MBTT天線對衛星通信測試的應用

可重新配置的天線可以在與軍事和商業應用相關的多個無線電頻段上發送和接收信號。

保護多頻段測試終端的天線罩 - 麻省理工學院林肯實驗室大樓屋頂上的大型天線 - 在夜間亮起。

在麻省理工學院林肯實驗室大樓的屋頂上，有一個38英尺寬的圓頂形無線電天線外殼或天線罩。在不受新英格蘭天氣影響的氣候控制環境中，鋼結構支撐著20，000磅，直徑20英尺的衛星通信（SATCOM）天線。天線 - 稱為多頻段測試終端（MBTT） - 每秒可以旋轉15度，在24秒內完成一圈。在這個速度下，MBTT可以探測和跟蹤中低地球軌道上的衛星（中低是指衛星繞地球運行的高度）。在2017年安裝MBTT之前，實驗室依靠各種較小的天線進行SATCOM測試，包括空中Ka波段測試終端或OTAKaTT。與直徑近八英尺的OTAKaTT天線相比，MBTT的靈敏度提高了七倍。與其前身不同，MBTT，顧名思義，旨在輕松重新配置，以支持用于軍事和商業衛星衛星通信系統的多個射頻（RF）頻段。

“作為比OTAKaTT更大，更強大，更靈活的測試資產，MBTT是實現先進衛星通信技術開發的游戲規則改變者，”林肯實驗室高級衛星通信系統和運營小組的技術人員Brian Wolf說。

沃爾夫參與了2017年MBTT的安裝和初始調試。然后，他領導MBTT通過了美國陸軍太空和導彈防御司令部的嚴格認證過程，該認證程序于2019年完成，證明天線的發射和接收性能足以使其在寬帶全球衛星通信（WGS）系統上運行。WGS由美國國防部（DoD）擁有和運營的10顆衛星組成，在地球上的各個點之間提供高數據速率的連接。自 2019 年以來，沃爾夫一直擔任擁有 MBTT 的項目的首席研究員，支持美國太空部隊受保護的抗干擾戰術衛星通信 （PATS） 能力的發展。

多頻段測試終端（MBTT）和受保護的抗干擾戰術衛星通信（PATS）開發團隊聚集在MBTT天線罩內。 “PATS正在開發通過WGS以及商用轉發器衛星和具有專用機載PTW處理的新型衛星提供受保護戰術波形（PTW）服務的能力，”沃爾夫說。 正如 Wolf 所解釋的那樣，波形是兩個調制解調器通信時在它們之間傳輸的信號，而 PTW 是一種特殊的波形，旨在提供高度安全、抗干擾的通信。干擾是指通信信號受到干擾時——無論是友軍意外干擾（例如，友軍可能配置錯了他們的衛星通信設備并以錯誤的頻率傳輸），還是對手故意阻止通信。林肯實驗室于2011年開始開發PTW，為最初的設計和系統架構做出了貢獻。在此后的幾年中，該實驗室參與了原型設計和測試工作，以幫助行業成熟的調制解調器來處理波形。

工作人員最初將MBTT設想為PTW的測試資產。在實驗室內，MBTT的正下方是一個PTW開發實驗室，研究人員可以直接連接到天線進行PTW測試。

PTW的設計目標之一是靈活地在與衛星通信相關的各種RF頻段上運行。這意味著研究人員需要一種方法來測試這些頻段上的PTW。MBTT旨在支持SATCOM的四個常用頻段，其頻率范圍從7 GHz到46 GHz：X，Ku，Ka和Q。但是，MBTT將來可以通過設計額外的天線饋電（將天線連接到RF發射器和接收器的設備）進行調整以支持其他頻段。

要在支持的不同 RF 頻段之間切換，必須使用新的天線饋送重新配置 MBTT，該饋電將信號發射到天線天線和射頻處理組件上并從天線天線和射頻處理組件收集信號。不使用時，天線饋電和其他射頻組件存儲在位于天線主平臺下方的 MBTT 指揮中心。飼料有多種尺寸，最大的長度為200英尺，重近<>磅。

