仲志勇 謝 鷹

（深圳市多尼卡電子技術(shù)有限公司 518052）

揭開“2Ku”技術(shù)神秘的面紗

仲志勇 謝 鷹

（深圳市多尼卡電子技術(shù)有限公司 518052）

1 引言

近兩年來，航空天地互聯(lián)技術(shù)炙手可熱，ATG、Ku是“你方唱罷我登場(chǎng)”各航空公司聚焦天地互聯(lián)技術(shù)開展了各種技術(shù)試驗(yàn)，當(dāng)然還有美國(guó)Ka（Viasat提供服務(wù)）、海事衛(wèi)星GXpress（采用Ka技術(shù)）等Ka新的號(hào)稱能提供兩倍以上Ku天地互聯(lián)帶寬的方案，ATG技術(shù)由于涉及頻率許可問題，2015年來較為沉寂，反而是Ku技術(shù)由于在東航、南航、國(guó)航試驗(yàn)成功，風(fēng)頭正盛，目前傳統(tǒng)Ku天地互聯(lián)解決方案能提供30Mbps帶寬，明顯低于Ka技術(shù)（Viasat可提供70～100Mbps，海事可提供50Mbps），2015年以來，GoGo創(chuàng)新的推出“2Ku”解決方案，達(dá)到甚至超過Ka天地互聯(lián)帶寬，逐步成為航空公司關(guān)注焦點(diǎn)，在國(guó)際上也獲得高達(dá)500架以上合同訂單，成為天地互聯(lián)解決方案的一顆新星。

那么，“2Ku”衛(wèi)星通信技術(shù)到底是一種什么樣的技術(shù)，具備哪些技術(shù)特點(diǎn)，其機(jī)載系統(tǒng)的構(gòu)成是什么樣的，本期老鷹漫談，幫你揭開“2Ku”神秘面紗。

2 “2Ku”是什么樣的技術(shù)

2015年年初，Gogo宣布開始聯(lián)合多家航空公司部署名為“2Ku”的下一代新技術(shù)。

“2Ku”使用Thin Kom Solutions生產(chǎn)的流線形特殊雙天線，支持最大下行速率可達(dá)到70Mbps，它將通過Ku波段衛(wèi)星上傳和下載數(shù)據(jù)，隨著HTS Ku衛(wèi)星升級(jí)，“2Ku”速率有望進(jìn)一步提升到100Mbps以上。相較傳統(tǒng)的Ku波段解決方案，2Ku價(jià)格較低，效率翻倍，并會(huì)將成本減半。此外，它的天線為（4.5英寸高）低剖面天線，飛機(jī)阻力更小，因此油耗將有所下降。Gogo預(yù)計(jì)該技術(shù)將于2015年下半年投入商用航空領(lǐng)域，如圖1所示。

圖1

那么，2Ku衛(wèi)星通信技術(shù)到底具備哪些技術(shù)特點(diǎn)，其機(jī)載系統(tǒng)的構(gòu)成是什么樣的，下面對(duì)此進(jìn)行淺顯的概述。

3 “2Ku”技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)Gogo的2Ku手冊(cè)和介紹材料，以及BruceR.Elbert的2Ku白皮書，不難發(fā)現(xiàn)2Ku技術(shù)具備如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）可以達(dá)到超過70Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。如果使用下一代高吞吐量點(diǎn)波束衛(wèi)星（HTS），速度可以達(dá)到100Mbps。

（2）使用ThinKom提供的、收發(fā)分開的兩部天線，通過不同頻率進(jìn)行收發(fā)。

（3）比傳統(tǒng)天線具備更高增益/效率，是其它傳統(tǒng)天線的2倍頻譜效率，可以以更低成本提供更高數(shù)據(jù)吞吐量。

（4）由于天線比傳統(tǒng)天線剖面更加扁平，所以可以使用阻力更小的流線型雷達(dá)罩，有利于降低飛機(jī)燃油消耗。

（5）比傳統(tǒng)Ku天線少了很多機(jī)械作動(dòng)部件，比如步進(jìn)馬達(dá)、皮帶、齒輪等，因此提高了部件可靠性、降低了總成本。

（6）極大降低了低緯度地區(qū)鄰星干擾的影響，“2Ku”天線可以向同步衛(wèi)星軌道發(fā)射窄波束以避免相鄰衛(wèi)星的信號(hào)干擾。（注：靜止通信衛(wèi)星的軌位間距通常在2～2.5°之間，工作頻段相同的兩顆鄰星多半有共同的地面服務(wù)區(qū)。由于天線波束具有一定的寬度，地面發(fā)送天線會(huì)在指向鄰星的方向上產(chǎn)生干擾輻射（上行鄰星干擾），地面接收天線也會(huì)在鄰星方向上接收到干擾信號(hào)（下行鄰星干擾）），如圖2所示。

