机载卫星通信天线

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1、http:/飞机上装飞机上装 WiFiWiFi？揭秘机载卫星天线的那些事儿？揭秘机载卫星天线的那些事儿卫星通信简单地说就是地球上 （包括地面和低层大气中） 的无线电通信站间利用卫星作为中 继而进行的通信，由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大。卫星通信的特点是：通信范围大。只要在 卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信，不易受陆地灾害的影响； 只要设置地球站电路即可开通，同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信电路设置 非常灵活，可随时分散过于集中的话务量；同一信道可用于不同方向或不同区间。下面本文 将详细介绍。伴随着航空互联网帷幕拉开， 机载卫星通信近年

2、来热度越来越高， 各种媒体不断有 SBB、 Ku、 2Ku、Ka、HTS 等专业术语出现，万米高空发微博、看春晚、能上网了等热点新闻不断付诸 媒体头条。移动互联网服务的最后一个信息孤岛飞机客舱， 逐步被机载卫星通信系统解决， 移动互 联网的触角终于登上万米高空， 航空旅客们终于逐步摆脱飞行途中漫长、 枯燥且与世隔绝的 苦日子，开始体验云端娱乐、嗨购且时时在线的旅途好生活。那么，机载卫星通信技术到底是一种什么样的技术，具备哪些技术特点，其系统的构成是什 么样的， 未来发展趋势是什么？本文帮你揭开机载卫星通信神秘面纱， 带你探究机载卫星通 信系统未来发展趋势。机载卫星通信简介机载卫星通信简介机载卫

3、星通信系统并非今日才出现的新鲜玩意， 目前在我国承担青藏高原地区飞行任务的飞 机以及执行跨洋飞行的宽体飞机很早就要求安装了基于 L 波段的机载海事卫星通信系统， 主 要用于解决 ATC 空中交通控制，这些飞机由于没有陆基 VHF 系统支撑，无论是语音、ACARS 均通过机载卫星通信系统传送。 民航局为加强 AOC 语音指挥畅通， 要求加装机载卫星通信系 统也属于这个范畴。以上说的机载卫星通信系统过去主要用于前舱通信需求，随着客舱宽带上网需求越来越迫http:/切，机载海事卫星系统推出了 SBB 业务（N*432kbps）用于客舱 Wi-Fi 接入，欧洲 Onair 公 司陆续在数百架飞机上做了

4、改装。SBB 业务基于 L 波段卫星资源，由于 L 波段频率有限，总 体带宽资源非常有限，加之 SBB 速率有限，现有海事卫星通信在客舱应用并未大规模推广。注解 1：L 波段，指的是频率位于 1GHz2GHz 的电磁波信号。L 波段海事 SBB 卫星通信系统 是目前覆盖全球的窄带卫星通信系统， 可提供 N*432Kbps 的数据带宽同时具有话音链路， 可 同时满足前舱和后舱的使用需求。基于 Ku 频段的机载卫星通信系统在美国广泛应用，美西南航空公司等多家航空公司推出基 于 Ku 频段机载通信航空互联网服务， 由于 Ku 频段拥有频率资源高于 L 频段， 峰值速率也可 达 30Mbps（卫星资源

5、足够前提下），所以当前 Ku 频段机载卫星通信系统成为最成熟的航空 互联网解决方案，当前东航、国航、南航等航空公司试验试飞飞机均采用基于 Ku 频段的机 载卫星通信系统。注解 2：Ku 波段，指的是频率位于 10GHz20GHz 的电磁波信号。Ku 波段宽带卫星通信系统 是目前机载卫星通信的主流应用，其拥有丰富的卫星资源（目前转发器资源利用率较高，可 用于机载业务资源有限），且地面设施完善，同时拥有成熟的机载设备。由于 Ku 频段卫星资源使用率高，可用于机载宽带通信的卫星资源有限，美国、海事卫星组 织近年来陆续发射了 Ka 波段卫星， 采用 Ka 频段机载卫星通信系统解决航空互联网需求， 如

