卫星天线实验室测试。

BBJ737的卫星天线安装位置。

地面测试。

机上测试。

霍尼韦尔的B757空中测试平台。数年前，飞机卫星通信天线还是个体积庞大的设备，通常安装在机身顶部或前部的球形雷达罩内。但随着技术的进步，天线的尺寸必然会越来越小，而电子扫描天线（ESA）和相控阵天线则放弃了传统的抛物线形状，转而采用扁平状设计。相控阵天线与电子扫描天线颇为相似，但其底层技术却截然不同。相控阵天线可以缓解电子扫描天线面临的部分散热和功耗问题，但这两种技术应被视为互补，两者在市场上都有发展空间，在某些应用中甚至可以同时安装在同一架飞机上。无论类型或形状如何，卫星通信天线都需要经过一系列参数的广泛测试，其中包括物理适配性，而后者在后期改装安装时有时会面临挑战。谈到天线测试，一个好的测试方案始于一个强大的设计方案。在此基础上，从组件层面开始测试，以确保天线能够安装在飞机上，还必须确保天线组件符合物理设计公差。同时会追踪所有部件的来源，并确认其材料符合航空应用的认证标准。此外，每个卫星运营商和星座都有其独特的测试参数。这意味着卫星天线生产商需要与卫星运营商合作，覆盖卫星星座所需的全部频率范围，并满足线极化或圆极化要求。对于非地球静止轨道星座，卫星天线生产商还会演示波束切换速度，以确保终端能够在卫星之间或同一卫星的不同波束之间快速切换，而不会断开连接。最后，会根据无线电法规或相关标准对系统进行测试，确保其符合相关要求。实验室试验一种新型天线设计在首次安装到飞机上之前，已进入测试阶段。霍尼韦尔航空航天技术公司卫星通信工程人员表示，卫星天线作为独立设备，在各个实验室中接受严格的测试，以验证其各自的性能，然后再将其集成到完整的卫星通信终端系统中。在天线参与飞行试验之前，实验室环境下的评估已经确保了其在整个卫星通信系统中的功能和兼容性。飞行试验旨在确认集成系统在实时条件下的可靠运行，而不是单独测试天线。飞行测试的目的是确保卫星通信系统能够在实际飞行条件下获取飞机状态数据并正确指向卫星。所有不同类型的天线都需要进行飞行测试，但具体测试范围会因系统架构中指向方式的不同而有所差异。考虑到实际应用场景，生产商设计终端要满足飞机制造商和监管机构提出的各种电气、机械和防鸟击要求。然后会进行测试来验证其性能。将成品安装到飞机机身上意味着要进行额外的电磁兼容性测试，以确保它与其他无线电设备和天线兼容，不会干扰其他系统，也不会受到干扰。此外还会验证其性能是否符合预期，包括发射和接收信号强度，并确保终端不会干扰在轨运行的其他卫星。系统安装到飞机上后，在重新投入飞行服务之前，还要进行最终的性能测试。霍尼韦尔的研究人员解释，他们在实验室里使用多个专用消声室进行全面的天线测试，并在多型飞机上评估该公司的卫星通信天线，包括“猎鹰”900、“湾流”550、巴西航空工业E170、AW139、波音757和PC-12。霍尼韦尔拥有自己的波音757测试平台，该机经过改装，用于电子设备连通性和发动机试验。它配备了多个卫星通信系统，包括可根据试验要求更换的天线。为757测试平台配置多个专用天线，这涉及诸多工程方面的考虑。每个方面都对确保测试期间的最佳性能、安全性和适应性起着至关重要的作用。这些考虑包括对天线/系统性能、其他系统性能、持续适航性、飞机性能以及对机载系统维护的任何影响的潜在影响。结构改造非常复杂，而且即使在大型飞机上，考虑到空间要求和已安装的大量系统，安装新天线的空间也十分有限。霍尼韦尔在测试新的卫星通信系统时，工程师首先会检查飞机上现有的天线，看看射频开关是否可以实现共享，或者是否可以暂时禁用现有系统，以便为测试系统腾出天线。有时可以使用适配器板。如果以上方案均不可行，他们将设计一套新的天线安装方案，这需要重新画图、静态强度和损伤容限分析，以及一份美国联邦航空管理局（FAA）的适航标准，用于证明其符合性。天线补充型号合格证（STC）天线设计获得认证后，通常由维修、修理和大修（MRO）服务商负责设计补充型号合格证，以涵盖特定机型的安装。在商务/VIP航空领域，情况尤其如此。