| 标题 | C波段无线网与S波段遥测天线共用技术研究 |
| 范文 | 霍建华++刘丹++郭世伟 摘 要： 针对目前遥测频率资源紧张与飞行试验需求不断增长之间的矛盾，对C波段无线网与S波段遥测天线共用技术进行研究。根据实际使用需求，要求在保持原有S波段功能的基础上，增加C波段双向传输功能。因此在对天线结构进行合理设计的基础上，给出了一体化馈源设计方案，通过增加C波段无线网络收/发器等关键设备，实现C波段无线网数据与S波段遥测数据的共同传输，极大地提高了遥测数据传输速率，缓解了遥测频率资源紧张的现状。 关键词： C波段无线网； 天线共用； 一体化馈源； 遥测数据传输 中图分类号： TN82?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）10?0093?03 0 引 言 随着航空飞行试验遥测需求的不断增长，国外遥测界专家预测，航空飞行试验遥测速率[1]几年后将从当前的10 MB/s增长到100 MB/s，增加上行遥控数据链、实现飞行试验的远程控制能力，成为遥测的新需求。显然，IRIG106遥测系统已不能完全适应当前和未来航空飞行试验及其他军工试验的遥测新需求。近年来，在网络技术发展突飞猛进的推动下，遥测系统的网络化、集成化、空地一体化成为发展新趋势，于是便提出了iNET[2] 的概念。它最大的特点是在测控目标与地面测控站之间增加了一条无线网络链路，用于大容量网络数据的准实时传递，实现对飞行目标的远程控制以及频谱资源的动态管理等。目前国内、外航空飞行试验大都使用L或S波段，频谱资源有限，已成为制约遥测发展的瓶颈。在各国飞行试验和遥测专家的共同呼吁下，2007年世界无线电大会（WRC?2007）决定把C波段中的4 400～ 4 940 MHz，5 091～5 250 MHz和5 925～6 700 MHz频段在局部地区或全球范围内，划分给航空飞行试验遥测使用。这一决定为飞行试验遥测开辟新的频段、解决频谱资源需求矛盾奠定了基础，有力推动飞行试验遥测向C波段的扩展与应用。另外，随着民用4G通信的启动，与目前使用的遥测频率资源[3] 相互冲突，严重制约了遥测数据的传输能力，限制了遥测实时监控的性能。因此需要在现有遥测系统基础上，最大限度保证现有设备继续发挥作用，并扩展遥测频率资源，解决4G通信占用资源的问题。因此C波段无线网与S波段遥测天线共用技术研究显得尤为重要。 1 天线结构设计 在遥测标准新旧交替之际，既要充分利用已有遥测资源，又要兼顾遥测的网络化发展。S波段遥测链路和C波段无线网链路共存，将是一个长期的过程，双波段遥测天线的共用和集成也是一种发展趋势。双波段自动跟踪天线的结构是必需解决的首要问题。为了满足工程应用和兼容性要求，简化结构、降低成本，目前国外的双波段、双模式自动跟踪天线基本上都采用天线共用和集成方案，主要有以下几种方式： 方式一：双天线同驱动方式。并肩（或背负）式天线，即在S波段遥测接收天线的一侧再安装一个C波段双向宽带数据链天线，或S波段遥测接收天线的上侧背负一个C波段双向宽带数据链天线，两个天线共用一套伺服驱动云台。目前航空飞行试验使用的遥测接收天线一般为小于2.5 m的抛物面天线，根据地面天线增益估算[4] ，C波段无线网收发器达到300 km/20 Mb/s的传输能力，需要使用2.4 m抛物面天线。2个2 m以上的天线相互并肩或背负，不仅使2个窄波束天线的调校带来困难，也会由于提高了1倍的传动负载和风阻，使自跟踪天线的驱动部件产生质的改变，将地面天线的配套成本急剧增加。此种方案显然不可取。 方式二：单天线多馈源方式。即抛物面天线和伺服驱动共用，S和C波段馈源相互独立。对于此方式，首先，相当于增加了一个馈源的重量，提高了1倍的传动负载，可能超过驱动部件的负载能力。其次，由于抛物面到天线底座连线孔位置有限，C波段馈源所产生的连接线无法到达底座，此方式也不可取。 方式三：单天线馈源集成方式。即抛物面天线和伺服驱动共用，S和C波段馈源集成在一起，外部看来和单波段天线没有两样。该方案不会增加驱动部件的负载，连线也更加方便。