對dui於yu商shang用yong噴pen氣qi機ji和he大da型xing客ke機ji而er言yan
，商shang用yong飛fei機ji的de高gao帶dai寬kuan數shu據ju訪fang問wen需xu求qiu也ye增zeng長chang顯xian著zhu。我wo們men發fa射she了le支zhi持chi更geng高gao頻pin率lv的de新xin衛wei星xing，以yi實shi現xian這zhe種zhong帶dai寬kuan增zeng長chang。本ben文wen將jiang考kao察cha這zhe些xie技ji術shu趨qu勢shi，以yi及ji可ke通tong過guo市shi場chang上shang提ti供gong的de可ke定ding製zhi架jia構gou實shi現xian所suo需xu性xing能neng並bing縮suo短duan上shang市shi時shi間jian的de解jie決jue方fang案an。

 

SATCOM介紹和曆史

 

不斷提高數據速率的需求正在推動SATCOM領域中的許多新發展。SATCOM鏈路的數據速率將從kbps提高至Mbps
，這將實現更高效的數據和視頻傳輸。無人機的大幅增加為SATCOM鏈路創造了一個新的舞台。而且，商業航空航天市場中對數據和互聯網接入不斷增長的需求正在推動Ku頻段和Ka頻段不斷發展，以支持最高達1000 Mbps的數據速率。同時
，支持傳統數據鏈路、最大限度減小尺寸、重量和功耗(SWaP)和減少係統開發投入也正在推動對開發靈活架構和最大限度提高係統重用率的需求。

 

SATCOM係統通常利用對地靜止軌道(GEO)衛星—相對於地球表麵靜止的衛星。要實現對地靜止軌道
，衛星必須具有非常高的海拔高度—與地球表麵的距離超過30 km。這zhe樣yang的de高gao軌gui道dao的de好hao處chu在zai於yu
，覆fu蓋gai大da麵mian積ji的de地di麵mian隻zhi需xu要yao很hen少shao的de衛wei星xing
，而er且qie由you於yu知zhi道dao其qi固gu定ding坐zuo標biao
，因yin此ci將jiang數shu據ju傳chuan輸shu至zhi衛wei星xing較jiao為wei簡jian單dan。由you於yu這zhe些xie係xi統tong的de發fa 射成本較高
，因此它們專為長使用壽命而設計，非常穩定，但有時也會有點過時。

 

youyuhaibagaodujiaogaoqiecunzaifushe，yinciwangwangxuyaocaiyongewaideshebeipingbihuoweixingpingbicuoshi。erqie，youyuweixinglidetaiyuan
，dimianshangdeyonghukenenghuiyouzhongdaxinhaosunshi，tongshihaihuiyingxiangxinhaolianshejiheyuanjianxuanze。dimiandaoweixingdejulijiaochanghaihuizaochengyonghuheweixingzhijiandegaoyanchi
，zhehuiyingxiangbufenshujuhetongxinlianlu。

 

最近，人們提出了許多GEO衛星的替代方案或補充係統，無人飛行器和低地軌道(LEO)衛星也正在考慮當中。借助低軌道，這些係統可減小基於GEO的係統方麵的挑戰
，但會影響覆蓋範圍，需要更多的衛星或無人飛行器才能實現類似的全球覆蓋。

 

商用航空

 

飛機和商用噴氣機乘客在全球旅行時需要連接互聯網。航空公司正在力求增加駕駛艙的數據鏈路，而實現loT係統監控和報告則需要具有數百甚至數千Mbps數據鏈路的高數據速率SATCOM平台。

 

到dao目mu前qian為wei止zhi，這zhe種zhong高gao帶dai寬kuan數shu據ju鏈lian路lu主zhu要yao在zai飛fei機ji落luo地di時shi提ti供gong
，並bing使shi用yong一yi個ge安an裝zhuang在zai地di麵mian的de係xi統tong實shi現xian與yu飛fei機ji的de連lian接jie。如ru果guo要yao實shi現xian橫heng跨kua大da陸lu的de覆fu蓋gai，SATCOM是唯一能夠實現連接的有效方法，例如國際海事通信衛星的L頻段覆蓋。在未來，要達到所需的帶寬，工作頻率必須移至Ku頻段或Ka頻段。這些這些高頻率可提供所需的帶寬
，但仍然存在許多設計挑戰

，而且係統必須支持傳統數據鏈路。

 

Ku頻段/Ka頻段和LEO係統

 

國際海事衛星組織正在為用戶提供使用具有Ka頻段數據鏈路的GEOweixingdegongneng
，yiyingduiqianmiantijideyibufentiaozhan。congjiagoudejiaodulaishuo
，zhetigongleyizhongjiejuedaikuanbuzuwentidefangan，dantongshiyeduishejigongchengshiyinruleyixiexindetiaozhan。tu1描述了在Ka頻段和Kupinduangongzuodedianxingchaowaichajieshouhefasongxinhaolian。zhexiexitongwangwangxuyaolianggemonishangbianpinhexiabianpinjieduan，youshihoushenzhisange，meigejieduanxuyaoyigehechengqi、放大係統和增大係統SWaP的濾波係統。但是，要在包含適用於所有可能數據鏈路的此類信號鏈的現有飛機架構和配電係統內實現匹配不太可能。

 

圖1. 傳統Ka頻段/Ku頻段超外差接收和發送信號鏈

 

盡管這明顯是一個簡化原理圖
，但通過假定每項功能使用分離元件實現
，SWaP的含義清楚明了。元件數量大
、功耗大和隔離難題多意味著印刷電路板(PCB)將非常大。而且由於高頻布線，可能需要更多RF適當的PCB材料
，這會顯著影響成本。除了需要繼續支持L頻段的工作頻率外，SWaP和設計工作難題也很複雜。

