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Ka波段“動中通”天線是如何設計的？

成都星云 >《軍事》

2016.12.16

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Ka波段“動中通”天線設計

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動中通在今天看來，并非什么新事物。在所有的動中通系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)率主要被兩個因素限制：可用帶寬、接收靈敏度（和發(fā)射功率）。術

第一個約束——可用帶寬

可以通過Ka波段頻率以克服。有3.5GHz的可用信道帶寬，并且通過點波束實現(xiàn)頻率的復利用，以此一些Ka波段衛(wèi)星可以達到130Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。它幾乎比Ku波段衛(wèi)星高出兩個量級。

第二個約束——接收靈敏度/發(fā)射功率

是因為隨著越來越多的復雜調(diào)制方案被用于支持更高比特率的數(shù)據(jù)傳輸，接收信號的信噪比更高。這就要求更高的天線增益——即發(fā)射時達到最大的等效全向輻射功率，接收時最大限度地接收到區(qū)域的信號流量，獲得最好的信號強度。

除此之外，在動中通的終端，也一定會遇到其他的與數(shù)據(jù)率無關的約束條件。包括：信號正確的極化方向，最小的旁瓣信號密集度以避免來自鄰道衛(wèi)星的干擾，系統(tǒng)是機載、車載、船載也是重要因素，另外系統(tǒng)的尺寸，重量等因素也會被納入設計方程?？疾熘笜瞬粌H是系統(tǒng)能工作，而是能夠在運動中正常工作。

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電跟蹤（點掃描）的趨勢一定程度的消除機械跟蹤（機械掃描），這使相控陣天線看似完美的選擇。相控陣天線的解決方案可以通過方位角上采用機械掃描，同時俯仰角上采用電掃描的組合來實現(xiàn)。相控陣天線的Ka波段解決方案究竟有何優(yōu)缺？

電掃/相控陣天線？

1、相控陣天線合理數(shù)量的單元有低增益，尤其是定位偏離軸時，高數(shù)據(jù)率只能通過在比其他天線解決方案更高的功率電平來實現(xiàn)。

2、這些天線陣列在主瓣以外的部分亦產(chǎn)生顯著的能量。這些往往需要消除以便實現(xiàn)認證狀態(tài)，也就是說需要限制不需要的輻射，才能有效的減少旁瓣與鄰道衛(wèi)星產(chǎn)生的信號干擾。

3、大多數(shù)Ka波段衛(wèi)星采用圓極化，這使分配陣列單元實現(xiàn)電跟蹤非常復雜。

4、需要保持整個頻率范圍內(nèi)的同方位角，限制分數(shù)帶寬（相對帶寬）達到5%。甚至是在掃描角小至25°。

5、在Ka波段發(fā)射頻率（30GHz）、接收頻率（20GHz），所以需要不同的陣列以覆蓋每個頻率——陣列之間在一定程度上，既需要單獨操作又需要相互同步。

任何帶寬的相控陣天線由于以上原因，都不太容易折衷實現(xiàn)在Ka波段動中通的使用中。

拋物面天線

采用單拋物面反射天線克服這些限制。例如單拋物面天線和喇叭天線和發(fā)射接收信號的波導饋源可使天線獲得更高的增益；覆蓋整個帶寬；自動對準接收波束和發(fā)射波束；嚴格控制旁瓣波束。在這樣的一個系統(tǒng)中，他更容易發(fā)送和接收Ka波段衛(wèi)星要求的圓極化信號（通過調(diào)制，也可以是線性極化。），當然它也有缺點，需要反射面機械跟蹤，這導致很難設計兩波段饋源。

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系統(tǒng)設計的核心問題：怎樣獲取、怎樣跟蹤衛(wèi)星？

開環(huán)方法

利用GPS定位信息為天線定向，并且重新定位給定當前航向的終端。然而，小范圍內(nèi)的精度定位是非常困難（和昂貴）的。它是依靠慣性導航系統(tǒng)和GPS來實現(xiàn)開環(huán)跟蹤的。此外，慣性導航系統(tǒng)離不開GPS測量，很難避免天線罩對Ka波段信號的折射，所以由此造成的指示角的變化和大的偏差也會使慣導系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。（上圖為慣性導航系統(tǒng)）

閉環(huán)方法

通過自己的傳輸能力實現(xiàn)衛(wèi)星跟蹤。例如在單脈沖跟蹤中，尋找最大限度地接收信號，或衛(wèi)星信標信號的方向，或一些其他衍生信號。它通過傳統(tǒng)的拋物面天線進行機械掃描實現(xiàn)，它的掃描時圓錐掃描以及步進跟蹤。(上圖為單脈沖跟蹤系統(tǒng))

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