係數：  量測 DUT 佔用通道的時間比例，確保其不會「霸佔」頻譜資源。

對於無線電製造商而言，透過 TS8997 的測試不僅是取得 CE 標章的門票，更是確保產品在真實高干擾環境下仍能維持連線品質的關鍵。

從研發到量產：自動化測試系統的模組化革命

PXI 平台與射頻切換矩陣的應用

當無線電產品從研發實驗室走向大規模量產時，測試重點從「功能驗證」轉向「產能（Throughput）」與「成本」。手動連接儀器已無法滿足生產線的節拍時間（Takt Time）。

R&S TSVP (Test System Versatile Platform) 提供了一個基於 PXI 標準的工業級解決方案，它結合了機箱內的嵌入式控制器、電源供應器與量測模組。

• RF 切換與路由：
  透過 R&S OSP (Open Switch and Control Platform)，系統可以將一台昂貴的儀器（如向量網路分析儀 ZNB）透過射頻矩陣連接到多個待測物（Multi-DUT testing），這表示在測試 DUT 1 的同時，機械手臂可以裝卸 DUT 2，實現「零等待時間」的流水線作業。
• 混合訊號測試：
  現代無線電不僅有 RF 介面，還有數位 I/O、音頻介面與電源輸入，TSVP 整合了類比量測模組，能在同一個測試站完成 RF 性能校準與電路板級的功能測試（如電流消耗、音頻路徑分析）。

這種模組化與自動化的架構，確保了每一台出廠的戰術無線電或導航模組，都具備與實驗室黃金樣機（Golden Sample）相同的高品質標準。

構建具備韌性的無線生態系

從戰場上的戰術通訊到民航機的精確導航，無線電技術的可靠性直接關係到任務成敗與人員安全，透過整合 CMA180 的多功能診斷、DME/TACAN 的精密脈衝分析、以及 TS8997 的法規共存驗證，我們構建出了一個全方位的「頻譜防護網」，這不僅是為了滿足法規要求，更是為了在日益複雜、擁擠且充滿挑戰的電磁環境中，確保每一條通訊鏈路都能穩定、清晰、安全地傳遞關鍵資訊，奧創系統科技（Ultrontek）結合 Rohde & Schwarz 的尖端儀器與自身的系統整合能力，致力於為客戶提供從研發、認證到量產的一站式解決方案，守護頻譜主權與飛航安全。