Проект QV-LIFT

Новости


23.01.2019

Проект QV-LIFT

Существующая парадигма высокопроизводительных спутников (HTS) направлена на поддержку так называемой «Terabit связности», выдвигая тем самым требования к радикальным изменениям технологий спутниковой связи.
Базовым принципом предполагаемых будущих систем HTS является работа «за пределами частот Ka-диапазона». Группа Q/V диапазонов частот (около 40 ГГц для нисходящей линии связи и 50 ГГц для восходящей линии связи) привлекают непосредственное внимание, так как они предлагают значительно более широкую полосу пропускания линий связи. Более того, Q / V диапазон предлагает выгодные реализации для конкретных сегментов спутниковой связи, требующих высоких скоростей передачи данных, таких как спутниковая связь для авиации.
16 ноября 2016 года стартовал проект QV-LIFT, направленный на разработку аппаратных и программных компонентов для будущего освоения Q / V диапазона радиочастот. Проект продлится около 3 лет, и будет задействовать спутниковый ресурс Q / V диапазона компании Inmarsat на спутнике Alphasat (Inmarsat-4A F4).
Наземная система QV-LIFT включает в себя существующие и действующие земные станции, принадлежащие Итальянскому Космическому Агентству, в также новые строящиеся системы. Новые системы состоят из мобильного терминала TX / RX и более крупная стационарная станция, полностью разработанная консорциумом проекта.
В настоящее время консорциум разрабатывает основные базовые блоки для данных спутниковых систем:

Малошумящий MMIC усилитель V-диапазона
Твёрдотельный усилитель мощности SSPA V диапазона
BUC V-диапазона
LNB в Q-диапазоне
Приёмопередающие антенны Q/V-диапазонов для мобильных терминалов
Приёмопередающие антенны Q/V-диапазонов для стационарных станций
Системы позиционирования и трекинга для мобильных и стационарных антенн

Для реализации вышеуказанного оборудования, необходимо использование современных и высокотехнологичных технологий в частности, MMIC основаны на недавно представленной компанией OMMIC технологии GaN для которой передача мощности осуществляется через металлический волноводный делитель/сумматор для обеспечения SSPA высокой мощности.
LNB разрабатываются на основе малошумящего GaAs LNA производимого компанией OMMIC.
Для мобильного терминала используются двухзеркальные антенны со смещением в осевом направлении. Основная задача проектирования данных антенн, является увеличение эффективности её апертуру более чем 70%, что обеспечивает хорошую производительность как в восходящей, так и в нисходящей линии связи.
Для фиксированной станции используются антенны с отражателем диаметром 1,5 метра.
Из-за необходимости работы в высоком частотном диапазоне, антенны требуют высокоточных систем наведения. По этой причине консорциум разрабатывает две системы наведения, 3ёх осевую для антенны мобильного терминала и 2-осевую для фиксированной антенны 1,5 м.

  1. SSPA, BUC и LNB
В основе SSPA лежит усилитель MMIC GaN, разработанный в рамках проекта QV-LIFT. Он базируется на GaN технологии, разработанной компанией OMMIC.

Ширина полосы пропускания 47,2 – 50,2 ГГц
Выходная мощность P2dB 37 дБм (5 Вт)
Выходная мощность PSat 39 дБм (8 Вт)
Коэффициент усиления >16 дБ
Неравномерность АЧХ +-1,5 дБ
Эффективность 20%

MMIC реализуется на процессоре Ommic D01GH - 100 нм, а также 60-нм D006GH.
Результаты моделирования усиления, выходной мощности, мощности питания и эффективности показана на рисунке ниже для трех уровней компрессии (1 дБ, 2 дБ, 3 дБ).

ris-1.png

SSPA собирается на базе 4 MMIC. Мощности делится и складывается с использованием структура 4X1 (1X4) металлических волноводов T-magic обладающих низкими потерями

ris-2.png

Система объединения / деления мощности предназначена для перекрытия полосы пропускания от 47,2 до 50,2 ГГц.
Общая структура BUC показана на рисунке ниже. Ожидаемое общее усиление остается близким к 60 дБ, а целевое значение выходной мощности составляет 15 Вт. Для BUC используется коаксиальный вход и выход WR22. Размеры BUC’а около 200 мм X 75 мм X 50 мм.