為了將一個進給換成另一個進給，天線罩內的起重機用于提升、松開和移除舊進給;然后，第二臺起重機將新的進料提升到位。不僅需要更換天線正面的饋電;天線背面的所有射頻處理組件（例如用于增強衛星信號的高功率放大器和用于將射頻信號轉換為更適合數字處理的較低頻率的下變頻器）也需要更換。熟練的技術人員團隊可以在四到六個小時內完成此過程。在科學家進行任何測試之前，技術人員必須校準新飼料以確保其正常運行。通常，他們將天線指向已知以特定頻率廣播的衛星并收集接收測量值，并將天線直接指向自由空間以收集傳輸測量值。

實驗室技術員John Boughner（前景）在MBTT初始安裝期間協助兩名通用動力工程師安裝新的天線饋電。

自安裝以來，MBTT支持了涉及PTW的各種測試和實驗。在2015年至2020年的PTW調制解調器原型設計工作受保護的戰術服務現場演示期間，實驗室對幾顆衛星進行了測試，包括EchoStar 9商業衛星（在全國范圍內提供寬帶衛星通信服務，包括衛星電視）和國防部運營的WGS衛星。2021 年，該實驗室使用其 PTW 調制解調器原型作為終端調制解調器，使用 Inmarsat-5 衛星對受保護的戰術企業服務（波音在 PATS 計劃下開發的地面 PTW 處理平臺）進行了空中測試。實驗室再次使用Inmarsat-5測試原型企業管理和控制系統，以實現彈性，不間斷的衛星通信。在這些測試中，實驗室的PTW調制解調器原型機在737飛機上飛行，通過Inmarsat-5通信回MBTT。

Inmarsat-5提供適用于PTW的軍用Ka波段轉發服務，以及名為Global Xpress的商業Ka波段服務。通過飛行測試，能夠在多個SATCOM路徑上展示彈性的端到端網絡連接，包括軍用Ka波段的PTW和商業SATCOM服務。這樣，如果一條衛星通信鏈路運行不佳——也許它擠滿了太多用戶，帶寬不足，或者有人試圖干擾它——你可以切換到備用輔助鏈路。

SES為林肯實驗室帶來了用于PTW測試的中地球軌道跟蹤天線。

在 2021 年的另一次演示中，實驗室使用 MBTT 作為模擬干擾源，在 SES 公司擁有的中地球軌道衛星星座 O3b 上測試 PTW。正如Wolf所解釋的那樣，SES提供了許多自己的終端天線設備，因此，在這種情況下，MBTT作為模擬各種類型干擾的測試工具很有幫助。這些干擾的范圍從錯誤配置的用戶以錯誤的頻率傳輸到模擬其他國家可能部署的高級干擾策略。

MBTT還支持由美國太空部隊下屬的太空系統司令部領導的國際外展工作，以將PATS能力擴展到國際合作伙伴。2020年，該實驗室使用MBTT在SkyNet 5C上展示了X波段的PTW，SkyNet <>C是為英國武裝部隊和北大西洋公約組織（NATO）聯盟部隊提供服務的軍事通信衛星。

MBTT通過光纖鏈路連接到整個實驗室的研究設施，還支持非PTW測試。工作人員已經測試了新的信號處理技術，以抑制或消除干擾器的干擾，信號檢測和地理定位的新技術，以及將PTW用戶連接到其他國防部系統的新方法。

在未來幾年，實驗室期待與國防部的更多用戶社區進行更多測試。隨著PTW達到運營成熟度，MBTT作為參考終端可以支持供應商系統的測試。隨著具有機載PTW處理功能的PTS衛星進入軌道，MBTT可以為早期在軌檢查，測量和表征做出貢獻。

編輯：黃飛

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