 

LEO衛星可能緩解了一些壓力。這類衛星在低得多的海拔工作—與地球表麵的距離約為1 km—但在此海拔，它們並非靜止，而是迅速掠過地球表麵，一個軌道周期約為30fenzhong。dihaibakejiangdifashechengben，erqieyouyuhuanjingmeiyounameelie

，xuyaodepingbihefanghuyegengshao。zuizhongyaodeshi
，dihaibayeyiweizhechuanboyanchigengxiao。danshiLEO係統 的主要困難在於，衛星在用戶範圍內的時間相當短，必須使用傳送係統。

 

無人機也可能是此問題的一種解決方案，也可將某些平台視為擴展互聯網覆蓋範圍的手段。無人機可提供低延遲高帶寬鏈路，類似於LEO，但現在還具備了相對靜止的優勢。但是
，這種方案的成本與覆蓋範圍對全球應用而言具有挑戰性。

 

解決SATCOM困境

 

盡管上文所述的SATCOM難題看起來非常棘手，但現在已經有許多新的先進解決方案可應對這些難題

，減小SWaP，或提供能夠部分重用或在係統之間進行使用的信號架構。

 

對於MUOS等高帶寬UHF SATCOM，新的連續時間Σ-Δ型(CTSD)帶通模數轉換器(ADC)可提供RF采樣解決方案。例如

，AD6676是一款整合了ADC、模擬增益控製(AGC)和數字下變頻的中頻接收機子係統。CTSD ADC可用噪底交換帶寬，提供係統靈活性和固有帶通濾波響應
，從而降低外部濾波要求。由於AD6676能夠直接采集MUOS下行線路，消除了前端混合階段和合成器
，信號鏈減少至一個低噪聲放大器和一個簡單的無源濾波器。

 

圖2. AD6676接收機子係統架構

 

但是
，由於MUOS采用全雙工模式
，功率放大器(PA)的功耗也變得至關重要。手持型SATCOM無線電需要在1 W和10 W之間的功率水平傳輸
，新的氮化镓(GaN)放大器設備，例如HMC1099，能夠 提供更高的功率效率
，結合數字預失真(DPD)等其他線性化技術後

，它們可提供對這些係統而言極具吸引力的SWaP解決方案。

 

對於Ku頻段和Ka頻段係統，全新、集成度更高的架構提供SWaP和信號鏈簡化功能，以及支持重要係統在L頻段和Ka頻段之間重用的功能。圖3描述了AD9361 RF收發器在用作中頻轉換器時能夠節約的功耗

，消除了兩個上變頻和下變頻階段
、放大器和濾波器，以及ADC和DAC。

 

圖3. 基於集成式中頻接收機的Ka頻段/Ku頻段接收和發送信號鏈

 

RF收發器通常用作一種靈活的直接變頻無線電
，這使其能夠用作L頻段解決方案的一部分。按照這種方式使用時，它可在這些平台中提供明顯的共性，並且可最大限度提高軟件和固件的重用率。總SWaP同樣有所減小，大部分應用中僅消耗1.1 W的功率，而且能夠封裝在10 mm × 10 mm的空間中。

 

此外，新的PLL和VCO設備，例如ADF5355，能夠提供超寬帶
、高性能、低SWaP頻率源。ADF5355采用5 mm × 5 mm封裝，能夠提供低功耗、高性能LO源，這些來源能夠從VHF一直掃描到13.6 GHz—為公共平台設計提供了一種理想的解決方案。

 

最後
，對於未來的LEO係統，波束控製架構對確保鏈路的效率至關重要。盡管使用HMC247等deng數shu字zi式shi移yi相xiang器qi的de模mo擬ni波bo束shu形xing成cheng解jie決jue方fang案an可ke提ti供gong今jin天tian的de解jie決jue方fang案an，由you於yu轉zhuan換huan器qi技ji術shu變bian得de越yue來lai越yue集ji成cheng化hua，增zeng強qiang的de信xin號hao處chu理li過guo程cheng變bian得de更geng易yi在zai低di功gong耗hao設she備bei中zhong使shi用yong
， 數字波束形成轉變成了一種非常有吸引力的架構。在這種方法中，RF信號鏈在整個陣列中保持相同
，波束在數字域中形成。數字波束控製的主要困難在於管理多個ADC或DAC設備的尺寸
、時序和功率。設備間的任意時間或處理偏差都會對波束的質量產生影響。AD9681等新設備可大幅簡化數字波束控製設計。使八個ADC均使用一個相同的電壓基準和時鍾源可提高波束質量，而集成式設備則可減小封裝尺寸並降低功耗。

 

總結

 

近幾十年來

，SATCOM在商用和軍用通信和數據係統中扮演的角色越來越重要。但是，全球對帶寬不斷增長的需求對未來航空航天和防務SATCOM設(she)計(ji)創(chuang)造(zao)了(le)新(xin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)，同(tong)時(shi)還(hai)需(xu)要(yao)新(xin)的(de)架(jia)構(gou)和(he)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)。無(wu)論(lun)目(mu)標(biao)是(shi)延(yan)長(chang)士(shi)兵(bing)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)，與(yu)較(jiao)小(xiao)無(wu)人(ren)機(ji)負(fu)載(zai)相(xiang)匹(pi)配(pei)，還(hai)是(shi)在(zai)下(xia)一(yi)航(hang)班(ban)中(zhong)提(ti)供(gong)互(hu)聯(lian)網(wang)，SATCOM無線電的SWaP都將變得越來越重要。新的高線性度中頻子係統、多通道高分辨率ADC、集成式RF收發器以及VCO和PLL組合將向下一代SATCOM無線電提供低SWaP解決方案。

 

 

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