该种方案不仅可行，而且更为合理。 2 一体化馈源设计 馈源集成微带线和差网络，具有性能高、尺寸小、重量轻的特点，适合电小天线设计。一体化馈源单元布局方案有3种，如图1所示。 图1（a）中，采用九单元双极化微带馈源，中间为C频段发射单元，四周边角A、B、C、D为S频段接收单元，四周R1、R2、R3、R4为C频段接收单元。图1（b）和图1（c）采用五单元双极化微带馈源，图1（b）中间为S频段接收单元，四周为C频段收发单元，图1（c）则相反。 对应馈源单元的3种布局，可以采取不同的跟踪方式。对于图1（a）方式，S波段和C波段都可以进行跟踪；图1（b）方式，只能采取C波段进行跟踪；图1（c）方式，只能采取S波段进行跟踪。现有系统绝大多数使用S波段进行跟踪，采用第3种方式可以不改变原有跟踪方式，是最经济实用、风险最小的设计方案。 图1 馈源单元布局图 因此，馈源设计采用五单元双极化微带馈源，每个微带单元形成的水平极化波和垂直极化波经过圆极化器形成左旋圆极化和右旋圆极化波。集成微带线和差网络，左旋通道和差形成网络如图2所示，右旋通道和差形成网络与左旋通道相同。 图2 左旋通道和差形成网络 方位差和俯仰差信号经[0π]调制器正交调制后合成到合通道上，形成单通道单脉冲信号，其正交调制波形如图3所示[4] 。 图3 单通道单脉冲正交调制信号 3 波段无线网络数据传输 iNET标准在传统PCM遥测链路外增加上下行的双向无线网络链路，使遥测系统既有串行PCM下行功能，也具有遥测数据上下行功能，实现飞行试验遥测系统的网络化和空地一体化[2，5] 。本研究中通过增加C波段网络收/发器、LNA和功放等关键设备，实现C波段网络数据的双向传输，地面站C波段无线网络数据传输原理框图如图4所示。 图4 C波段无线网络数据传输原理框图 LNA模块安装在接近馈源端口位置，减小馈源输出和功放接口间的馈缆损耗能直接降低系统的噪声系数。如果馈缆损耗由1 dB降低至0.5 dB，那么整个系统的噪声系数就变好0.5 dB，即最小接收灵敏度提高了0.5 dB，也相当于间接增大信号的覆盖范围。LNA盒安装在馈源盒顶部，并通过低损射频馈缆与C波段馈源联接，最大限度缩短该射频馈缆长度，能够提高系统灵敏度。 将无线网络收发器和功放安装在天线底座内，高速数据汇流环的上方，通过高速数据汇流环实现高速网络数据的通信，可以减少电缆传输的损耗，提高宽带双向链路的灵敏度。 4 结 语 通过对C波段无线网与S波段遥测天线共用技术进行研究，提出了可行性技术方案，对原有系统进行改造升级，实现了双波段数据的实时传输，通过飞行试验验证了该方案的可行性。随着国家经济的高速发展，民用需求的快速扩张，遥测频率资源被占用的问题不能避免，这虽然对科研试飞任务带来了不利影响，但也是扩展频率资源、提高技术能力的一个最佳时机。重新规划整合遥测系统资源，自主研发遥测系统设备，实现遥测频段的扩展，改进原有系统不足，并实现系统设备的国产化替代，为提高测试能力提供支持。 参考文献 [1] 宋政斌，王伟，权永刚.无线网在飞行试验遥测传输中的研究与应用[J].计算机测量与控制，2012，20（1）：153?154. [2] 张俊民，袁炳南，白效贤.iNET的技术框架和应用前景[J].测控技术，2010，29（11）：15?17. [3] 国防科学技术工业委员会.GJB 21.1B?2006 遥测标准 第1部分：无线电信道[S].北京：国防科学技术工业委员会，2007. [4] 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会.无线电遥测遥控（上册）[M].北京：国防工业出版社，2001. [5] 袁炳南，霍朝晖，白效贤.新一代遥测网络系统：TmNS[J].测控技术，2010，29（11）：18?21. [6] 白效贤，范旭明，于艳.基于无线网的飞行试验遥测传输技术研究[J].航空科学技术，2008（5）：26?28. |
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