Ka波段“动中通”天线是如何设计的？

本文转载自微信公众号：上海墨石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)《中国电子科学研究院学报》欢迎各位专家、学者赐稿！投稿链接 http://kjpl.cbpt.cnki.net电话：010-68893411邮箱：dkyxuebao@vip.126.com如需转载请给我们留言，谢谢！系列合集：精品原创阅读学术：干货综述：短波电磁环境问题研究——对认知无线电等通信技术再认识好书：美国联合作战文件选编学术：一种基于云的智慧城市系统架构新视点：智慧城市就是更多参与学术：天基物联网如何架构?功能组成、应用模式都有哪些?学术：云计算在分布式传感器辐射源识别中的应用学术：深入探究致密能源新宠之“高比能水体系锂电池”新视点：川普上台究竟大跌了谁的眼镜?精英传声筒们被打脸之后将会如何行动?学术：抓住机遇——全面解析国内外物联网体系架构学术：智慧城市其实一点都不"智慧"?中国的智慧城市与国外Smart City的差距究竟在哪里?好书：美国如何最大限度提升海军集成作战能力?好书：未来海上预置部队能力评估好书：安全领域军民协同研究好书：美国机器人发展路线图好书：迈向基于卫星的全球量子通信时代学术：基于业务感知的空天地一体化信息网络流量分类技术学术：面向军民融合的空间信息云服务平台体系研究VR技术：隐藏在巨大机遇背后的隐患?网络空间治理，有点难?学术：天基综合信息系统安全策略设计与验证技术研究学术：天地一体化天基骨干网络体系架构研究学术：软件定义可重构卫星网络系统研究学术：聚合SDN控制的新一代空天地一体化网络架构中俄军演新看点：海上联合防卫行动2016十一连载：预警机总体构型设计（七）关于联合情报体系建设的几点认识新视点：国家创新体系概述新视点：漫谈面向未来之战略前沿技术学术：基于MBD的产品设计制造技术研究学术：三维打印的现状与未来大数据时代的意图搜索学术：数字化工厂技术在电子制造领域的应用学术：量子成像和量子雷达在遥感探测中的发展评述