Ku频段动中通天线口径最小限值分析.docx

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Ku频段“动中通”天线口径最小限值分析

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贾玉仙中国卫通集团有限公司

【摘要】2013年工信部发布《卫星固定业务通信网内设置使用移动平台地球站管理暂行办法》以来，Ku频段动中通抛物面天线最小天线口径0.8米（非抛物面天线等效口径0.6米）的限制条件在业内引起强烈反响和广泛争议。本文从邻星干扰和链路计算两个角度对该限制的必要性和合理性进行了分析。

【关键词】动中通天线口径限制条件邻星干扰链路计算

1引言

2013年工信部发布了《卫星固定业务通信网内设置使用移动平台地球站管理暂行办法》（以下简称“办法”），其中，规定了包括“动中通”在内的“车载、可搬移式或便携式移动平台地球站所使用的抛物面天线口径不得小于0.8米（非抛物面天线的电性能等效口径不得小于0.6米）”。“办法”实施以来，行业内对该最小天线口径限制条件有很多争议。一些“动中通”生产厂商认为，该限制条件限制了“动中通”的使用和发展，通过目前已经成熟的扩频技术，完全可以解决动中通在使用过程中的邻星干扰问题和功率超标问题。一些用户也反映，最小天线口径的规定，使得动中通无法小型化，进而使得动中通的灵活性受到限制。

然而，“动中通”以往的实际使用情况表明，当采用如0.3米或0.45米等甚小口径的动中通时，为了节省卫星租用带宽，用户基本都未采用扩频技术，结果造成实际的邻星干扰和功率严重超标，对卫星转发器的运行管理及其他相关网络造成严重的影响。“办法”出台后，由于小天线“动中通”的逐渐减少，这些不规范现象已逐渐得到改善。实际情况说明，对“动中通”最小口径进行限制是必要的、有效的。

本文从邻星干扰和链路计算两个角度，对0.8米抛物面天线口径限制条件的技术合理性进行分析，并在此基础上对0.6米低轮廓天线的口径限制条件进行简要地分析。

2.抛物线天线0.8米最小口径的限值分析

1）邻星干扰分析

对于任何一个地球站而言，为了避免其旁瓣信号发射到相邻卫星以造成对邻星的上行干扰，或通过该天线的接收旁瓣接收到来自相邻卫星的信号造成对自身信号的干扰，首先应该保证其上行和下行指向相邻卫星方向的信号落在天线方面图的远旁瓣上，而不宜落在主瓣和第一旁瓣上，否则由于天线方向图增益衰落在主瓣和第一旁瓣区域不够大（第一旁瓣指标通常要求比主轴增益低14dB以上，而14dB的衰落不足以隔离干扰）而容易形成有害的邻星干扰。这样，分析不同天线尺寸的天线方向图特性就成了分析邻星干扰程度的主要依据。

为了简化邻星干扰的分析，可以先假定相邻的两个卫星的覆盖大部分重叠，信号强度相当，在此前提下，天线方向图特性则可大致反应干扰隔离特性。

对于Ku频段，上行频率（14GHz）高于下行频率（12GHz），上行天线方向图的主瓣较下行要窄，所以从分析邻星干扰的角度而言，下行为较差情况，选择分析下行即可。

1.1天线方向图分析（下行）

由于动中通天线口径一般比较小，波瓣宽度宽，很容易使得邻星信号进入主瓣中，所以计算偏轴增益时需要同时计算主瓣内的偏轴增益、第一旁瓣增益、远旁瓣增益。

计算主瓣内的偏轴增益和第一旁瓣增益通常采用无线电规则附录8所列的如下公式：

当时：

其他更切合实际的公式。本文采用中国通信标准化协会正在编写的“Ku频段移动中使用的车载卫星通信地球站通用技术要求”（送审稿）所规定的如下公式：

综合使用上述两组公式，取标准Ku频段下行频率段（12.25-12.75GHz）中心点12.5GHz，得出以下天线方向图计算结果。

上表中，阴影中的数据表示远旁瓣的增益值，邻星方向在该范围为宜。

取0.3米、0.8米、1.8米为例，0~10度范围的天线方向图示意如下。以上表和图可以解读为，对于0.3米天线，0-5.5度为主瓣区，5.5-8度为第一旁瓣区，8度以上为远旁瓣区；对于0.8米天线，0-2度为主瓣区，2-3度为第一旁瓣区，3度以上为远旁瓣区；对于1.8米天线，1-1.5度为第一旁瓣区，1.5度以上为远旁瓣区。其他天线尺寸的分析雷同。

下表列出了我国目前可用于传输动中通业务的Ku频段卫星及其邻星覆盖重叠情况。

注：地面天线指向本星和邻星方向的偏轴角与地球站地理位置有关，平均值约为：（轨道间隔-主用卫星轨道精度-邻星轨道精度）×1.1

从上表可以看出，目前国内卫星具有同频同覆盖邻星的为第三组、第四组、第五组，轨道间隔分别为2.8度、3.5度、4度，地面天线平均偏轴角为2.97度、3.74度、4.3度。对照这些角度值以及不同尺寸下的天线方向图，可以看出，0.8米及以上天线在3度进入远旁瓣区，基本可以满足这些卫星的邻星工作在远旁瓣区。0.8米天线在3度处的增益衰落为38.5-17.1=21.4dB,满足邻星的信号隔离要求。而对于0.75米及以下天线