MBTT天线对卫星通信测试的应用

可重新配置的天线可以在与军事和商业应用相关的多个无线电频段上发送和接收信号。

保护多频段测试终端的天线罩 - 麻省理工学院林肯实验室大楼屋顶上的大型天线 - 在夜间亮起。

在麻省理工学院林肯实验室大楼的屋顶上，有一个38英尺宽的圆顶形无线电天线外壳或天线罩。在不受新英格兰天气影响的气候控制环境中，钢结构支撑着20，000磅，直径20英尺的卫星通信（SATCOM）天线。天线 - 称为多频段测试终端（MBTT） - 每秒可以旋转15度，在24秒内完成一圈。在这个速度下，MBTT可以探测和跟踪中低地球轨道上的卫星（中低是指卫星绕地球运行的高度）。在2017年安装MBTT之前，实验室依靠各种较小的天线进行SATCOM测试，包括空中Ka波段测试终端或OTAKaTT。与直径近八英尺的OTAKaTT天线相比，MBTT的灵敏度提高了七倍。与其前身不同，MBTT，顾名思义，旨在轻松重新配置，以支持用于军事和商业卫星卫星通信系统的多个射频（RF）频段。

“作为比OTAKaTT更大，更强大，更灵活的测试资产，MBTT是实现先进卫星通信技术开发的游戏规则改变者，”林肯实验室高级卫星通信系统和运营小组的技术人员Brian Wolf说。

沃尔夫参与了2017年MBTT的安装和初始调试。然后，他领导MBTT通过了美国陆军太空和导弹防御司令部的严格认证过程，该认证程序于2019年完成，证明天线的发射和接收性能足以使其在宽带全球卫星通信（WGS）系统上运行。WGS由美国国防部（DoD）拥有和运营的10颗卫星组成，在地球上的各个点之间提供高数据速率的连接。自 2019 年以来，沃尔夫一直担任拥有 MBTT 的项目的首席研究员，支持美国太空部队受保护的抗干扰战术卫星通信 （PATS） 能力的发展。

多频段测试终端（MBTT）和受保护的抗干扰战术卫星通信（PATS）开发团队聚集在MBTT天线罩内。 “PATS正在开发通过WGS以及商用转发器卫星和具有专用机载PTW处理的新型卫星提供受保护战术波形（PTW）服务的能力，”沃尔夫说。 正如 Wolf 所解释的那样，波形是两个调制解调器通信时在它们之间传输的信号，而 PTW 是一种特殊的波形，旨在提供高度安全、抗干扰的通信。干扰是指通信信号受到干扰时——无论是友军意外干扰（例如，友军可能配置错了他们的卫星通信设备并以错误的频率传输），还是对手故意阻止通信。林肯实验室于2011年开始开发PTW，为最初的设计和系统架构做出了贡献。在此后的几年中，该实验室参与了原型设计和测试工作，以帮助行业成熟的调制解调器来处理波形。

工作人员最初将MBTT设想为PTW的测试资产。在实验室内，MBTT的正下方是一个PTW开发实验室，研究人员可以直接连接到天线进行PTW测试。

PTW的设计目标之一是灵活地在与卫星通信相关的各种RF频段上运行。这意味着研究人员需要一种方法来测试这些频段上的PTW。MBTT旨在支持SATCOM的四个常用频段，其频率范围从7 GHz到46 GHz：X，Ku，Ka和Q。但是，MBTT将来可以通过设计额外的天线馈电（将天线连接到RF发射器和接收器的设备）进行调整以支持其他频段。

要在支持的不同 RF 频段之间切换，必须使用新的天线馈送重新配置 MBTT，该馈电将信号发射到天线天线和射频处理组件上并从天线天线和射频处理组件收集信号。不使用时，天线馈电和其他射频组件存储在位于天线主平台下方的 MBTT 指挥中心。饲料有多种尺寸，最大的长度为200英尺，重近<>磅。

为了将一个进给换成另一个进给，天线罩内的起重机用于提升、松开和移除旧进给;然后，第二台起重机将新的进料提升到位。不仅需要更换天线正面的馈电;天线背面的所有射频处理组件（例如用于增强卫星信号的高功率放大器和用于将射频信号转换为更适合数字处理的较低频率的下变频器）也需要更换。熟练的技术人员团队可以在四到六个小时内完成此过程。在科学家进行任何测试之前，技术人员必须校准新饲料以确保其正常运行。通常，他们将天线指向已知以特定频率广播的卫星并收集接收测量值，并将天线直接指向自由空间以收集传输测量值。

实验室技术员John Boughner（前景）在MBTT初始安装期间协助两名通用动力工程师安装新的天线馈电。

自安装以来，MBTT支持了涉及PTW的各种测试和实验。在2015年至2020年的PTW调制解调器原型设计工作受保护的战术服务现场演示期间，实验室对几颗卫星进行了测试，包括EchoStar 9商业卫星（在全国范围内提供宽带卫星通信服务，包括卫星电视）和国防部运营的WGS卫星。2021 年，该实验室使用其 PTW 调制解调器原型作为终端调制解调器，使用 Inmarsat-5 卫星对受保护的战术企业服务（波音在 PATS 计划下开发的地面 PTW 处理平台）进行了空中测试。实验室再次使用Inmarsat-5测试原型企业管理和控制系统，以实现弹性，不间断的卫星通信。在这些测试中，实验室的PTW调制解调器原型机在737飞机上飞行，通过Inmarsat-5通信回MBTT。

Inmarsat-5提供适用于PTW的军用Ka波段转发服务，以及名为Global Xpress的商业Ka波段服务。通过飞行测试，能够在多个SATCOM路径上展示弹性的端到端网络连接，包括军用Ka波段的PTW和商业SATCOM服务。这样，如果一条卫星通信链路运行不佳——也许它挤满了太多用户，带宽不足，或者有人试图干扰它——你可以切换到备用辅助链路。

SES为林肯实验室带来了用于PTW测试的中地球轨道跟踪天线。

在 2021 年的另一次演示中，实验室使用 MBTT 作为模拟干扰源，在 SES 公司拥有的中地球轨道卫星星座 O3b 上测试 PTW。正如Wolf所解释的那样，SES提供了许多自己的终端天线设备，因此，在这种情况下，MBTT作为模拟各种类型干扰的测试工具很有帮助。这些干扰的范围从错误配置的用户以错误的频率传输到模拟其他国家可能部署的高级干扰策略。

MBTT还支持由美国太空部队下属的太空系统司令部领导的国际外展工作，以将PATS能力扩展到国际合作伙伴。2020年，该实验室使用MBTT在SkyNet 5C上展示了X波段的PTW，SkyNet <>C是为英国武装部队和北大西洋公约组织（NATO）联盟部队提供服务的军事通信卫星。

MBTT通过光纤链路连接到整个实验室的研究设施，还支持非PTW测试。工作人员已经测试了新的信号处理技术，以抑制或消除干扰器的干扰，信号检测和地理定位的新技术，以及将PTW用户连接到其他国防部系统的新方法。

在未来几年，实验室期待与国防部的更多用户社区进行更多测试。随着PTW达到运营成熟度，MBTT作为参考终端可以支持供应商系统的测试。随着具有机载PTW处理功能的PTS卫星进入轨道，MBTT可以为早期在轨检查，测量和表征做出贡献。

编辑：黄飞