Ku波段、Ka波段

发布于:2023-01-04 ⋅ 阅读:(2043) ⋅ 点赞:(1)

一、历史趣闻

C波段、L波段、Ku波段、Ka波段等,都属于我们常说的微波波段。微波,是整个电磁波的一部分。

微波波段的最早命名记录,可以追溯到二战时期。

大家都知道,德国人占领欧洲大陆之后,想通过空中闪击战让英国屈服。英国为了对抗德国的空袭,建立了大量的雷达站。

雷达,就是英文Radar的音译,源于radio detection and ranging的缩写,意思是"无线电探测和测距"。

  • 最早用于搜索目的的雷达,电磁波波长是23cm(后来改为22cm),英国人将其定义为L波段。L,是英文“Long”的开头字母。L波段,也就是长波波段。

  • 后来,工程师们又搞出了波长为10cm的雷达,定义为S波段。S,是“short”的开头字母。没错,S波段就是短波,比长波“短一点”的波。

  • 再后来,3cm波长的雷达出现了。这种雷达专门用于火控(fire control)瞄准,所以被称为X波段。X,就是来自于瞄准镜的那个“准心”,也代表坐标上的某个点。S波段和X波段的雷达,在军舰上被广泛使用。S波段雷达一般作为中距离的警戒雷达和跟踪雷达。X波段雷达一般作为短距离的火控雷达。

  • 为了结合X波段和S波段雷达的特点,科研人员搞出了波长为5cm的雷达,称之为C波段。C就是单词Compromise的开头字母,“结合”的意思。

  • 眼瞅着英国人的雷达那么厉害,德国人也开始独立开发自己的雷达。他们选择了1.5cm,作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波,就被称为K波段(K = Kurtz,德语“短”的意思)。

很不幸的是,德国人发现K波段的电磁波很容易被水蒸气吸收,所以不能在雨雾天气使用。

  • 为了避免这一问题,德国人开始使用比K波段更长或者更短的电磁波作为雷达工作波。比K波段波长略长的,叫做Ku波段(Ku,即英语K-under的缩写,意为在K波段之下)。比K波段波长略短的,叫做Ka波段(Ka,即英语K-above的缩写,意为在K波段之上)。

差点忘了,最早的雷达还大量使用过米波,被称为P波段(P为Previous的缩写,即英语“以往”的字头)。后来, 这些源于雷达的波段叫法,进一步延伸到卫星、微波、广播电视等通信领域,成为行业的惯用叫法。

基于这些波段叫法,IEEE(电气和电子工程师协会)进行了规范的统一,如下:


二、Ku波段介绍

根据IEEE 521-2002标准,Ku波段是指频率在12-18GHz的无线电波波段。Ku即“K-under”(德語:Kurz-unten),表示比IEEE 521-2002标准下的K波段的频率低。

在太空,Ku波段可用作卫星之间的通信波段,如国际空间站和航天飞机通信用的跟踪与数据中继卫星(TDRS)也有使用Ku波段。在卫星广播领域里,Ku波段是一个常用的波段

1)优点

在卫星电视广播中,接收Ku波段数字卫星信号的天线口径较C波段小。假设天线的口面效率为60%,直径为1m的天线工作在波长为25mm的Ku波段时,能够达到的增益为39.8dB;而在同一地点在同样口面效率的条件下工作在波长为75mm的C波段时,要达到同样增益的情况,则需要直径为3m的天线[1]。

2)缺点

当电波穿透大气层进入降雨或降雪区域时,雨滴或雪花对电波产生吸收和散射,造成或多或少的雨致衰减或雪致衰减,简称雨衰或雪衰。因为Ku波段的最大波长为2.5cm,与雨滴或雪花的线度接近,所以Ku波段受雨衰和雪衰的影响比较大。而降雨量越大,衰减越大,降雪的时候,一部分的雪会在空中形成雨滴,又会加剧衰减的程度。


三、Ku波段与Ka波段对比

Ka频段的缺点是雨衰较大,对器件和工艺的要求较高。在Ka频段频音下,Ka用户终端的天线尺寸主要不是受制于天线增益,而是受制于抑制来自其它系统干扰的能力。 KU波段是直播卫星频段。KU波段是指比IEEE 521-2002标准下的K波段频率低的波段,KU的频段通常下行从10.7到12.75GHz,上行从12.75到18.1GHz。

区别:

  1. 频率资源不同,ku可用带宽没有ka多

  2. 天线增益不同,决定了ka可以用更小口井

  3. 抗雨衰能力不同,频率越高抗雨衰能力越差

  4. 卫星设计不同,国际上流行的ka卫星都用点波束设计,在同一卫星下需要波束切换。ku一般都是大波束,同一卫星下不用切换

  5. 点波束可以波束复用,带宽使用率增加,所以ka单位带宽成本降低

  6. 卫星公司的运营方式不同,ku往往是租MHz,用户自建平台。ka是租Mbps,用户只买终端入网。


参考文献

  1. 一文看懂电磁波的波段命名—C波段、L波段、X波段、S波段、Ku波段、Ka波段……究竟是怎么来的?
  2. Ku波段-维基百科
  3. 卫星通信中, Ka波段和Ku波段有什么区别?
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