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机载遥测频带资源分析研究

范文

支高飞+刘鹏+王蒙佳

针对当前机载遥测系统中频带资源受限及试飞需求增加的双重影响下，本文首先描述了S频段的应用现状，然后对C波段从空间损耗、多径损耗等多个影响因素进行理论分析并对其应用进行可行性研究。

一、引言

目前机载遥测系统中采用S波段作为使用频段，其频率区间为2200MHz～2390 MHz并一直延续至今。近年来，随着试飞监控中PCM数据流的显著增加，以及对机载高清视频画面的监控需求，使得S波段内遥测传输速率急剧上升且占用带宽显著增加。

此外，民用领域上中第四代移动通信4G的部分工作频段（2320MHz～2370MHz）与S波段有重叠影响，致使该频段资源显得日趋拥挤和珍贵。为了应对S波段频谱资源与日益增长的带宽需求之间的矛盾，传统的S遥测频段正向C波段进行迁移。

我国于2013年在《中华人民共和國无线电频率划分规定》中，增加了C波段中5091MHz～5150MHz频率区间供试飞遥测专用并明确了这一试飞遥测用频率区间。现从遥测接收性能和天线跟踪性能两个主要方面，对C波段遥测系统的性能进行一些探讨。

二、遥测接收性能

接收端的信噪比（SNR）是衡量遥测系统接收性能的重要指标，其计算公式为：

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

其中，PT为遥测发射机的发射功率，GT为发射天线的增益，G/Tsys为遥测接收系统的品质因数，LC为线缆损耗，LP为自由空间损耗，LM为多径损耗，LA为雨衰，K为波尔兹曼常数，B为等效噪声功率带宽。由此可见，载波频率的改变将主要影响自由空间损耗、接收系统的G/T值等分项，现对其进行逐步分析。

2.1自由空间损耗

无线电波在自由空间进行传播时的功率损耗计算公式为：

LP=20log（4πfd/c）

其中，d为遥测作用距离，f为载波频率，c为光速。由上式可知，载波频率的增加将会引起其空间损耗值的增大。当频率从S波段迁移至C波段后，其空间损耗将随之增加。

2.2接收系统品质因数

接收系统的品质因数G/Tsys值可通过对接收系统的增益以及产生的损耗进行计算求得，式中G为接收天线净增益，Tsys为接收系统在位于参考平面的等效噪声温度。其中，接收天线净增益可近似等于抛物面天线的增益值。根据抛物面天线计算公式：

其中D为天线口径，λ为载波波长。随着载波频率的增加，抛物面天线的增益将随之提高。

同时接收系统在位于参考平面的等效噪声温度：

Tsys=Tant+Ty

其中，Tant为在天线处的等效噪声温度，Ty为在接收机第二中频处的等效噪声温度。对于单位长度的同轴电缆来说，信号频率的增加将导致线缆上的损耗相应增加。当载波频率从S波段向C波段变化时，遥测接收系统的总G/T值将会发生改变。

2.3多径损耗

多径损耗是指电磁波在反射平面经过漫反射和镜面反射后，与直射波一同进入遥测接收天线，并引起接收端信号的衰落。

由于C波段载波波长较S波段更短，反射面粗糙度的增加，将使得入射的电磁波产生更多的散射分量，进而降低多径干扰的强度。

其近似计算公式：

θ=70λ/D

其中λ为载波波长，D为抛物面天线口径。随着载波频率的增加，一定程度上减少多径反射的干扰。

三、天线跟踪性能

通过对波瓣宽度的分析可知，当频率从S波段迁移至C波段后，-3dB波瓣宽度将随之变窄。下表为遥测地面站几种典型的天线尺寸所对应的-3dB波瓣宽度值：

抛物面遥测天线的波瓣宽度变窄，意味着将有可能给天线对目标的跟踪带来问题。

四、小结

通过对空间损耗、接收品质以及多径损耗等多个因素进行分析，将S波段与C波段的传输及多径损耗进行较为详细的理论比较。经过将上述两种波段的研究对比，希望对C波段在将来的机载遥测系统中应用起到一定的借鉴和参考作用。

参考文献

[1]金涛数据链试飞电波传播衰减计算. 航空电子技术，2011

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