Ka波段（電磁頻譜的微波波段的一部分）

Ka波段（電磁頻譜的微波波段的一部分）

Ka波段 （電磁頻譜的微波波段的一部分） 次瀏覽 | 2022.08.25 13:55:58 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 Ka波段電磁頻譜的微波波段的一部分

Ka波段是電磁頻譜中頻率范圍在26.5-40GHz之間的波段，介于超高頻（SHF）和極高頻（EHF）之間，通信帶寬遠超過C、X、Ku等波段。

Ka代表著K的正上方(K-above)，換句話說，該波段直接高于K波段。Ka波段也被稱作30/20GHz波段，通常用于衛星通信。Ka波段最重要的一個特點就是頻帶較寬，C頻段的一般可用帶寬為500MHz～800MHz；Ku頻段的可用帶寬為500MHz～1000MHz；而Ka頻段的可用帶寬可達到3500MHz。Ka波段的缺點是雨衰較大，對器件和工藝的要求較高。

意大利也較早地開發利用Ka波段衛星ITALSAT(意大利衛星)，該星為意大利第一顆國內通信衛星，于1991年發射，載有三類有效載荷，其中兩類用于Ka波段點對點通信，包括多波束系統和全球波束系統，多波束系統有6臺Ka波段轉發器，具0.9Gbit/s的數據傳輸能力。

中文名

Ka波段

外文名

Ka band

作用

衛星通信

頻率范圍

26.5-40GHz

特點

頻帶較寬

簡介

Ka波段大致上的頻率范圍是30/20GHz。Ka頻段具有可用帶寬寬，干擾少(干擾不一定少)，設備體積小的特點。因此，Ka頻段衛星通信系統可為高速衛星通信、千兆比特級寬帶數字傳輸、高清晰度電視(HDTV)、衛星新聞采集(SNG)、VSAT業務、直接到戶(DTH)業務及個人衛星通信等新業務提供一種嶄新的手段。Ka頻段的缺點是雨衰較大，對器件和工藝的要求較高。在Ka頻段頻音下，Ka用戶終端的天線尺寸主要不是受制于天線增益，而是受制于抑制來自其它系統干擾的能力。

Ka波段最重要的一個特點就是頻帶較寬，C頻段的一般可用帶寬為500MHz～800MHz；Ku頻段的可用帶寬為500MHz～1000MHz；而Ka頻段的可用帶寬可達到3500MHz。

因此，Ka波段衛星通信系統可為高速衛星通信、千兆比特級寬帶數字傳輸、高清晰度電視(HDTV)、衛星新聞采集(SNG)、VSAT業務、直接到戶(DTH)業務及個人衛星通信等新業務提供一種嶄新的手段。Ka波段的缺點是雨衰較大，對器件和工藝的要求較高。在Ka波段頻率下，用戶終端的天線尺寸主要不是受制于天線增益，而是受制于抑制其它系統干擾的能力。

早期試驗研究情況

1974年，美國NASA就曾在Fairchild(仙童公司)研制的ATS-6(應用技術衛星-6)上進行過20、30GHz連續波和多個單音的傳播試驗，開辟了Ka波段衛星傳播和通信試驗的先河。1976年，美國用一枚火箭同時發射了LES8、9(林肯試驗衛星8、9)，它不僅與地球站進行了Ka波段的傳播試驗，而且還建立了衛星間Ka波段試驗鏈路。

日本在開發衛星通信的初期，就將目標定在了Ka波段。1977年4月，日本發射了與美國合作研制的ETS-II(工程試驗衛星II)，并于1977年12月發射了自己的實驗通信衛星CS-1(通信衛星-1)，該衛星載荷有6臺Ka波段轉發器。接著，日本于1983年2月和8月分別發射了CS-2(2A、2B)商用衛星。

其中2A位于同步軌道130°E，屬于工作星，2B作為備份星位于135°E。CS-2不但是日本的第一顆商用通信衛星，也是世界上第一顆搭載Ka波段轉發器的實用通信衛星，載有6臺Ka波段轉發器，2臺C波段轉發器，采用二次變頻體制，中頻頻率1.8GHz。后來，日本于1988年發射了CS-3A、3B兩顆衛星，Ka波段轉發器增加到l5臺，采用單波束天線。其Ka波段轉發器的主要特點是：采用了與CS-2不同的一次變頻體制，直接進行上下行頻率轉換。

歐空局于l990年7月發射了Ka波段的奧林巴斯(OLYMPUS)通信衛星。意大利也較早地開發利用Ka波段衛星ITALSAT(意大利衛星)，該星為意大利第一顆國內通信衛星，于1991年發射，載有三類有效載荷，其中兩類用于Ka波段點對點通信，包括多波束系統和全球波束系統，多波束系統有6臺Ka波段轉發器，具有0.9Gbit/s的數據傳輸能力。