6、美国 Jetblue 航空、 新加坡航空等， 由于 Ka 频段卫星频率资源丰富， 拥有 3.5GHz 频率资源， 同时采用多波束覆盖， 使得 Ka 卫星通信容量相比 Ku 卫星容量增大了数十倍， 峰值速率也提 高到了 100Mbps 量级（海事 GX-press Ka 峰值速率 50Mbps）。注解 3：Ka 波段，指的是频率位于 20GHz30GHz 的电磁波信号。Ka 波段卫星通信系统由于 频率高、可用频率资源丰富且采用点波束技术，使得终端尺寸小，且传输速率高，加之轨位 资源丰富，是未来卫星通信系统的发展重点。面对 Ka 频段机载卫星通信系统巨大优势，基于 Ku 频段机载卫星通信系统也进行

7、积极应对， 2Ku 技术、Ku HTS 技术也应运而生，面就介绍一下 HTS 技术。http:/HTSHTS 是一种什么样的技术是一种什么样的技术High Throughput Satellite 卫星（高吞吐量卫星）， 是新一代通信宽带卫星的统称，HTS 卫星具有以下特征：多波束覆盖、 对卫星划分频率的重复使用是 HTS 卫星提高吞吐容量的主要方法， 在相同的划 分频率范围内，该卫星载荷的吞吐量至少是传统大波束卫星的两倍以上（经常为许多倍）， 一般为 20 倍到 50 倍。使用 Ka 频段或者 Ku 频段，由于 Ku 频段已有传统大波束卫星，所以 Ku HTS 技术使用前提 是传统 Ku 卫

8、星退出服务，采用新 Ku HTS 卫星替代。HTS 卫星容量覆盖特定的较小地面区域，因此显著增加了下行卫星功率和容量。采用新一代 的宽带卫星通信关口站和终端小站技术， 支撑数十万套用户终端的高吞吐量通信需求。 能有 效的解决卫星链路带宽成本和容量问题。HTS 应用高水平的频率复用和点波束技术，实现卫星容量的倍增，初期应用于 Ka 卫星，Ka 卫星技术直接采用了 HTS 技术，一方面频率资源大大增加了，另一方面 HTS 技术应用，才使 得 Ka 卫星容量数十倍于传统 Ku 卫星。后在 Ku 卫星上亦开始逐渐推广 HTS 技术。现有 Ku 卫星通信系统均为大波束传统卫星，升级支持 Ku HTS 卫

9、星，需在后续 Ku 卫星更替 时采用 Ku HTS 卫星替换原有传统卫星方能实现，同时现有机载卫星通信终端设备，同步需 要进行软硬件升级方能支持，如调制解调器更换等。针对机载卫星通信终端而言，HTS 技术 引入更多的波束切换性能要求，Ku HTS 效果究竟如何为未可知，仍需试验验证。机载卫星天线的几种形态机载卫星天线的几种形态机载 Ku/Ka 卫星天线随着技术发展，有机械式、机械分段阵列天线、相控阵天线机械式、机械分段阵列天线、相控阵天线等多种天 线形态。机械式 Ku/Ka 天线，如松下航电、Aerosat、Tcom、ROW44 等天线均采用机械式卫星天线， 依靠水平、垂直机械伺服系统实现天线

10、精准对星。如下图所示：http:/由于机械式卫星天线，使用了马达等机械部件，设备可靠性相比存电子部件大大降低，同时 在接近赤道地区由于机械式天线对星波形畸变， 导致邻星干扰增加， 往往通过降低发射功率 方式，确保干扰水平可控，速率也大打折扣。2Ku 使用的是机械分段阵列天线。这些天线使用了新一代的机载天线设计。与物理指向目标 卫星不同， 这些天线可以通过机械旋转一系列具有共振特性的内部板， 在所需方向上创造光 束。相比机械式卫星天线，在水平面上仍存在马达，但在垂直面上，不再采用机械方式，而采用 电子调整方式，降低了天线厚度，使得天线雷达罩迎风面更小，气流特性更好，相比传统机 械式雷达罩更省油，

11、同时由于电子调整，在赤道等低纬度地区，天线辐射图可以更加精准， 邻星干扰可控，同时由于发射、接收天线分开，使得 2Ku 速率相比传统机械式更高，基本达 到了翻倍的能力。虽然 GoGo 的 2Ku 技术有了很大进步，但在水平面仍然使用机械调整方式，更加先进的相控 阵天线技术也逐步由实验室进入商用。在军事领域，PAA 相控阵天线技术在军事领域已经开始应用，可以预见 PAA 相控阵天线很快 也会在民航领域商用。PAA 相控阵天线，不再有任何机械部件，天线更薄，可靠性更高，天 线不再需要安装在雷达罩下， 天线甚至可以安装在机翼上， 天线改装及燃油经济性方面将大 大提升。http:/当前国内试验的 Ku

