Ka频段点波束天线指向精度对星地数传链路的影响分析

为满足低轨遥感卫星海量数据的高速下传需求,Ka频段双圆极化频率复用数传技术已被逐步应用,而其使用的机械式点波束数传天线对指向精度和极化隔离度有很高的指标要求。文章对Ka频段点波束天线的辐射增益和交叉极化隔离等特性进行了讨论,从工程应用的角度定量研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗、链路余量和链路可用率的影响,重点分析了Ka频段点波束天线在不同指向精度时对不同地面站极化复用数传链路的影响。Ka频段点波束天线指向精度优于1°时,只能满足北京地面站99.0%链路可用率的可靠数据传输,可以满足喀什地面站99.9%链路可用率的可靠数据传输。文章的分析结果可为低轨遥感卫星Ka频段点波束天线的设计与研制提供参考,尤其是可为Ka频段双极化复用数传链路的总体设计和卫星任务规划提供分析依据。     

频率偏置对Ka频段圆极化频率复用数传链路的影响

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,仿真分析Ka频段双圆极化频率复用(简称"圆极化复用")链路可用情况随2个正交射频通道载波中心频率偏置量变化的关系,得出特定链路可用率下频率偏置量与临界接收仰角的定量关系。在此基础上,为了综合衡量频谱利用情况,提出有效频带利用率指标,并依据此指标对地面站的利用方案进行尝试性设计,以达到优化利用频谱资源的效果。研究结果表明:中心频率偏置量与有效频带利用率是对立统一体。增大中心频率偏置量,在特定链路可用率下可增长数传弧段,进而改善链路可用情况,但无法获取最大有效频带利用率。当载波中心频率偏置量为零时,通过选择合适的链路可用率可实现最大有效频带利用率。文章采用的分析方法和提出的有效频带利用率指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为Ka频段星地数传系统设计提供参考。     

低轨遥感卫星Ka频段星地数据传输效能研究

空间分辨率的大幅提高导致了低轨遥感卫星产生海量遥感数据,致使现有X频段星地数传通道压力急剧增加。针对此问题,文章分析了采用Ka频段进行星地海量数据传输的必要性。为了综合衡量数据传输性能,合理利用地面站资源,提出遥感卫星传输效能因子指标,依据此指标,对地面站的利用方案进行了优化设计。理论分析与仿真试验结果表明:采用Ka频段传输,在传输速率达到目前X频段最高速率3倍时,典型地面站的链路可用率达到95%以上,显著提高了数传系统的综合传输效能。     

深空通信中Ka频段自适应纠删编码研究

未来深空通信将采用Ka频段进行深空探测任务,但余量有限的Ka频段链路受地面站区域天气的影响较大,容易产生中断。将Ka频段链路的噪声温度建模为两状态马尔科夫链的Gilbert Elliot信道,结合异步CFDP传输模式,设计了低误差的天气状态预测模型,同时针对给定噪声阈值下天气状态转换对下行链路丢包率的影响,提出一种基于天气状态转换的RS码与弱鲁棒孤波分布LT码级联的分组纠删编码技术,通过预测模型实现自适应码率调整以保持Ka频段的数据链路连续性以及有效吞吐量。仿真表明算法可实现对数据分组的纠删保护,提高接收端的译码性能,增大系统吞吐量,提高文件传输效率。     

Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路设计

介绍一种用于Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路设备的组成、主要功能及技术指标,对接收链路的接收动态范围、等效噪声温度、线性度指标进行分析。该数传接收链路实现了接收动态范围-92dBm～-24dBm,3dB带宽±760MHz,幅相变换≤0.32°/dB的技术指标,在最高码率2Gbps的Ka频段遥感卫星数据接收系统中得到成功应用。     