Ka波段衛星的起伏發展階段

20世紀末，隨著全球信息高速公路的發展，眾多的Ka波段計劃紛紛出臺。l997年美國聯幫通信委員會(FCC)對13家公司發放了Ka波段衛星通信系統許可證。例如，洛克希德·馬丁公司的Astrolink系統，計劃用5顆地球靜止軌道衛星提供高數據速率通信業務，具有星間鏈路；Teledesic系統則計劃在1375公里的l2個圓軌道面上部署288顆衛星；

另外就是勞拉公司的Cyberstar系統，由3顆衛星組成；HCI的Galaxy/Spaceway，由20顆星組成；GE美國公司的GEStar系統，由9顆衛星組成；晨星公司的MorningStar系統，由4顆衛星組成；而著名的移動衛星“銥系統的星間鏈路也采用了Ka波段技術。此外，歐空局、日本、德國、加拿大、韓國等也都推出了自己的Ka波段計劃，如法國的SkyBridge；韓國為2000年奧林匹克運動會和2002年世界杯電視轉播而計劃發射的Koreasat-3(韓星-3)等。

與此同時，數據中繼衛星也開始大量應用Ka波段。因為太空中不存在雨衰，因此Ka波段是太空傳輸的最佳選擇之一。美國計劃從2000年開始使用的第二代跟蹤與數據中繼衛星。增加Ka波段星間鏈路和饋電鏈路，其最大反向數據率可達650Mbit/s。

歐空局的計劃分為兩個部分，一個是“高級中繼和技術試驗衛星(ARTEMIS)”，另一個是數據中繼衛星(DRS)，在星間鏈路和饋電鏈路上都使用了Ka波段傳輸技術。日本發射了兩顆名為數據中繼測試衛星(DRTS)，其中在星間鏈路和饋電鏈路中使用了Ka波段轉發器技術，最大反向數據率可達300Mbit/s。

然而，因為本世紀初光纜對衛星通信產業所產生的巨大沖擊，使得Ka波段衛星的發展遇到前所未有的挫折。許多Ka波段項目被無限期地延長。

試驗衛星

技術試驗衛星是用于衛星工程技術和空間應用技術的原理性或工程性試驗的人造地球衛星，對衛星技術的發展具有很大的推動作用。人們曾較為全面地開展了針對Ka波段衛星的試驗，著名的有美國的ACTS(先進通信技術衛星)和日本的WINDS衛星(寬帶互聯網工程試驗和演示衛星)。

2.1ACTS衛星

ACTS是由MartinAstro.Space公司為美國宇航局(NASA)Lewis研究中心研制的，于1993年發射升空。ACTS采用了一系列新的技術，通過試驗論證成功后，將作為未來通信衛星的標準。這些新技術包括：跳變點波束、星上交換、雨衰補償等。

2.1.1跳變點波束

一般的衛星大都是利用寬波束復蓋，提供相對低的信號EIRP，因需要較大的地面接收天線和較大的上行鏈路天線，提高了系統的成本。而點波束卻能將射頻能量集中到具有很小復蓋區域的窄波束中去，使衛星獲得很高的G/T和EIRP。ACTS采用的點波束有20dB的信號電平的改善，帶來的好處是系統中的地球站可用小尺寸天線獲得較高的流量。

然而，點波束也存在不足，主要是固定指向點波束在照射較大通信復蓋區域時，其數量必須大幅增加，再就是靈活性不夠，經營成本增加。跳變點波束則能很好地解決后一個問題。在ACTS衛星中，波束指向位置是基于人口密度、地區分集數據源的可用度與寬帶信道配合而選擇的。

除利用開關矩陣的固定波束外，還有利用基帶處理器(BBP)的兩簇跳變點波束。不論是哪一種波束，工作時都能用某種開關進行控制，按用戶的申請運作，對服務需要作出響應。另外，兩簇跳變點波束以均勻增益復蓋夏威夷、阿拉斯加和整個半球。固定和跳變指向的波束都有0.3°的波束寬度；而可控反射面天線口徑較小，其波束寬度為1°。

星上交換

ACTS有兩種衛星星上交換方式：一種是通過開關矩陣，另一種是通過具有存儲的基帶處理器。在開關矩陣(MSM)方式中，用它來連接三個固定波束或兩簇跳變波束，開關矩陣具有900MHz的帶寬，可提供彎管或動態交換。當用于動態交換時，幀長為1ms；對于低數據率終端要求較長靜止時間的應用，則幀長為32ms。

在基帶處理器(BBP)方式中，用來控制兩簇跳變指向的波束之間的TDMA業務。每一跳變波束簇的最大吞吐量為110Mbit/s，每幀1728時隙。基帶處理器的一個特有的優點是，只有需要訪問的那些波束才被激活，即提供按需分配多址(DAMA)信道，從而使衛星資源得到最大利用。

參考資料