Q/V頻段技術(shù)

Q/V 頻段，是指 Q 頻段和 V 頻段兩個(gè)電磁波區(qū)段。Q 頻段頻率范圍在 40 ～ 50GHz，V 頻段頻率范圍在 50 ～ 75GHz。這是民用衛(wèi)星通信目前使用的最高頻段。與衛(wèi)星通信此前常用的 C 頻段、Ku 頻段和 Ka 頻段相比，Q/V 頻段的頻率范圍更大。主要衛(wèi)星通信頻段分配見表1。

表1 主要衛(wèi)星通信頻段分配

可以發(fā)現(xiàn)，Q/V 頻段的頻率寬度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他頻段，可為寬帶互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供良好的資源基礎(chǔ)。另外，Q/V 頻段在地球靜止軌道衛(wèi)星上很少使用，也降低了高軌道衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星發(fā)生干擾的可能性。但正是因?yàn)榇饲昂苌偈褂?Q/V 頻段，帶來了應(yīng)用技術(shù)不成熟、關(guān)鍵器件需要從底層開始研發(fā)等問題。而且 Q/V 頻段有一個(gè)比較大的問題，就是雨衰比 Ka 頻段更加嚴(yán)重。根據(jù)波長與頻率之間的關(guān)系，可以推算，Q 頻段的電磁波波長是 6 ～ 10mm，V 頻段的電磁波波長是 4 ～ 6ms。

可想而知，降雨對 Q/V 頻段的影響要比其他頻段更嚴(yán)重一些。特別是在降雨比較多的南方，如果不采取有效措施，Ka 頻段會發(fā)生通信中斷的問題，同樣條件下，Q/V 頻段發(fā)生信號中斷的風(fēng)險(xiǎn)更大。

衛(wèi)星要獲得強(qiáng)大的功率，離不開一個(gè)重要設(shè)備—功率放大器。衛(wèi)星一般采用行波管功率放大器，該放大器具有高效率、高功率、抗宇宙射線等優(yōu)點(diǎn)。行波管的原理，是通過電子注和微波場的相互作用，把輸入信號的功率大幅度放大。目前各種通信衛(wèi)星都采用行波管功率放大器。

Q/V 頻段行波管的研制起步時(shí)間很晚，因此產(chǎn)品種類比較少。在國外，美國 L3 公司和法國泰雷茲集團(tuán)經(jīng)過 10 多年的研究，各自推出了自己的產(chǎn)品。美國 L3 公司產(chǎn)品的最大輸出功率甚至達(dá)到了 240W，泰雷茲集團(tuán)產(chǎn)品的最大輸出功率達(dá)到了 160W。歐洲研制的衛(wèi)星 Q/V 頻段通信試驗(yàn)載荷（內(nèi)含泰雷茲集團(tuán)生產(chǎn)的行波管放大器）如圖1 所示。中國研制 Q/V 頻段行波管的起步時(shí)間更晚，北京真空電子技術(shù)研究所在 2019 年成功研制了 20W 的 Q/V 頻 段 行 波 管，目前正在研制功率更大的 Q/V頻段行波管。

歐洲研制的衛(wèi)星Q/V頻段通信試驗(yàn)載荷

（內(nèi)含泰雷茲集團(tuán)生產(chǎn)的行波管放大器）

Q/V 頻段行波管在設(shè)計(jì)和制造上都有很大難度。在設(shè)計(jì)方面，行波管內(nèi)部的工作電壓很高，甚至能達(dá)到 10 000V，由此引發(fā)了一系列困難。在制造方面，Q/V 頻段行波管的一些關(guān)鍵零件尺寸小、制造難度大、容易變形，需要開發(fā)全新的制造工藝。

迄今為止，已經(jīng)有波音公司等多家企業(yè)提出了 Q/V 頻段的星座計(jì)劃。中國的銀河航天（北京）科技有限公司在 2019 年年底研制出一顆通信能力可達(dá)到 10Gbit/s 的 5G 低軌寬帶衛(wèi)星，這是全球首顆 Q/V 頻段的低軌寬帶衛(wèi)星。

星座完全部署之后，用戶能享有更充足的衛(wèi)星通信帶寬，甚至能夠達(dá)到 5G 標(biāo)準(zhǔn)也不是不可能的。

----摘自《衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng) 助力新基建的硬科技 》