由于当代卫星天线采用密封设计，因此无需天线罩。但美国和欧洲仍然要求必须进行物理鸟击测试，以满足美国联邦航空管理局和欧洲航空安全局（EASA）的法规要求。美国MRO服务商通常的安装方案是在天线周围加装一个整流罩，部分原因是降低阻力，但主要目的是防止鸟击。他们使用安装在机身某一段上的天线进行测试，并将测试件送至外部机构进行测试。根据天线的形状和尺寸，美国联邦航空管理局可能会接受鸟击行为建模数据进行认证，但这取决于天线是否属于美国联邦航空管理局所定义的“大型天线”范畴。欧洲航空安全局对大型天线的定义略有不同，他们更倾向于接受模型而非实际试验。事实上，建模在安装设计和适航性验证中发挥着至关重要的作用。这涉及了空气动力学、鸟击和颤振分析等测试方案，这些方案早在机身钻出第一个安装孔之前就已经制定完成。试验过程甚至延伸到最基本的层面，例如，将天线上的孔和连接点与设计图纸中预期的位置进行比较。MRO服务商指出并非所有类型的天线都需要雷达罩，但如果需要，则需要进行进一步的测试。雷达罩的鸟击试验的重要性取决于其尺寸、安装位置和平台类型。这通常会给评估带来挑战。除了抗鸟击性能之外，雷达罩还要接受全面的测试，以评估几个关键方面。这些测试包括射频性能测试（确保信号完整性）、防雷性能测试（保障安全）以及空气动力学性能测试（维持气流特性）。每一项测试都有助于确保雷达罩不仅能保护天线，还能在各种运行环境下提升功能性和安全性。即使卫星天线终端的外形极其低矮，鸟击认证仍然是一项关键的测试，这将确保雷达罩和天线发生的任何意外都不会对飞机的其他部分造成损坏。MRO服务商正在利用数字孪生技术来改进测试程序的这一环节，但测试结果的准确性取决于数字孪生模型对真实天线的模拟程度。目前还没有能够找到一种方法，获得足够精确的数字孪生模型，从而可靠地展示其在天线特性细微差别方面符合所有不同法规的要求。因此，他们仍然会在进行大量的数字模拟之后，进行实际的物理测试，以确保机载终端的安全。繁琐的后期工作由于加装卫星天线的飞机机型不一，因此卫星天线补充型号合格证在执行阶段遇到很多棘手的问题。例如，最初的补充型号合格证涵盖了机身前部的安装位置，该位置是根据目标飞机现有的天线配置而定的，但试验表明，其空气动力学性能不如机身后部安装。此外，由于改装需求最大的商务/VIP飞机配置各异，因此没有两架飞机是完全相同的。MRO服务商需要制定个体化的安装方案，以获得更好的空气动力学性能和更灵活的天线安装位置。举个例子，常见的BBJ737飞机上现有的天线各不相同，因此需要找到一个不会干扰其他系统的空间来安装新卫星天线。一些拥有BBJ737的客户会来咨询卫星天线的安装，而他们飞机的同一位置已经安装了三个天线。这意味着在进行安装之前，MRO服务商需要仔细评估飞机及其先前任何的改装情况。除了改装工作外，补充型号合格证认证所需的记录保存、分析和报告撰写工作量巨大，这还不包括天线原始设备制造商（OEM）已完成的工作。为获得美国联邦航空管理局、欧洲航空安全局和其他认证机构的认证而收集的数据，需要在每个环节都进行细致的文档记录。MRO服务商会创建计划和设计文档，供认证机构审批，其中包括详细的硬件和软件设计文档、测试计划、程序和报告以及机上测试计划、程序和报告。这种系统化的方法确保所有复杂情况都能得到解决和验证，同时有助于符合监管要求。这些要求主要是为了确保天线在正常运行和碰撞安全场景下都不会对飞机造成任何损坏或干扰。这些要求都有详细的文档记录，并且这些参数贯穿整个测试流程。除了MRO服务商的改装安装的测试和认证，还有制造商在工厂进行安装的认证方式，也就是说，飞机在出厂状态就加装了卫星天线。波音和空客对天线的测试要求远高于美国联邦航空管理局或欧洲航空安全局的标准，只有满足主机厂的要求才能成为合格的生产线安装产品。军事和特殊任务案例采用不同的认证标准，两者之间存在一些重叠，因为很多飞机的基础机型相同，例如，美军的KC-46A加油机使用波音767机身，很多公务机使用波音737、747和757机身。但它们有自己的，通常也更严格的环境性能、电磁干扰和电磁兼容性标准。（航柯）