S/X/Ka三频低轨遥感卫星数据接收系统的设计及实现

介绍了S/X/Ka三频低轨遥感卫星数据接收系统的组成、主要功能及技术性能，给出了该系统的关键技术及实现途径。据此设计并建成的S/X/Ka三频低轨遥感卫星数据接收系统已于2016年底在北极站投入运行。系统主要性能指标达到了国际先进水平，具有X/Ka频段双圆极化频率复用、高阶调制解调/高效编译码/VCM、本地和远程故障诊断、无人值守等功能。     

站点分集对低轨遥感卫星Ka频段星地数传链路的影响分析

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,推导出考虑站点分集增益后的大气总体衰减计算公式,并据此定量仿真分析站点分集对低轨遥感卫星Ka频段星地数传链路可用情况的改善效果。为综合衡量星地系统的费效比,提出站点效能因子指标,并依据此指标对站点分集效能进行定量分析。分析结果表明:站点分集可改善Ka频段星地数传链路的可用情况,且对降雨量较大站点的改善效果更为明显,但仅针对单颗卫星而言,其费效比不具备优势。文章采用的分析方法和提出的站点效能因子指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为卫星的总体分析设计提供参考。     

一种基于自校相技术的Ka频段中继用户终端在轨测试技术

随着卫星及各种近地轨道航天器对中继链路数据传输需求的不断提高,各类Ka频段中继用户终端产品得到了大量应用,相应地,Ka频段中继用户终端产品在轨测试方法也得到了关注和重视。论述了一种采用自校相技术的Ka频段中继终端产品的原理,给出了一种Ka频段中继用户终端在轨测试方法。     

双圆极化频率复用数传链路极化损耗影响分析

对双圆极化频率复用技术的原理进行了说明，并介绍了影响链路性能的关键参数——交叉极化。通过对遥感卫星极化复用数据传输链路的分析，从工程应用的角度研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗的定量影响。可为极化复用数传链路的设计原则和方法提供借鉴。     

一种X/Ka双频共用同轴馈源设计

针对深空探测通信的需求,提出了一种X/Ka双频共用同轴馈源设计。馈源由X频段圆极化器、X频段十字波导结、Ka频段圆极化喇叭等部件组成。馈源在X频段以同轴波导形式工作,在Ka频段以圆波导形式工作。从X频段波导端口馈入TE10模激励时,在空间形成左旋圆极化波束,从Ka频段波导端口馈入TE10模激励时,在空间形成右旋圆极化波束,从而实现双频双圆极化工作模式。对实际设计的馈源进行了仿真分析,结果表明:该馈源具有较好的阻抗特性和方向图特性,能够满足新一代深空探测双频通信的需求。     

基于2×2 MIMO的星地双圆极化通信系统验证

卫星通信因通信距离远、覆盖面积大、机动灵活等优势,广泛应用在抗震救灾、广播电视与移动通信中。然而,卫星通信因长距离通信和环境对信号的阻塞等问题,导致通信质量下降。为提高卫星通信质量,可以增加地面站发射功率或者采用分集技术。由于电磁波具备极化特性,左旋圆极化电磁波与右旋圆极化电磁波相互正交,利用其正交特性可实现长距离通信中传输路径相互独立,可以应用于星地MIMO通信中。主要研究双圆极化分集2×2 MIMO相关内容,对开阔环境和城市环境的信道参数进行研究,建立了窄带卫星双圆极化卫星2×2 MIMO信道模型,设计了一套具备在地面模拟双圆极化卫星和个人移动终端收发系统,并在该系统上验证双圆极化分集2×2 MIMO,相比于SISO获得的信噪比改善。     

双频圆极化微带天线

介绍一种叠层双频圆极化微带天线 ,它有低剖面 ,重量轻 ,体积小等优点。这种双频微带天线利用圆形微带天线辐射贴片中心的谐振电阻为 0的特性 ,将两个频带的圆极化微带天线层叠放置 ,形成一个双频工作的圆极化微带天线     

