Ka频段卫星在军事上的应用

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1、....Ka频段军事卫星通信应用《国际太空》朱贵伟自20世纪70年代军用Ka频段卫星通信频率划分以来，其大带宽、高吞吐量的优势就一直吸引着军方。20世纪90年代中期，美国率先在其“全球广播系统”（GBS）中采用Ka频段，并搭载在“特高频后继星”（UFO）上，于1998年开始服役。然而，GBS系统仅使用了一小部分Ka频段频率资源，而Ka频段在军事通信卫星上的广泛应用则是在21世纪以后，典型的卫星系统共包括美国的“宽带全球卫星通信”卫星（WGS）、欧洲的“雅典娜-费多思”卫星（Athena-Fidus）和阿联酋的“阿联酋卫星”（Yahsat），等等。

2、本文以军事通信卫星系统为对象，分析Ka频段的应用情况。一、概述Ka频段是指K频段以上的部分，即K-above，是指26.5～40GHz的微波频段。根据国际电联（ITU）的划分，供军事卫星和民用卫星使用的频谱资源分别为1GHz和2.5GHz，具体见表1。表1ITU对Ka频段频谱资源的分配*指代一区的频率分配。战场广播、高清图像和视频传输、无人机等空基情侦监平台等新应用的出现，对传统X频段提出了更高的要求，同时也为Ka频段的应用带来了契机。然而，新频段的应用总是伴随着机遇与挑战，而Ka频段的优势和劣势也相对较为明显，具体如下所述。优势一：可用频谱更宽

3、，支持跟高吞吐量。Ku频段的频谱资源大约为上行链路2GHz、下行链路1.3GHz，实际单颗卫星可用的连续频谱不足0.5GHz。反观Ka频段，上行链路和下行链路各有3.5GHz资源可用。在相同的带宽效率前提下，显然Ka频段可以支持更高的传输速率，在支持动态视频方面更加具有优势。资料整理....优势二：成本效益更高。Ka频段卫星大多采用点波束（商业卫星3dB波束宽度一般为0.5°～1.5°，军事卫星波束宽度相对较大），因而可以采用频率复用技术。空间复用使得可用频率资源更多，使得整星吞吐量提升1～2个数量级，从而使单位带宽的成本降低。优势三：支持更小口

4、径终端。由基本物理学原理可知，频率越高、波长越短，因而可以使用更小口径、更轻质量的终端，进而支持肩负式、移动平台应用。另一方面，窄波束的EIRP和G/T相对更高，也能够支持小口经终端高速传输。例如，与Ku频段相比，使用窄点波束的Ka频段的整体链路质量可提升6～10dB。优势四：更好的抗干扰性能。由于频谱范围更宽，Ka频段通过跳频或直接序列扩频等技术可实现更强的抗干扰特性。例如，Ku频段转发器带宽为54MHz，而Ka频段则可以达到125MHz，因此，采用相同扩频技术条件下，干扰余量可至少提升3dB。劣势一：必须满足ITU对于邻星干扰的限制。随着在轨

5、通信卫星数量的增多以及Ka频段日益广泛的应用，邻星干扰的问题日益突出。对小口径终端来说，控制天线旁瓣功率，使其不会对GEO邻近卫星产生干扰的难度较大，因而只能限制总功率，从影响地对空最高传输速率。而且，当地面终端、特别是陆地终端处于移动过程中，受冲击和振动影响，对机械天线的指向精度要求就会更高。劣势二：雨衰更严重。微波传输的一大障碍就是大气，雨、雾、云、冰、雪、冰雹等气象条件都会使微波信号产生损耗。而Ka频段面临的雨衰问题要比C、Ku等成熟频段严重得多，特别是热带降雨频繁的地区。例如，根据实测数据，在保证99%链路可用性的条件下，新加坡地区下行链

6、路雨衰损耗Ku频段为2.6dB，而Ka频段高达12dB。传统上采用提高链路余量来保证可用性，近年来自适应编码调制、主站空间分集、上行链路功率自动控制等技术逐渐得到广泛的研究和关注。二、军事通信卫星应用现状截至2015年4月底，国外在轨GEO通信卫星共计390颗，其中军事通信卫星81颗，占比20%以上。一般来说，军事通信卫星使用的频段主要有UHF频段、X频段、Ka频段和EHF频段。其中UHF和X频段的使用最早、也最为广泛，分别满足战术移动通信和战略宽带通信的需求。20世纪90年代开始，EHF频段和Ka频段开始得到应用，前者主要解决高保密安全通信，后

7、者则是面向宽带应用。由于现役军事通信卫星上均搭载多种频段载荷，如果仅从频段的角度来看，应用UHF频段的卫星占比约50%，应用X频段的卫星占比约50%，应用EHF频段的卫星占比约25%，应用Ka频段的卫星占比约为40%。虽然Ka频段应用比例较高，但是其中存在不同的用途，例如可用于EHF频段的下行链路、可用作馈电链路等等，前者的典型卫星包括“军事星”（Milstar）和“先进极高频”卫星（AEHF），后者的典型则包括“移动用户目标系统”卫星（MUOS资料整理....）。本文以上行下行链路均为Ka频段为主要对象进行研究，因此，以Ka频段为主用频段的卫星

8、目前相对较少，不足20颗，具体如表2所示。表2Ka频段在轨通信卫星由表2可以看出，Ka频段在美国应用最为成熟，自20世纪90年代至今，共