4--清华-星载多波束技术.ppt

清华大学 王京 清华大学 王京 Page * 清华大学 王京 Page * 清华大学 王京 Page * 清华大学 王京 Page * 清华大学 王京 卫星移动通信系统中的波束成形技术 清华大学 中国空间技术研究院 通信卫星事业部 2010年8月25日，北京 提纲 星上单馈源对应单波束形成多波束技术 星上数字/模拟波束形成技术 地基波束形成技术 总结与展望 每个馈源放置在天线的焦点上 直接经由天线反射面辐射形成单波束 多个馈源（阵）放置在天线的不同焦点上构成多波束 宽带卫星通信系统中应用广泛 优点：最简单最直接 多用于星上资源相对紧张的情况 避免复杂的波束形成网络 避免额外的馈电链路带宽及复杂的相位校准 缺点 难以形成大规模的波束数目 远离焦点的馈源对反射面照射效率较低 1. 单馈源对应单波束形成 Anik-F2，2004.7.18发射 美国波音公司研制，45个单馈源形成的Ka点波束 Wildblue-1，2006.12.8发射 劳拉公司研制，35个单馈源形成的Ka点波束 IPSTAR，2005.8.11发射 劳拉公司研制 Ku频段84个单馈源形成的点波束 Ka频段18个单馈源形成的点波束 WINDS，2008.2.23发射 卫星由洛马公司研制 1副多波束天线由9个单馈源形成的固定点波束，覆盖日本国内 1副多波束天线由10个单馈源形成固定点波束，覆盖东南亚及周边地区 Ka-Sat，预计2010.11-2011.1之间发射 EADS Astrium公司研制，82个单馈源形成的Ka点波束 1.1 单馈源单波束发展现状 大型反射面及馈源阵列在轨展开技术； 紧凑、高增益、低旁瓣馈源设计； 馈源阵列排布优化技术； 降低馈源间互耦效应的相关技术； 通过极化正交和降低旁瓣电平增加频率复用技术； 按需调整波束覆盖区在轨重构技术。 1.2 单馈源单波束形成多波束的关键技术 对多馈源信号分别进行移相加权在轨合成多个波束 模拟或者数字处理 不同的天线技术 多波束反射面天线 多在静止轨道大型通信卫星上采用 多波束直接辐射阵列(或称多波束相控阵天线) 多在中低轨道通信卫星上采用 多波束透镜天线 由于比反射面天线复杂，目前主要用于地面 2. 星上数字/模拟波束形成技术 优点 可形成更多的波束 提高通信容量 提高EIRP和G/T值 可灵活调整 缺点： 波束形成网络（BFN）复杂 技术难度较高 2. 星上数字/模拟波束形成技术 模拟波束形成 Globalstar 直接辐射平面阵列结构有源相控阵天线 91个发射/61个接收辐射单元，形成16个波束 日本ETS-VIII（kiku-8） 2006.12.18发射 收发各一面19.2m×16.7m天线，等效孔径13m 每副天线由14 个独立的、呈正六边形的模块组成 采用MMIC形成多波束，31个固态功放，31个低噪声放大器 星上波束成形网络可形成多个可移动和可控形状的点波束 可进行固定、移动和多媒体通信及卫星定位等试验 ETS-VIII卫星 2.1 星上波束形成技术发展现状 数字波束形成（DBF） 相比于模拟技术的优点：不漂移、不老化、工作可靠、可自检、可编程、精度高 Thurary系统 3颗GEO卫星由波音公司制造 Thurary-1（2000.10.20） Thurary-2（2003.6.10） Thurary-3（2008.1.15） 采用先进的数字波束形成技术 星载天线12.25m×16m，128个馈源 产生250～300个在轨可重定向点波束 ACeS系统（亚洲蜂窝卫星系统） GEO卫星，洛克马丁公司制造 Garuda-1（2000.2.12），计划中的Garuda-2被取消 两副88馈源阵12米口径天线 140个通信点波束和8个可控点波束 Inmarsat-4 3颗GEO卫星，由EADS Astrium公司制造 9米口径星载天线，120个馈源 1个全球波束，19个宽点波束，228个窄点波束 ACeS 2.1 星上波束形成技术发展现状 Thuraya 模拟波束形成关键技术 多通道幅相校准技术 各通道相位及幅度误差校准 高可靠、小型化技术 MMIC（单片微波集成电路技术） 抗辐照、易老化和漂移 数字波束形成关键技术 数字波束形成ASIC实现技术 FPGA向专用芯片技术转化 波束在轨校准技术 校准各波束指向精度 2.2 星上波束形成关键技术 三、地基波束形成技术 3. 地基波束形成技术（GBBF） 应用场景 星上信道化、透明转发 通过地面关口站形成波束，实现对服务区的多波束覆盖 优点 简化了卫星有效载荷的设计复杂度 提供了波束形成的灵活性 降低风险 缺点 无法支持单跳业务 TDRS：美国用于跟踪包括航天飞机在内的地球轨道飞行器并将数据传回地球的中继卫星系统，其