圖2

（7）同時(shí)兼容傳統(tǒng)寬波束Ku衛(wèi)星和下一代高吞吐量點(diǎn)波束衛(wèi)星，提高在同一區(qū)域內(nèi)單個(gè)衛(wèi)星失效的互余度，同時(shí)減少設(shè)備持續(xù)更新?lián)Q代的成本。

4 “2Ku”與Ku對(duì)比分析

“2Ku”比傳統(tǒng)Ku天線技術(shù)具備性能優(yōu)勢(shì)的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）采用了可變傾角連續(xù)斷面節(jié)陣列（VICTS）相控陣天線技術(shù)。該技術(shù)是在平板波導(dǎo)上連續(xù)開貫通的橫向縫并在橫向縫上加枝節(jié)實(shí)現(xiàn)輻射的天線，采用這種技術(shù)的天線具有很高的饋電效率和口徑效率，是高增益天線一個(gè)極為重要的方向。

（2）收發(fā)天線分開可以使得對(duì)星角度更加精確。如果發(fā)射和接收是同一根天線，由于天線的接收頻率和發(fā)射頻率不同，以及True Time Delay現(xiàn)象（即不同的頻率會(huì)導(dǎo)致不同的相位），則導(dǎo)致相控陣天線的接收角度和發(fā)射角度（一般指機(jī)載衛(wèi)星天線水平角度）不相同。在同一時(shí)刻，天線要么對(duì)準(zhǔn)接收、要么對(duì)準(zhǔn)發(fā)射，無法同時(shí)即對(duì)準(zhǔn)接收又對(duì)準(zhǔn)發(fā)射，會(huì)降低天線的接收或發(fā)射效率。而“2Ku”天線，接收和發(fā)射天線單獨(dú)工作，正好同時(shí)即對(duì)準(zhǔn)接收又對(duì)準(zhǔn)發(fā)射，此時(shí)的天線接收性能和發(fā)射性能都達(dá)到最優(yōu)，最大化了天線的接收或發(fā)射效率，thinkom“2Ku”原理介紹文中稱有5～8倍的帶寬提升。

（3）“2Ku”天線應(yīng)用了新高頻頭技術(shù)，也是性能提高的原因之一。Thinkom“2Ku”天線采用了基于（packaged discrete）技術(shù)的低噪聲的高頻頭LNB器件，使得thinkomKu天線的增益比普通的基于（integrated MMIC）技術(shù)高頻頭LNB的Ku天線的增益高出4～5.5dB（根據(jù)香濃定理R=B×log2（1+S/N以及天線尺寸越大，接收效果越好：增益×帶寬×體積=常數(shù)的原理），4dB信噪比S/N的提升能帶來1.812246倍的速率提升。

5 “2Ku”機(jī)載系統(tǒng)組成

2Ku機(jī)載系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示（包括艙內(nèi)Wi-Fi設(shè)備）：

圖3

2Ku機(jī)載系統(tǒng)主要由天線、天線控制組件（KANDU）、高功放大器（KRFU）、Modman等組成，總重量50kg左右。

另外，2Ku天線組件尺寸大約2m長(zhǎng)×1m寬（單個(gè)收或發(fā)天線圓盤尺寸為0.91m）。為此，Gogo提供了兩種不同的雷達(dá)罩安裝方式供客戶選擇：滿足ARINC791或不滿足ARINC791標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)別為：滿足ARINC791標(biāo)準(zhǔn)的雷達(dá)罩帶安裝底盤，天線組件安裝在底盤上，可以減少對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)的影響，但重量較大；不滿足ARINC791標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式是將天線直接安裝在機(jī)身結(jié)構(gòu)上，對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)影響較大，但重量較輕。但無論哪種安裝方式，雷達(dá)罩更加扁平，有利于降低飛機(jī)燃油消耗，如圖4所示。

6 “2Ku”最新進(jìn)展

圖4

2015年8月底，Gogo宣布已經(jīng)獲得FAA在其B737-500測(cè)試飛機(jī)上2Ku技術(shù)STC最終批準(zhǔn)，并聲稱今年年內(nèi)實(shí)現(xiàn)客戶交付。Gogo聲稱：截至目前為止，將在7架運(yùn)輸航空公司、超過500架飛機(jī)上安裝2Ku。

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1004-7344（2016）20-0256-02

2016-7-4