تعمل رقائق التردد اللاسلكي كمكون أساسي في مستقبلات الملاحة عبر الأقمار الصناعية، حيث يؤثر أداؤها بشكل مباشر على دقة تحديد المواقع والحساسية وقدرات مكافحة التشويش في محطات الملاحة. ومع التطوير المتكامل لأنظمة الملاحة متعددة الأنماط مثل BeiDou وGlonass وGlonASS وGalileo، يزداد الطلب على الأداء العالي وكفاءة اختبار رقائق الترددات اللاسلكية. تحلل هذه المقالة بشكل منهجي البنية والمعلمات الرئيسية وطرق اختبار رقائق الترددات اللاسلكية للملاحة عبر الأقمار الصناعية، وتقترح حلاً فعالاً وعالي الدقة للاختبار يعتمد على معدات الاختبار الآلي (ATE).

1. بنية رقاقات الترددات اللاسلكية للملاحة عبر الأقمار الصناعية ومعلمات أدائها

تعتمد رقاقة التردد اللاسلكي النموذجية للملاحة عبر الأقمار الصناعية على بنية عالية التكامل للتردد المنخفض المتوسط أو الترددات المتوسطة الصفرية، وتتضمن وحدات مثل مضخمات التردد المنخفض الضوضاء (LNA)، والخلاطات ومرشحات التردد المتوسط (IF)، وحلقات قفل الطور (PLL)، والمذبذبات المتحكم في الجهد (VCO)، ومضخمات الكسب المتغير (VGA)، والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC). وتتم عملية العمل الأساسية على النحو التالي: يتم تضخيم إشارات الأقمار الصناعية الضعيفة التي يستقبلها الهوائي بواسطة LNA، ويتم خلطها مع إشارة المذبذب المحلي ليتم تحويلها إلى تردد وسيط، ثم يتم ترشيحها وضبط كسبها وتحويلها إلى إشارات IF رقمية لإخراجها إلى وحدة معالجة النطاق الأساسي.

تؤثر معلمات أداء شريحة التردد اللاسلكي بشكل مباشر على الأداء الكلي للنظام، بما في ذلك:

رقم الضوضاء (NF): يحدد حساسية جهاز الاستقبال، وهو أمر بالغ الأهمية خاصة في بيئات الإشارة الضعيفة.

نقطة ضغط المدخلات 1 ديسيبل (P1dB): يعكس النطاق الديناميكي الخطي لسلسلة أجهزة الاستقبال.

نسبة رفض الصور (IMRR): يشير إلى إمكانية كبت مرشح IF لترددات الصورة.

ضوضاء الطور: يؤثر على النقاء الطيفي لإشارة المذبذب المحلي، الذي يحدده أداء PLL.

التسطيح داخل النطاق الترددي وعرض نطاق التصفية: يتعلق بتوحيد نطاق مرور الإشارة وانتقائية التردد.

نسبة الموجة الدائمة لجهد الإدخال (VSWR): يعكس مطابقة المعاوقة عند منفذ الإدخال.

2. محدودية طرق الاختبار التقليدية ومزايا أنظمة اختبار ATE

غالبًا ما يعتمد اختبار رقاقة التردد اللاسلكي التقليدي على نموذج “مكدس الأدوات”، حيث يتم بناء منصات الاختبار باستخدام أجهزة منفصلة مثل أجهزة تحليل الطيف ومولدات الإشارات ومحللات الشبكة، مع تحكم شبه آلي عبر ناقل GPIB أو RS-232. على الرغم من مرونة هذا النهج، إلا أنه يعاني من تعقيد النظام، وانخفاض كفاءة الاختبار، وضعف الاتساق، مما يجعله غير مناسب للإنتاج على نطاق واسع.

في المقابل، توفر أنظمة الاختبار القائمة على أجهزة الصيانة الآلية تكاملاً عالياً وتحكماً موحداً وعمليات اختبار موحدة مع المزايا التالية

الاختبار الموازي عالي الكفاءة: يدعم القياسات المتزامنة متعددة المحطات، مما يحسن الإنتاجية بشكل كبير.

