Ka波段“动中通”天线是如何设计的？

Ka波段“动中通”天线设计

1

动中通在今天看来，并非什么新事物。在所有的动中通系统中，数据率主要被两个因素限制：可用带宽、接收灵敏度（和发射功率）。术

第一个约束——可用带宽

可以通过Ka波段频率以克服。有3.5GHz的可用信道带宽，并且通过点波束实现频率的复利用，以此一些Ka波段卫星可以达到130Gbps的数据传输。它几乎比Ku波段卫星高出两个量级。

第二个约束——接收灵敏度/发射功率

是因为随着越来越多的复杂调制方案被用于支持更高比特率的数据传输，接收信号的信噪比更高。这就要求更高的天线增益——即发射时达到最大的等效全向辐射功率，接收时最大限度地接收到区域的信号流量，获得最好的信号强度。

除此之外，在动中通的终端，也一定会遇到其他的与数据率无关的约束条件。包括：信号正确的极化方向，最小的旁瓣信号密集度以避免来自邻道卫星的干扰，系统是机载、车载、船载也是重要因素，另外系统的尺寸，重量等因素也会被纳入设计方程。考察指标不仅是系统能工作，而是能够在运动中正常工作。

2

电跟踪（点扫描）的趋势一定程度的消除机械跟踪（机械扫描），这使相控阵天线看似完美的选择。相控阵天线的解决方案可以通过方位角上采用机械扫描，同时俯仰角上采用电扫描的组合来实现。相控阵天线的Ka波段解决方案究竟有何优缺？

电扫/相控阵天线？

1、相控阵天线合理数量的单元有低增益，尤其是定位偏离轴时，高数据率只能通过在比其他天线解决方案更高的功率电平来实现。

2、这些天线阵列在主瓣以外的部分亦产生显著的能量。这些往往需要消除以便实现认证状态，也就是说需要限制不需要的辐射，才能有效的减少旁瓣与邻道卫星产生的信号干扰。

3、大多数Ka波段卫星采用圆极化，这使分配阵列单元实现电跟踪非常复杂。

4、需要保持整个频率范围内的同方位角，限制分数带宽（相对带宽）达到5%。甚至是在扫描角小至25°。

5、在Ka波段发射频率（30GHz）、接收频率（20GHz），所以需要不同的阵列以覆盖每个频率——阵列之间在一定程度上，既需要单独操作又需要相互同步。

任何带宽的相控阵天线由于以上原因，都不太容易折衷实现在Ka波段动中通的使用中。

抛物面天线

采用单抛物面反射天线克服这些限制。例如单抛物面天线和喇叭天线和发射接收信号的波导馈源可使天线获得更高的增益；覆盖整个带宽；自动对准接收波束和发射波束；严格控制旁瓣波束。在这样的一个系统中，他更容易发送和接收Ka波段卫星要求的圆极化信号（通过调制，也可以是线性极化。），当然它也有缺点，需要反射面机械跟踪，这导致很难设计两波段馈源。

3

系统设计的核心问题：怎样获取、怎样跟踪卫星？

开环方法

利用GPS定位信息为天线定向，并且重新定位给定当前航向的终端。然而，小范围内的精度定位是非常困难（和昂贵）的。它是依靠惯性导航系统和GPS来实现开环跟踪的。此外，惯性导航系统离不开GPS测量，很难避免天线罩对Ka波段信号的折射，所以由此造成的指示角的变化和大的偏差也会使惯导系统产生误差。（上图为惯性导航系统）

闭环方法

通过自己的传输能力实现卫星跟踪。例如在单脉冲跟踪中，寻找最大限度地接收信号，或卫星信标信号的方向，或一些其他衍生信号。它通过传统的抛物面天线进行机械扫描实现，它的扫描时圆锥扫描以及步进跟踪。(上图为单脉冲跟踪系统)

---