BLOS对流层散射通信入门

介绍

尽管对流层散射（对流层散射或对流）通信技术自 1950 年代以来一直存在，并在 1960 年至 2002 年期间被美国军方使用，但在对战术卫星通信 （Satcom） 可靠性的担忧之后，这种传统技术正在复兴。几十年来，卫星是一种可靠和安全的通信方式，为军队的每个部门提供战略服务。然而，随着非盟国技术的进步，卫星和卫星通信系统变得越来越脆弱。许多人再次寻求对流层散射技术，以帮助确保关键的语音和数据通信在全球范围内安全传输。

下面提供了对战术对流层散射通信的挑战和要求的见解，并进一步讨论了COTS硬件解决方案，这些解决方案可以缓解设计挑战并满足最新对流散射应用的要求。

对流层散射通信设计要求和挑战

对流层散射通信依赖于对流层中发射的信号散射，其中足够大的信号功率散射在等待接收器的方向上。与卫星通信信号非常相似，只有很小一部分信号能量到达接收器，大部分信号能量反射到整个大气层或被发送到太空。使用具有较大增益的高方向天线可以帮助减轻一些信号能量损失。然而，这也意味着发射天线和接收天线都需要精确对准指向对流层的同一区域，以便发送和接收信号以与称为公共散射体积的区域相交，在那里发生前向散射现象。

典型的对流层散射通信频率范围从数十兆赫兹到超过10 GHz，具体取决于所使用的技术。高频系统允许更小的天线和互连，以获得与低频对流散射系统相当的增益和性能。然而，更高频率的信号往往会在RF电路内和大气中遭受更大的损耗。因此，对流散射通信系统的尺寸和重量与成本和便携性之间存在权衡。

便携性是对流层散射通信系统的一个关键因素，因为该技术的主要应用是安装在陆地机动车辆上的可部署系统或易于由移动装置运输并部署在临时基地的系统。这些系统可能还需要在卫星通信或其他视线（LOS）通信故障的情况下作为替代或冗余系统快速部署。超视距（BLOS）通信，如卫星和对流散射系统，对于山区或丘陵景观阻碍LOS通信可靠使用的手术室至关重要。

因此，坚固性和可靠性也是新型对流散射系统的关键要求，除了卫星通信和其他目前使用的LOS通信系统之外，还可能包括这些系统。重量轻和体积小是最新的对流散射通信高度重视的其他因素，因为这些确实是必须存储，运输和/或安装在移动平台上的附加设备。

另一个需要考虑的因素是最新战术通信系统的吞吐量和带宽需求。传统的战术通信系统只需要几兆赫兹的带宽和吞吐量，只能达到每秒几兆比特（mbps），而作为整个国防部现代化工作一部分的最新战术通信系统需要数百兆赫兹的带宽和吞吐量达到每秒数百兆比特，以便与军用卫星系统相媲美。

为了达到高水平的吞吐量，对流层散射通信系统还需要具有低附加噪声和相位噪声的高性能RF器件，以最大限度地减少通过通信链路发送的调制信号的劣化。此外，为了最小化误差矢量幅度（EVM）并提供更高的动态范围，用于对流层散射系统的RF器件也必须具有高度线性。

Wolfspeed C 波段对流层散射解决方案

最新的对流散射通信系统要求给射频设计人员和供应商带来了巨大的挑战，同时需要重量轻、坚固耐用、可靠性、紧凑尺寸、高带宽、出色的电气性能和效率。幸运的是，Wolfspeed拥有完善的氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）功率放大器（PA）解决方案，其中包括CGHV1F025S。这种高效率和高增益晶体管可用于地面卫星通信应用，非常适合用于一系列BLOS、航空航天和卫星通信应用，包括对流散射。

CGHV1F025S 的工作频率范围为 DC 至 15 GHz，为对流散射天线和互连提供了尺寸和重量的良好平衡，同时提供频率能力，甚至可以为最新的战术通信系统提供服务，这些系统能够实现高吞吐量性能和频率捷变操作，该系统由采用直接数字合成 （DDS） 技术的软件定义无线电 （SDR） 提供支持。此外，该晶体管充分利用了潜在有限的电源，在 50 GHz 时的典型功率效率接近 9%。该晶体管的典型功率输出为 25 W，典型小信号增益为 11dB，采用 3 × 4mm 双扁平无铅塑料封装，非常节能。

赣语

CGHV1F025S作为对流散射通信放大器的可行性由最初为C波段卫星通信应用而设计的应用夹具CGHV1F025S-AMP4得到证明。CGHV1F025S-AMP4 由两个 CGHV1F025S 放大器和威尔金森合路器组成，工作频率范围为 4.4 GHz 至 5 GHz，总饱和输出功率为 50 W。该设计可实现超过 50% 的漏极效率和超过 13 dB 的小信号增益，EVM 不到 3%，峰均功率比 （PAPR） 偏移正交相移键控 （OQPSK） 信号低于 y-6.dB。

结论

Wolfspeed工程师努力的结果是一种放大器设计，使战术无线电系统能够在恒定幅度信号下运行，其性能特征是对流层散射通信应用所需的。Wolfspeed GaN HEMT 技术的尺寸、重量和坚固性是行业领先的，其他优势来自 CGHV1F025S 晶体管使用的 COTS 塑料封装样式。

审核编辑：郭婷