12、 天线均为机械式，2016 年美国 GoGo 将大力推广 2Ku 机械分段阵列天线， 预计 3-5 年后， 商用的航空 PAA 相控阵天线也将出现， 可以预见未来飞机机载卫星天线将随 着技术发展，呈现越来越小型化，更加扁平，安装更加灵活，更加节省燃油消耗。机载卫星通信系统构成机载卫星通信系统构成机载卫星通信系统由三部分组成，分别是空间段、地面段、以及机载段。空间段空间段，顾名思义顾名思义，指的是通信卫星指的是通信卫星，主要指卫星转发器主要指卫星转发器。目前覆盖我国传统 Ku 卫星的只 有中星 6A6A、1010、1111、1212，亚洲，亚洲 5 5、6 6、7 7，亚太，亚太 5 5、6 6

13、、7 7、9 9 等几颗可用卫星，由于 Ku 转发 器资源利用率高 （高于70%） 可用于机载业务Ku转发器的资源十分有限。 覆盖亚太地区IPSTAR （泰星）是 Ku HTS 卫星，IPSTAR 覆盖我国容量有 12G 带宽容量，航空移动业务尚未开展。 我国自有的 Ku HTS 卫星尚未发射，最早也要 2018 年发射；我国 2017 年将发射第一颗 Ka 商用卫星，海事卫星 GXpress 第四颗卫星预计下半年发射。地面段，主要指地面上负责发送和接收卫星信号以及对卫星网络进行管理的地面设施地面段，主要指地面上负责发送和接收卫星信号以及对卫星网络进行管理的地面设施，通 常称为地面站，包括天线

14、、射频、主站 Hub 以及网管系统和网络运营中心（NOC）等设备/ 设施。机载段，指的是位于飞机上的通信设备机载段，指的是位于飞机上的通信设备，包括机外天线、天线控制单元、高功放、调制解 调器以及舱内无线接入设备。http:/以汉莎技术客机改装为例。图为客舱顶部的 KANDU（Ka 波段网络和数据单元），用来驱动控 制装在飞机顶部的卫星天线。http:/这就是位于飞机顶部的卫星天线，用来接收卫星信号。这位工作人员正在演示这个装置工作时的状态。最后，整个装置会被这个卫星天线罩罩住，形成我们平时看到的飞机机背上的“鼓包”。可 别小看这个罩子。专业人士表示，它可以抵抗零下 60的低温以及雷击。htt

15、p:/飞机起飞后达到标准并连结海事卫星后，通过机载无线 AP 热点就能实现上网了。汉莎航空 一架 A321 客机一共布置 4 个 AP。其实，就在你的头上。http:/机载卫星通信发展建议机载卫星通信发展建议卫星通信系统未来发展趋势和方向是 Ka 频段和 HTS 技术应用。但考虑到我国尚不具备 Ka 商用以及 Ku HTS 商用条件（IPSTAR 目前尚未在航空移动业务上应用，正在升级改造）。机 载卫星通信应如何选择成为摆在各航空公司面前的难题。是选择成熟的传统 Ku 机载卫星通信解决方案，还是积极试验，等待 Ka/Ku HTS 成熟？国内目前可落地的机载卫星通信系统包括 L 波段的海事卫星通

16、信系统和 Ku 波段的宽带卫星 通信系统。海事 GXpress 第四颗卫星（覆盖我国）预计今年下半年发射，但是否能在我国落 地尚未确认；我国最早 Ka 商用卫星“中星 16 号”预计 2017 年发射，中国最早的 Ku HTS 商用卫星预计 2018 年发射。考虑到民航局对 AOC 语音通信适航要求，如果选用 L 频段海事卫星方案，充分利用其 SBB 链路为客舱 Wi-Fi 寻找一条窄带天地互联链路解决 IM 等文本通信需求，不失是一种很好的 选择。对于宽带天地互联链路技术选择，考虑到监管政策、技术选择、带宽资源、机载硬件、改装 和流量的投资收益率在目前还存在一定风险， 也是先期开展试运行的关键原因， 当前进行选 择规模装机决策，均存在选择性风险。与