Ka波段

Ka波段是电磁频谱的微波波段的一部分，Ka波段的频率范围为26.5-40GHz。Ka代表着K的正上方(K-above)，换句话说，该波段直接高于K波段。Ka波段也被称作30/20 GHz波段，通常用于卫星通信。

Ka波段

Ka波段试验卫星

Ka波段

Ka波段大致上的频率范围是30/20GHz。Ka频段具有可用带宽宽，干扰少(干扰不一定少)，设备体积小的特点。因此，Ka频段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、卫星新闻采集(SNG)、VSAT业务、直接到户(DTH)业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。Ka频段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的要求较高。在Ka频段频音下，Ka用户终端的天线尺寸主要不是受制于天线增益，而是受制于抑制来自其它系统干扰的能力。

1. Ka波段概述

Ka波段最重要的一个特点就是频带较宽，C频段的一般可用带宽为500MHz～800MHz；Ku频段的可用带宽为500MHz～1000MHz；而Ka频段的可用带宽可达到3500MHz。因此，Ka波段卫星通信系统可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、卫星新闻采集(SNG)、VSAT业务、直接到户(DTH)业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。Ka波段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的要求较高。在Ka波段频率下，用户终端的天线尺寸主要不是受制于天线增益，而是受制于抑制其它系统干扰的能力。

1.1 早期试验研究情况

1974年，美国NASA就曾在Fairchild(仙童公司)研制的ATS-6(应用技术卫星-6)上进行过20、30GHz连续波和多个单音的传播试验，开辟了Ka波段卫星传播和通信试验的先河。1976年，美国用一枚火箭同时发射了LES 8、9(林肯试验卫星8、9)，它不仅与地球站进行了Ka波段的传播试验，而且还建立了卫星间Ka波段试验链路。

日本在开发卫星通信的初期，就将目标定在了Ka波段。1977年4月，日本发射了与美国合作研制的ETS-II(工程试验卫星II)，并于1977年12月发射了自己的实验通信卫星CS-1(通信卫星-1)，该卫星载荷有6台Ka波段转发器。接着，日本于1983年2月和8月分别发射了CS-2(2A、2B)商用卫星。其中2A位于同步轨道130E，属于工作星，2B作为备份星位于135E。CS-2不但是日本的第一颗商用通信卫星，也是世界上第一颗搭载Ka波段转发器的实用通信卫星，载有6台Ka波段转发器，2台C波段转发器，采用二次变频体制，中频频率1.8GHz。后来，日本于1988年发射了CS-3A、3B两颗卫星， Ka波段转发器增加到l5台，采用单波束天线。其Ka波段转发器的主要特点是：采用了与CS-2不同的一次变频体制，直接进行上下行频率转换。

欧空局于l990年7月发射了Ka波段的奥林巴斯(OLYMPUS)通信卫星。意大利也较早地开发利用Ka波段卫星ITALSAT(意大利卫星)，该星为意大利第一颗国内通信卫星，于1991年发射，载有三类有效载荷，其中两类用于Ka波段点对点通信，包括多波束系统和全球波束系统，多波束系统有6台Ka波段转发器，具有0.9Gbit/s的数据传输能力。

1.2 Ka波段卫星的起伏发展阶段

20世纪末，随着全球信息高速公路的发展，众多的Ka波段计划纷纷出台。l997年美国联帮通信委员会(FCC)对13家公司发放了Ka波段卫星通信系统许可证。例如，洛克希德马丁公司的Astrolink系统，计划用5颗地球静止轨道卫星提供高数据速率通信业务，具有星间链路；Teledesic系统则计划在1375公里的l2个圆轨道面上布署288颗卫星；另外就是劳拉公司的Cyberstar系统，由3颗卫星组成；HCI的Galaxy/Spaceway，由20颗星组成；GE美国公司的GE Star系统，由9颗卫星组成；晨星公司的Morning Star系统，由4颗卫星组成；而著名的移动卫星“铱 系统的星间链路也采用了Ka波段技术。此外，欧空局、日本、德国、加拿大、韩国等也都推出了自己的Ka波段计划，如法国的Skybrige；韩国为2000年奥林匹克运动会和2002年世界杯电视转播而计划发射的Koreasat-3(韩星-3)等。

