衛(wèi)星通信系統實際上也是一種微波通信，衛(wèi)星通信要求地面設備具有較大的發(fā)射功率，因此不易普及使用。傳統Ka波段地面站衛(wèi)星通信系統依賴于室內到室外配置。室外單元包含天線和塊下變頻接收機，接收機輸出L波段的模擬信號。該信號隨后被傳送到室內單元，室內單元包含濾波、數字化和處理系統。Ka波段的干擾信號通常較少，因此室外單元的主要任務是以線性度為代價來優(yōu)化噪聲系數。室內到室外配置很適合地面站，但難以融合到小尺寸、重量輕、低功耗(SWaP)的環(huán)境中。若干新興市場推動了對小尺寸Ka波段接入的需求。無人機(UAV)和步兵若能接入此類信道，將大大受益。對于無人機和步兵，無線電功耗直接決定電池壽命，進而決定任務時長。此外，過去專門用于空中平臺的傳統Ka波段信道，現在正被考慮用于提供更廣泛的接入。這意味著，傳統上僅需要下變頻單個Ka信道的空中平臺，現在可能需要工作在多個信道上。本文將概述Ka波段應用面臨的設計挑戰(zhàn)，并說明一種支持此類應用實現低SWaP無線電解決方案的新架構。

衛(wèi)星通信行業(yè)的最新趨勢顯示，信號傳輸正從X波段和Ku波段推進到Ka波段。這在很大程度上是因為該頻率范圍內很容易實現帶寬更寬的收發(fā)器。與此同時，X、Ku和Ka波段中的發(fā)射機總數在不斷增加。過去，Ka波段中的發(fā)射機數量非常少，但隨著這種趨勢的發(fā)展，此范圍內的頻譜會變得越來越擁堵。這給此類系統的收發(fā)器設計提出了挑戰(zhàn)，尤其是針對低SWaP市場，這些市場的尺寸和功耗要求會限制可達到的選擇率。由于選擇率壓力越來越大，人們自然會折中考慮，降低選擇率要求。某些情況下，例如頻譜環(huán)境不那么明確的移動平臺中，這種折中是有意義的。但在其他可以非常精確地預測干擾的平臺中，選擇率仍將是最高優(yōu)先目標。

室內和室外概述

在典型的永久性衛(wèi)星通信設施中，室外設備和室內設備在功能上是分開的。室外設備由Ka波段天線、低噪聲塊(LNB)和下變頻級組成，其將Ka波段信號下變頻為L波段信號，然后發(fā)送到室內單元。LNB和下變頻級通常合并為一個單元，其輸出端利用同軸電纜或光纖將信號發(fā)送到室內以供進一步處理。在天線端下變頻至1 GHz到2 GHz信號可防止連接到室內單元的電纜產生額外損耗。室內單元由L波段接收機和解調器組成。此單元負責對信號做進一步濾波、數字化和處理。此外，它與地面?zhèn)鬏斁W絡相連，以便將信號發(fā)送到中央處理地點。

在發(fā)射側，波形產生發(fā)生在室內L波段設備中。信號通過同軸電纜或光纖發(fā)送到室外設備。室外設備包含如下器件：一個塊上變頻器(BUC)，用以將信號從L波段變頻至Ka波段；一個HPA，用以將信號放大到所需的發(fā)射功率水平；以及一根天線。如果接收機和發(fā)射機共用該天線，則還會有一個雙工器，用以將發(fā)射機信號和接收機信號隔離開來。

尺寸和功耗

由于是永久設施，固定安裝地點中的器件通常不是針對低SWaP而設計。根據其特性和濾波要求，室外LNB可能有10" × 4" × 4"那么大。它通常盡可能靠近天線饋線放置，以優(yōu)化系統噪聲系數。室外BUC通常有相同的尺寸，而室外HPA可能非常大，具體尺寸取決于輸出功率要求。室內設備包含一個19英寸寬機架安裝解調器，它可以同其他機架安裝調制解調器或處理設備疊放在一起。此設備負責完成接收和發(fā)射衛(wèi)星通信信號的任務，但其SWaP效率可能不是很高。

低SWaP市場

雖然全球移動通信發(fā)展的深化，以及人們期望即便在最偏遠地區(qū)也有通信和數據鏈路可用，市場對降低SWaP的呼聲越來越高。

近年來，政府和商業(yè)對無人機的使用越來越多。無人機可用在距離其基地超過數百英里的偏遠地區(qū)，日益依賴衛(wèi)星通信來發(fā)送收集到的數據及接收操作員指令。此外，我們看到商業(yè)世界開發(fā)的無人機用途越來越多，其中許多既需要與衛(wèi)星通信，也需要與其他航空器通信。這導致使用的頻譜更高，而以前對高頻譜的使用非常少。隨著頻譜變得越來越擁擠，濾波、頻率規(guī)劃和靈活性變得越來越重要。

低SWaP衛(wèi)星通信持續(xù)增長的另一個市場是手持式和便攜式領域。除安全通信外，人們還希望發(fā)生和接收其他更多內容，這導致對手持設備的需求不斷增加。人們渴求快速發(fā)送數據，包括照片、音頻文件、地圖和其他數據，以及捕獲帶寬更寬的信號。這要求提高瞬時帶寬，而外形尺寸則保持不變或比上一代更小，并且要降低功耗以免攜帶笨重昂貴的電池。戰(zhàn)術車輛自身的功率有限，空間較小，故而存在類似的SWaP限制。