機載遙測頻帶資源分析研究

支高飛+劉鵬+王蒙佳

針對當前機載遙測系統中頻帶資源受限及試飛需求增加的雙重影響下，本文首先描述了S頻段的應用現狀，然后對C波段從空間損耗、多徑損耗等多個影響因素進行理論分析并對其應用進行可行性研究。

一、引言

目前機載遙測系統中采用S波段作為使用頻段，其頻率區間為2200MHz～2390 MHz并一直延續至今。近年來，隨著試飛監控中PCM數據流的顯著增加，以及對機載高清視頻畫面的監控需求，使得S波段內遙測傳輸速率急劇上升且占用帶寬顯著增加。

此外，民用領域上中第四代移動通信4G的部分工作頻段（2320MHz～2370MHz）與S波段有重疊影響，致使該頻段資源顯得日趨擁擠和珍貴。為了應對S波段頻譜資源與日益增長的帶寬需求之間的矛盾，傳統的S遙測頻段正向C波段進行遷移。

我國于2013年在《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》中，增加了C波段中5091MHz～5150MHz頻率區間供試飛遙測專用并明確了這一試飛遙測用頻率區間。現從遙測接收性能和天線跟蹤性能兩個主要方面，對C波段遙測系統的性能進行一些探討。

二、遙測接收性能

接收端的信噪比（SNR）是衡量遙測系統接收性能的重要指標，其計算公式為：

SNR=PT+GT+G/Tsys-LC-LP-LM-LA-KB

其中，PT為遙測發射機的發射功率，GT為發射天線的增益，G/Tsys為遙測接收系統的品質因數，LC為線纜損耗，LP為自由空間損耗，LM為多徑損耗，LA為雨衰，K為波爾茲曼常數，B為等效噪聲功率帶寬。由此可見，載波頻率的改變將主要影響自由空間損耗、接收系統的G/T值等分項，現對其進行逐步分析。

2.1自由空間損耗

無線電波在自由空間進行傳播時的功率損耗計算公式為：

LP=20log（4πfd/c）

其中，d為遙測作用距離，f為載波頻率，c為光速。由上式可知，載波頻率的增加將會引起其空間損耗值的增大。當頻率從S波段遷移至C波段后，其空間損耗將隨之增加。

2.2接收系統品質因數

接收系統的品質因數G/Tsys值可通過對接收系統的增益以及產生的損耗進行計算求得，式中G為接收天線凈增益，Tsys為接收系統在位于參考平面的等效噪聲溫度。其中，接收天線凈增益可近似等于拋物面天線的增益值。根據拋物面天線計算公式：

其中D為天線口徑，λ為載波波長。隨著載波頻率的增加，拋物面天線的增益將隨之提高。

同時接收系統在位于參考平面的等效噪聲溫度：

Tsys=Tant+Ty

其中，Tant為在天線處的等效噪聲溫度，Ty為在接收機第二中頻處的等效噪聲溫度。對于單位長度的同軸電纜來說，信號頻率的增加將導致線纜上的損耗相應增加。當載波頻率從S波段向C波段變化時，遙測接收系統的總G/T值將會發生改變。

2.3多徑損耗

多徑損耗是指電磁波在反射平面經過漫反射和鏡面反射后，與直射波一同進入遙測接收天線，并引起接收端信號的衰落。

由于C波段載波波長較S波段更短，反射面粗糙度的增加，將使得入射的電磁波產生更多的散射分量，進而降低多徑干擾的強度。

其近似計算公式：

θ=70λ/D

其中λ為載波波長，D為拋物面天線口徑。隨著載波頻率的增加，一定程度上減少多徑反射的干擾。

三、天線跟蹤性能

通過對波瓣寬度的分析可知，當頻率從S波段遷移至C波段后，-3dB波瓣寬度將隨之變窄。下表為遙測地面站幾種典型的天線尺寸所對應的-3dB波瓣寬度值：

拋物面遙測天線的波瓣寬度變窄，意味著將有可能給天線對目標的跟蹤帶來問題。

四、小結

通過對空間損耗、接收品質以及多徑損耗等多個因素進行分析，將S波段與C波段的傳輸及多徑損耗進行較為詳細的理論比較。經過將上述兩種波段的研究對比，希望對C波段在將來的機載遙測系統中應用起到一定的借鑒和參考作用。

參 考 文 獻

[1]金濤 數據鏈試飛電波傳播衰減計算. 航空電子技術，2011