与此同时，数据中继卫星也开始大量应用Ka波段。因为太空中不存在雨衰，因此Ka波段是太空传输的最佳选择之一。美国计划从2000年开始使用的第二代跟踪与数据中继卫星。增加Ka波段星间链路和馈电链路，其最大反向数据率可达650Mbit/s。欧空局的计划分为两个部分，一个是“高级中继和技术试验卫星(ARTEMIS)”，另一个是数据中继卫星(DRS)，在星间链路和馈电链路上都使用了Ka波段传输技术。日本发射了两颗名为数据中继测试卫星(DRTS)，其中在星间链路和馈电链路中使用了Ka波段转发器技术，最大反向数据率可达300Mbit/s。

然而，因为本世纪初光缆对卫星通信产业所产生的巨大冲击，使得Ka波段卫星的发展遇到前所未有的挫折。许多Ka波段项目被无限期地延长。

Ka波段试验卫星

技术试验卫星是用于卫星工程技术和空间应用技术的原理性或工程性试验的人造地球卫星，对卫星技术的发展具有很大的推动作用。人们曾较为全面地开展了针对Ka波段卫星的试验，著名的有美国的ACTS(先进通信技术卫星)和日本的WINDS卫星(宽带互联网工程试验和演示卫星)。

2.1 ACTS卫星

ACTS是由Martin Astro. Space公司为美国宇航局(NASA)Lewis研究中心研制的，于1993年发射升空。ACTS采用了一系列新的技术，通过试验论证成功后，将作为未来通信卫星的标准。这些新技术包括：跳变点波束、星上交换、雨衰补偿等。

2.1.1 跳变点波束

一般的卫星大都是利用宽波束覆盖，提供相对低的信号EIRP，因需要较大的地面接收天线和较大的上行链路天线，提高了系统的成本。而点波束却能将射频能量集中到具有很小覆盖区域的窄波束中去，使卫星获得很高的G/T和EIRP。ACTS采用的点波束有20dB的信号电平的改善，带来的好处是系统中的地球站可用小尺寸天线获得较高的流量。然而，点波束也存在不足，主要是固定指向点波束在照射较大通信覆盖区域时，其数量必须大幅增加，再就是灵活性不够，经营成本增加。跳变点波束则能很好地解决后一个问题。在ACTS卫星中，波束指向位置是基于人口密度、地区分集数据源的可用度与宽带信道配合而选择的。除利用开关矩阵的固定波束外，还有利用基带处理器(BBP)的两簇跳变点波束。不论是哪一种波束，工作时都能用某种开关进行控制，按用户的申请运作，对服务需要作出响应。另外，两簇跳变点波束以均匀增益覆盖夏威夷、阿拉斯加和整个半球。固定和跳变指向的波束都有0.3的波束宽度；而可控反射面天线口径较小，其波束宽度为1。

2.1.2 星上交换

ACTS有两种卫星星上交换方式：一种是通过开关矩阵，另一种是通过具有存储的基带处理器。在开关矩阵(MSM)方式中，用它来连接三个固定波束或两簇跳变波束，开关矩阵具有900MHz的带宽，可提供弯管或动态交换。当用于动态交换时，帧长为1ms；对于低数据率终端要求较长静止时间的应用，则帧长为32ms。在基带处理器(BBP)方式中，用来控制两簇跳变指向的波束之间的TDMA业务。每一跳变波束簇的最大吞吐量为110Mbit/s，每帧1728时隙。基带处理器的一个特有的优点是，只有需要访问的那些波束才被激活，即提供按需分配多址(DAMA)信道，从而使卫星资源得到最大利用。