دقة وتكرار عاليان: مع الأنظمة المعايرة، تُظهر نتائج الاختبار اتساقًا جيدًا.

التكوين المرن وقابلية التوسع: من خلال وصلات الناقل مثل GPIB وVXI وPXI، يمكن للنظام دمج أدوات الترددات اللاسلكية المتطورة، وتحقيق التوازن بين الدقة والتغطية الوظيفية.

القدرة على التكيف البيئي: يمكن دمج أجهزة التحكم في درجة الحرارة للتحقق من أداء الترددات اللاسلكية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والمنخفضة على حد سواء.

3. هندسة نظام اختبار ATE وتطبيق التكنولوجيا الرئيسية

يتألف نظام اختبار رقاقة التردد اللاسلكي القائم على ATE عادةً من المكونات التالية:

الحاسوب الرئيسي ATE: يوفر وظائف أساسية مثل التحكم الرقمي، وإدارة الطاقة، والحصول على البيانات.

مولدات ومحللات إشارات الترددات اللاسلكية: تُستخدم لتوليد إشارات الإثارة وتحليل طيف الخرج.

مصفوفة التحويل ومحولات الواجهة: إدارة توجيه الإشارات وتوصيلات دبابيس البُرادة.

برامج التحكم ومعالجة البيانات: يقوم بإدارة عملية الاختبار وتسجيل البيانات وتقييم الأداء.

أثناء الاختبار، تتم تهيئة رقاقات التردد اللاسلكي من خلال واجهات SPI أو I²C لضبط وضع التشغيل وحالة الكسب، تليها قياسات متتابعة لمعلمات التردد اللاسلكي. على سبيل المثال، يستخدم اختبار رقم الضوضاء طريقة عامل Y أو طرق التحميل الساخن/البارد، بالإضافة إلى مصدر ضوضاء دقيق ومحلل طيف. ويتطلب اختبار ضوضاء الطور محلل طيف عالي الضوضاء لاستخراج خصائص ضوضاء الطور من الطيف المغلق بـ PLL.

4. بيانات الاختبار وتحليل الأداء في العالم الحقيقي

بالنسبة لرقاقة التردد اللاسلكي للملاحة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، فإن البيانات المقاسة في العالم الحقيقي من نظام ATE هي كما يلي:

المعلمة	الوحدة	العينة 1	العينة 2
المدخلات P1dB	ديسيبل ميلي واط	-35.1	-35.2
رقم الضوضاء	ديسيبل	4.1	4.2
رفض الصورة	ديسيبل	40.1	41.2
ضوضاء الطور عند 1 كيلوهرتز	ديسيبل ج/هرتز	-86.3	-83.2
التسطيح داخل النطاق	ديسيبل	0.4	0.5

أظهرت النتائج أن رقاقة التردد اللاسلكي تلبي توقعات التصميم للمعايير الرئيسية، مما يدل على خطية جيدة، وأداء ضوضاء وثبات التردد، مما يجعلها مناسبة لأجهزة الملاحة المدنية.

5. الخاتمة والتوقعات

مع استمرار تطور أنظمة الملاحة نحو تصميمات متعددة الترددات وعالية الدقة ومنخفضة الطاقة، يزداد تعقيد اختبار رقائق الترددات اللاسلكية. أصبحت أنظمة الاختبار القائمة على ATE هي الحل السائد لاختبار الإنتاج الضخم لرقاقات الترددات اللاسلكية، مما يوفر كفاءة عالية واتساقًا وقابلية للتطوير. وبالنظر إلى المستقبل، مع ظهور تقنيات جديدة مثل 5G-A/6G واتصالات الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض، سيستمر تطوير اختبار رقائق الترددات اللاسلكية بترددات أعلى وعرض نطاق ترددي أوسع وتكوينات متعددة المنافذ. ستتطلب الأنظمة المستقبلية مزيدًا من التحسين في التكامل ومعايرة الخوارزمية والتشخيص الذكي لدعم البحث والتسويق التجاري للجيل القادم من رقائق الترددات اللاسلكية للملاحة والاتصالات.