ris-3.png

На следующем рисунке показана блок-схема LNB Q-диапазона.

ris-4.png

LNB основан на LNA CGY2122XUH / C2, разработанного компанией OMMIC со значением показателя NF = 1,5 дБ. LNB работает в полосе частот от 37,5 ГГц до 42,5 ГГц с усилением > 59 дБ. Коэффициент шума составляет 3 дБ. Размеры LNB составляют 100 мм Х 70 мм Х 50 мм.

2. Антенны
Анализ показателей бюджета линии связи указывает на необходимость применение высокоэффективных антенн. В частности, учитывая необходимость запаса на линии в 2,5 дБ, необходимы антенны с показателями G / T> 14 дБ / К и ЭИИМ > 56 дБВт.
По результатам анализа антенн диаметром 45 см и 60 см, а также BUC и LNB, представленных в предыдущем разделе следует вывод, что проектируемая антенна должна иметь значение коэффициента использования поверхности 70%, которое может быть достигнуто с использованием осевых смещенных отражателей, которые могут поддерживать очень хорошие характеристики в широком диапазоне частот.
На рисунке показана диаграмма излучения антенны 45 см на частотах 37,5 ГГц (RX) и 48,5 ГГц (TX).

ris-5.png

ris-6.png

На графике также указывается максимальный достигнутый коэффициент усиления, который составляет 43,82 дБ в RX и 45,5 дБ в TX, которые соответствуют значению КИП, близкой к 80%. С заданными характеристиками антенна способна работать в диапазоне частот от 37 ГГц до 50 ГГц.
Аналогичные результаты достигаются для антенны 60 см, которая показывает 45,9 дБ в RX и 47,7 дБ в TX.
1,5 м антенна в настоящее время находится в стадии разработки, но предварительные результаты показывают значение КИП около 60%, которого уже достаточно, чтобы закрыть требуемый бюджет линии связи благодаря большему размеру антенны.

3. Система наведения
В настоящее время разрабатываются две высокоточные системы трекинга. Первая из них для мобильного терминала, которая должна обеспечить высокую стабильность системы в движении. Система стабилизации спроектирована со следующими характеристиками:
Параметры мобильной антенны
Скорость мониторинга: ≤ 30 град/с
Скорость поворота: ≤ 30 град/с
Скорость поворота в вертикальной плоскости: ≤ 30 град/с
Ускорение при мониторинге : ≤ 40 град/с ²
Ускорение в повороте: ≤ 40 град/с ²
Ускорение в вертикальной плоскости: ≤ 40 град/с ²
Скорость по широте (Vx): ≤ 250 м/с
Скорость по долготе (Vy): ≤ 30 м/с
Вертикальная скорость (Vz): ≤ 50 м/с
Ускорение по широте: ≤ ± 15 м/с²
Ускорение по долготе: ≤ ± 15 м/с²
Ускорение в вертикальном направлении: ≤ ± 20 м/с²

Параметры фиксированной антенны
Оси моторизации 2+1 (азимут, элевация + угол места)
Погрешность наведения < 0.1°
Диапазон по азимуту 0° ÷ 360°
Диапазон по элевации 0° ÷ 90°
Диапазон по углу места -90° ÷ +90°

4. Выводы
QV-LIFT - это проект, финансируемый ЕС в рамках программы H2020, целью которого является реализация всех программных и аппаратных блоков для наземного сегмента для будущих спутниковых линий диапазона Q / V.
В этой статье мы представлены существующие аппаратные разработки, которые включают блоки РЧ и слежения и системы наведения.
В настоящее время данная технология развивается и многие компании представляют свои наработки в Q/V диапазоне и в скором времени, его использование, мы надеемся, будет повсеместным.


Возврат к списку