多点波束天线卫星 (中英翻译)

多点波束卫星天线

09级无线通信一班

冯贺威

20091526109

摘要：ka波段有效载荷在卫星通信的使用中越来越流行。在ka波段中较宽的波段宽度可以更好地满足不断增长的需求能力。除了使用更多的资源, 更有效地利用可用的资源将成为卫星服务成功发展的关键。现代天线的概念允许一个高频率方案的重复使用, 卫星通信中最稀有的资源的有效利用，和波段频率的加宽。在本文中,我们描述了不同类型的这种天线的设计和使用。

关键词：多点波束天线每束单馈每束多馈

1.介绍

2010年12月, 欧洲前两个ka波段多点波束卫星被发射，分别是阿凡提的Hylas-1和Eutelsat的 Ka-Sat。这两个卫星都是欧洲卫星制造商阿斯特里姆公司制造，完全运行在轨道上。虽然大多数ku波段卫星为广播提供了大范围的覆盖, 但是使用ka波段频率的快速宽带卫星服务有更多的利益。典型的应用是个人通信、高速网络、军事通信和移动通信服务。服务区域已经被多至100个区域覆盖。重叠的高增益点波束支持双向(上行和下行)使用小型终端的宽带服务。这种方法允许高度的频率的重复使用,从而导致系统容量的大量增加。覆盖在欧洲的一个多点波束卫星可以提供相同输入功率，类似天线尺寸的普通卫星的10倍容量以上。

对于拥有交叉点的多点波束卫星的创造, 天线系统是一个关键组成部分。可能有两个基本原则。每束但馈(SFB)设计使用一种饲料角为每个点。优点是硬件简单和更好的电气性能,但是孔数目的增长导致了大的费用。为了提供交叉点,在这种情况下多个反射孔是必需的，一般是四个。通常,也可以创建一个四色场景仅使用三个反射镜。另外设计使用一个超大形反射器[1],被动或主动[2][3]的镜头都是很可能的。每束多馈(“MFB)设计使用小型子数组为每个点。相邻点分享一些排列元素。在这种情况下,重叠的排列饲料被创建,它允许使用单一反射孔产生重叠点。排列的元素由形成网络的一个复杂正交波束送入。

在本文中,我们将讨论这两个方面,现在的设计和比较模拟和实测性能数据。多达100个独立重叠点的天线也需要一个新的测试理念。因此,我们也为多点波束天线提供设备和新的有效的测试方法。

2.多点波束方案

为了达到了高度的频率重复使用,目标覆盖率是不再由一个大的单光束覆盖,而是通过大量重叠高增益点波束。图1显示了一个使用四色频率复用方案来广泛覆盖欧洲的原则。这意味着使用了两个不同的低频子带和两个正交性ona极性(通常的右手和左手的循环)。不同的颜色的点有不同频率和极性。因此,在不相互干扰的情况下他们可以传递不同的信息。相同的颜色的点使用相同的频率和相同的极性,但是在在空间上他们是彼此隔绝,相邻的两个点颜色没有相同的。在这种情况下，相同颜色的点可以传递不同的信息。在大多数情况下,四色场景在系统容量和性能上是最佳方案,然而，还有其他的频率重复使用方案，例如，三色或者七色方案也可以使用。

相比一个标准的大轮廓波束天线,一个多点波束天线的频率重复使用是颜色的数目除以点的数目。例如,一个80点波束的欧洲四色方案有二十个频率重复使用因素。由于重叠的梁和其他技术约束这个因素降低到大约12。然而,这意味着一个八十点波束卫星可以提供一个大轮廓卫星十二倍的容量,因此可以实现一个高十二倍的销售潜力。在不增加射频或直流电源,不大量增加卫星成本，或者轻微增加卫星成本的情况下，实现了这个卫星容量的增加。

越来越多的通信卫星使用ka波段。这个Ka传输波段(从卫星的角度或下行频段)大约是20 GHz，接收波段(上行乐队)大约事30 GHz。现代ka波段多点束卫星将能够为拥有不发达的地面基础设施的区域提供宽带服务。

3.单波束天线单馈

单波束天线单馈是多点波束天线的当前状态。每束有一个单一的角创造。为了避开覆盖照明区的孔,重叠点波束是必需的。这可以通过使用一个超大形反射器,被动的或活动镜头来实现。目前最流行的原则是使用四个标准未成形的反射器天线,一个一种颜色来建立虚拟的重叠点。图2演示了原则。每个反射孔径创建一个单一颜色的非重叠点。四个天线都这样指向就可以实现有重叠点的四色方案。严格来说需要八个反射镜,四个传输(Tx)和四个接收(Rx)。如果用复杂的Tx / Rx饲料链，这就可以避免。因为当选择反射镜的直径作为发射频率时，作为接受频率它是太大。因此，一个聪明的号角形电器的设计是必需的，以提供一个适当的照明的反射器在Tx频率和下一个特定的ILLU终止在接收频带。

图3显示了一个结合模型Tx / Rx用户和网关饲料链的工程模型。这个饲料链是在欧空局的阿特斯由Astrium公司的框架开发的。

在ESA阿特斯3-4合同的框架工程领资格阳离子模型的开发和检验正在运行。饲料链中的研磨层包含双工旋转门，魔TS，分支线耦合器和隔片的偏振器。图4是进料链的回波损耗。更多的测量研究结果发表在。

多点波束天线提供了一个典型的直径为0.5或更小的光束。因此，需要一个非常准确的指向的天线。例如，这可以通过使用一个活跃的瞄准系统来实现。一个信号灯信号可以被一个特殊的无线射频感应饲料链接受，这个链能够提供两者的总和和一个三角形图案。从这个跟踪信号的振幅和相位，可以得出用于自动指向调整的误差矢量。因此每个反射器都需要一个无线射频感应饲料链。通常情况下，信标位于用户区的内部。因此，无线射频感应能力由另外的进料链的用户和网关功能提供。图5示出了模型的组合的Tx / Rx用户，关与射频，（RF）的工程传感饲料链。这个饲料链是在欧空局的阿特斯由Astrium公司的框架开发的，5.2合同。工程师资格模型的开发和认证，目前在ESA阿特斯3-4帧的合同中运行。图6示出了无线射频感应饲料链所测量的总和和增量图案。

4.单波束天线的多馈

图7显示了一个单波束天线多馈系统的工程模型。这是由Astrium公司在DLR 授予的项目“美杜莎”框架中研发出来的。工程师资格模型的开发和认证，目前在ESA阿特斯3-4帧的合同中运行MFB天线用小角阵列创造波束。相邻波束共用