揭开“2Ku”技术神秘的面纱

仲志勇 谢 鹰

（深圳市多尼卡电子技术有限公司 518052）

揭开“2Ku”技术神秘的面纱

仲志勇 谢 鹰

（深圳市多尼卡电子技术有限公司 518052）

1 引言

近两年来，航空天地互联技术炙手可热，ATG、Ku是“你方唱罢我登场”各航空公司聚焦天地互联技术开展了各种技术试验，当然还有美国Ka（Viasat提供服务）、海事卫星GXpress（采用Ka技术）等Ka新的号称能提供两倍以上Ku天地互联带宽的方案，ATG技术由于涉及频率许可问题，2015年来较为沉寂，反而是Ku技术由于在东航、南航、国航试验成功，风头正盛，目前传统Ku天地互联解决方案能提供30Mbps带宽，明显低于Ka技术（Viasat可提供70～100Mbps，海事可提供50Mbps），2015年以来，GoGo创新的推出“2Ku”解决方案，达到甚至超过Ka天地互联带宽，逐步成为航空公司关注焦点，在国际上也获得高达500架以上合同订单，成为天地互联解决方案的一颗新星。

那么，“2Ku”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，其机载系统的构成是什么样的，本期老鹰漫谈，帮你揭开“2Ku”神秘面纱。

2 “2Ku”是什么样的技术

2015年年初，Gogo宣布开始联合多家航空公司部署名为“2Ku”的下一代新技术。

“2Ku”使用Thin Kom Solutions生产的流线形特殊双天线，支持最大下行速率可达到70Mbps，它将通过Ku波段卫星上传和下载数据，随着HTS Ku卫星升级，“2Ku”速率有望进一步提升到100Mbps以上。相较传统的Ku波段解决方案，2Ku价格较低，效率翻倍，并会将成本减半。此外，它的天线为（4.5英寸高）低剖面天线，飞机阻力更小，因此油耗将有所下降。Gogo预计该技术将于2015年下半年投入商用航空领域，如图1所示。

图1

那么，2Ku卫星通信技术到底具备哪些技术特点，其机载系统的构成是什么样的，下面对此进行浅显的概述。

3 “2Ku”技术特点

根据Gogo的2Ku手册和介绍材料，以及BruceR.Elbert的2Ku白皮书，不难发现2Ku技术具备如下技术特点：

（1）可以达到超过70Mbps的数据传输速度。如果使用下一代高吞吐量点波束卫星（HTS），速度可以达到100Mbps。

（2）使用ThinKom提供的、收发分开的两部天线，通过不同频率进行收发。

（3）比传统天线具备更高增益/效率，是其它传统天线的2倍频谱效率，可以以更低成本提供更高数据吞吐量。

（4）由于天线比传统天线剖面更加扁平，所以可以使用阻力更小的流线型雷达罩，有利于降低飞机燃油消耗。

（5）比传统Ku天线少了很多机械作动部件，比如步进马达、皮带、齿轮等，因此提高了部件可靠性、降低了总成本。

（6）极大降低了低纬度地区邻星干扰的影响，“2Ku”天线可以向同步卫星轨道发射窄波束以避免相邻卫星的信号干扰。（注：静止通信卫星的轨位间距通常在2～2.5°之间，工作频段相同的两颗邻星多半有共同的地面服务区。由于天线波束具有一定的宽度，地面发送天线会在指向邻星的方向上产生干扰辐射（上行邻星干扰），地面接收天线也会在邻星方向上接收到干扰信号（下行邻星干扰）），如图2所示。

图2

（7）同时兼容传统宽波束Ku卫星和下一代高吞吐量点波束卫星，提高在同一区域内单个卫星失效的互余度，同时减少设备持续更新换代的成本。

4 “2Ku”与Ku对比分析

“2Ku”比传统Ku天线技术具备性能优势的主要原因为：

（1）采用了可变倾角连续断面节阵列（VICTS）相控阵天线技术。该技术是在平板波导上连续开贯通的横向缝并在横向缝上加枝节实现辐射的天线，采用这种技术的天线具有很高的馈电效率和口径效率，是高增益天线一个极为重要的方向。

（2）收发天线分开可以使得对星角度更加精确。如果发射和接收是同一根天线，由于天线的接收频率和发射频率不同，以及True Time Delay现象（即不同的频率会导致不同的相位），则导致相控阵天线的接收角度和发射角度（一般指机载卫星天线水平角度）不相同。在同一时刻，天线要么对准接收、要么对准发射，无法同时即对准接收又对准发射，会降低天线的接收或发射效率。而“2Ku”天线，接收和发射天线单独工作，正好同时即对准接收又对准发射，此时的天线接收性能和发射性能都达到最优，最大化了天线的接收或发射效率，thinkom“2Ku”原理介绍文中称有5～8倍的带宽提升。

（3）“2Ku”天线应用了新高频头技术，也是性能提高的原因之一。Thinkom“2Ku”天线采用了基于（packaged discrete）技术的低噪声的高频头LNB器件，使得thinkomKu天线的增益比普通的基于（integrated MMIC）技术高频头LNB的Ku天线的增益高出4～5.5dB（根据香浓定理R=B×log2（1+S/N以及天线尺寸越大，接收效果越好：增益×带宽×体积=常数的原理），4dB信噪比S/N的提升能带来1.812246倍的速率提升。

5 “2Ku”机载系统组成

2Ku机载系统构成如图3所示（包括舱内Wi-Fi设备）：

图3

2Ku机载系统主要由天线、天线控制组件（KANDU）、高功放大器（KRFU）、Modman等组成，总重量50kg左右。

另外，2Ku天线组件尺寸大约2m长×1m宽（单个收或发天线圆盘尺寸为0.91m）。为此，Gogo提供了两种不同的雷达罩安装方式供客户选择：满足ARINC791或不满足ARINC791标准。区别为：满足ARINC791标准的雷达罩带安装底盘，天线组件安装在底盘上，可以减少对机身结构的影响，但重量较大；不满足ARINC791标准的安装方式是将天线直接安装在机身结构上，对机身结构影响较大，但重量较轻。但无论哪种安装方式，雷达罩更加扁平，有利于降低飞机燃油消耗，如图4所示。

6 “2Ku”最新进展

图4

2015年8月底，Gogo宣布已经获得FAA在其B737-500测试飞机上2Ku技术STC最终批准，并声称今年年内实现客户交付。Gogo声称：截至目前为止，将在7架运输航空公司、超过500架飞机上安装2Ku。

TN92

A

1004-7344（2016）20-0256-02

2016-7-4