一种宽频带圆极化微带天线的设计

设计了一种宽频带圆极化微带天线。其结构为双层介质与空气层结合,辐射贴片为单个圆形金属片,通过电容耦合馈电的两个圆形金属片与威尔金森功分器相接,功分器的两个端口输出的功率幅度相同,相位相差90°。天线的3dB极化带宽为56%,VSWR<2的驻波比带宽为64%,增益在52%的带宽范围内变化在1dB以内。天线的远场方向图极化特性在35%的带宽范围内较好。     

S波段定向高增益圆极化微带天线阵的研制

文章论述了定向高增益圆极化微带天线阵的设计方法。以工作频率为2．45GHz的32单元圆极化微带天线阵为研究对象,设计出了与馈电网络为一体、圆极化特性良好且具有定向高增益的微带天线阵,从而解决了圆极化微带天线阵馈电网络较为复杂、工程实现较为困难这一问题。实验结果表明该天线阵具有良好的定向性和圆极化特性,达到了20．5dB的增益,进而说明了该方法是有效可行的。     

一种星载平面螺旋天线的小型化设计方法

探讨了某星载背腔式平面螺旋天线的小型化设计方法。通过螺旋线传输段进行蝶形加载;辐射段和截止段进行曲线锯齿加载;改善了螺旋天线的低频和高频特性,克服了传统阿基米德螺旋天线臂长、传输损耗大、效率低的缺点,增加了螺旋曲线的有效长度;通过合理设计天线的反射腔高度,提高了天线的增益。对背腔式平面螺旋天线各参数进行了综合优化设计,研制出了具有小型化、宽频带、高增益等特点的复合加载平面螺旋天线实物样机,并进行了测量,结果表明,所设计的天线在带宽为5∶1工作频带内具有良好的阻抗和圆极化辐射特性,与传统螺旋天线相比,天线的几何尺寸要远小于同频带的平面螺旋天线。     

磁窗天线增强等离子体鞘套透波特性研究

当飞行器以高超声速在大气层中飞行时,周围形成的等离子体鞘套将影响电磁波的传播特性,严重时传输完全中断(黑障).外加强磁场可以形成“磁窗”,有效地增强右旋圆极化电磁波在等离子体鞘套中传播时的透波特性,但是在产生磁窗过程中(例如使用超导产生磁窗)有一系列的问题如磁体的重量和复杂性等需要克服.为解决这一问题,提出了天线和强永磁体一体化综合设计的新思路——磁窗天线.设计出一种圆极化GPS天线,它的表面贴片为对磁场影响很小的镀铜片,接地板为稀土永磁体NdFeB(钕铁硼),永磁体同时也做为强磁场的发生装置.分析了圆极化GPS天线的性能和周围磁感应强度的分布,估算了磁窗天线减缓通信中断的效果,在所研究的情况下,使用磁窗天线可以显著地提高等离子体鞘套的透波特性.     

极化复用技术在遥感卫星数据传输中的应用

极化分割频率复用技术（简称极化复用技术）是解决数据传输频带资源紧张的技术途径之一,能够拓展一倍频率资源。文章针对极化复用技术在遥感卫星数据传输中的应用进行分析,推导出了星地传输极化复用信号影响因子F的定量计算公式,利用国际电联（ITU）的星地链路计算模型,给出了雨衰和降雨去极化效应的定量影响分析,对我国遥感卫星应用极化复用技术提出了有益的工程建议。     

一种新型的双圆环形印刷天线设计

提出了一种新型圆极化天线形式——双圆环形印刷天线。通过提出一种异形巴伦,解决了圆极化天线与馈电网络严重失配的技术难题,从而使得该天线具有较高的增益和较宽的波束,且工作频率范围内驻波在1．5以下。天线的实测结果与仿真结果能够较好地吻合。     

基于异向介质的高增益圆极化微带天线的设计

文章提出一种基于人工异向介质(metamaterials)覆层的高增益圆极化微带天线。采用商业软件AnsoftHFSS对该天线的电特性进行了仿真。仿真结果表明,人工异向介质覆层将普通的圆极化微带天线增益从7.8dB增加到了11.4dB,同时保持了良好的圆极化特性,并且该天线具有结构简单、易于加工等特点。