MIT强大的可重构天线让先进卫星通信测试成为可能

　　在麻省理工学院(MIT)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罩或称雷达罩。在这个气候控制的环境中，一个钢结构支撑着一个直径20英尺、重达20,000磅的卫星通信(SATCOM)天线，其屏蔽了新英格兰的天气。
　　据悉，该天线被称为多波段测试终端(MBTT)，每秒可旋转15度并在24秒内完成一次旋转。在这种速度下，MBTT可以探测和跟踪中、低地球轨道上的卫星。
　　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OTAKaTT（OTA Ka波段测试终端）。跟直径近8英尺的OTAKaTT天线相比，MBTT的灵敏度提高了7倍。并且跟它的前辈不同，MBTT被设计成可以轻松地重新配置，从而支持用于军事和商业卫星SATCOM系统的多个无线电频率(RF)波段。
　　Brian Wolf说道：＂作为一个比OTAKaTT更大、更强大、更灵活的测试资产，MBTT对于实现先进的SATCOM技术的发展是一个游戏规则的改变。＂据悉，他是林肯实验室先进卫星通信系统和运营组的一名技术工作人员。
　　Wolf在2017年参与了MBTT的安装和初始调试工作。随后，他带领MBTT通过了美国陆军空间和导弹防御司令部的严格认证程序，并于2019年完成证明该天线的发射和接收性能足以使其在宽带全球卫星通信(WGS)系统上运行的工作。
　　WGS是由美国国防部拥有和运营的10颗卫星组成的星座，在地球上各点之间提供高数据率的连接。自2019年以来，Wolf在一个拥有MBTT的项目中担任主要调查员并支持美国太空部队的保护性反干扰战术卫星通信(PATS)能力的发展。
　　Wolf说道：＂PATS正在开发通过WGS以及商业转发器卫星和新的国防部卫星提供受保护的战术波形(PTW)或服务的能力，这些卫星有专门的机载PTW处理。＂
　　正如Wolf所解释的那样，波形是两个调制解调器之间进行通信时传输的信号，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。林肯实验室于2011年开始开发PTW，这为最初的设计和系统架构做出了贡献。在此后的几年里，实验室参与了原型设计和测试工作，从而为工业界成熟处理波形的调制解调器提供了帮助。
　　＂我们的PTW调制解调器原型已被派往全美各地的工业场所，因此供应商在开发将在现实世界中部署的PTW系统时可以用它们进行测试，＂Wolf说道。预计2024年将具备通过WGS提供PTW服务的初始运营能力。
　　工作人员最初设想将MBTT作为PTW的一个测试资产。在MBTT的正下方是一个PTW开发实验室，研究人员可以直接与天线连接以进行PTW测试。
　　PTW的设计目标之一是灵活地在跟卫星通信相关的广泛的射频频段上运行。这意味着研究人员需要一种方法在这些频段上测试PTW。MBTT被设计为支持四个常用的SATCOM频段，频率范围从7GHz到46GHz。然而MBTT在未来可以通过设计额外的天线馈电来支持其他频段。
　　为了在不同支持的射频波段之间进行切换，MBTT必须重新配置新的天线馈线，从而将信号发射到天线盘上并从天线盘收集信号及射频处理组件。当不使用时，天线馈电和其他射频组件被储存在MBTT指挥中心，位于天线主平台的下方。馈电装置有一系列尺寸，最大的注册长度为6英尺，重近200磅。
　　要把一个馈线换成另一个馈线需要用天线罩内的起重机将旧的馈线吊起来、解开螺栓并将其拆下，然后用第二台起重机将新的馈线吊起来并放到合适的位置。除了天线前面的馈线，天线后面的所有射频处理部件也需要更换。一组熟练的技术人员可以在四到六个小时内完成这一过程。在科学家可以进行任何测试之前，技术人员必须校准新的馈电以确保其正常运行。通常情况下，他们将天线指向一个已知的以特定频率广播的卫星并收集接收测量数据，另外还将天线直接指向自由空间以收集传输测量数据。
　　自从安装以来，MBTT已经支持了一系列涉及PTW的测试和实验。在2015年至2020年的PTW调制解调器原型设计工作--受保护战术服务现场演示期间，实验室在几颗卫星上进行了测试，包括EchoStar 9商业卫星和国防部运营的WGS卫星。
　　2021年，实验室使用其PTW调制解调器原型作为终端调制解调器，对受保护的战术企业服务--波音正在PATS计划下开发的地面PTW处理平台--跟Inmarsat-5卫星进行空中测试。实验室再次使用Inmarsat-5卫星测试了一个原型企业管理和控制系统以实现弹性的、不间断的SATCOM。在这些测试中，PTW调制解调器原型在一架737飞机上飞行，通过Inmarsat-5与MBTT进行通信。
　　Wolf解释道：＂Inmarsat-5提供适用于PTW的军用Ka波段转发器服务以及名为Global Xpress的商业Ka波段服务。通过飞行测试，我们能够展示跨越多个SATCOM路径的弹性端到端网络连接，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畅--也许它被太多的用户拥堵，带宽不够，或有人试图干扰它--那么你可以切换到备用的二级链路。＂＂
　　在2021年的另一个演示中，实验室采用MBTT作为模型干扰源，在O3b上测试PTW，这是一个由SES公司拥有的中地球轨道卫星星座。据了解，SES提供了许多他们自己的终端天线设备，因此，在这种情况下，MBTT作为一个测试仪器，有助于模拟各种类型的干扰。这些干扰包括从配置错误的用户在错误的频率上发射到模拟其他国家可能部署的高级干扰策略。
　　MBTT还支持由美国空军下属的空间系统司令部领导的国际推广工作，从而将PATS能力扩展到国际合作伙伴。2020年，该实验室利用MBTT在X波段演示了PTW在SkyNet 5C上的应用，该卫星是一颗为英国武装部队和北大西洋公约组织联军提供服务的军事通信卫星。
　　＂当国际合作伙伴说，‘PTW很好，但它能在我的卫星上或我的终端天线上工作吗’时，我们的作用就出现了，＂SkyNet测试是我们第一次在X波段上使用PTW。
　　通过光纤连接到林肯实验室的研究设施，MBTT也支持非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，另外还测试了信号检测和地理定位的新技术及将PTW用户连接到国防部其他系统的新方法。
　　在未来几年，实验室期待着跟国防部更多的用户群体进行更多的测试。随着PTW达到运行成熟度，MBTT作为参考终端，可以支持供应商的系统测试。随着带有机载PTW处理功能的PTS卫星进入轨道，MBTT可以为早期在轨检查、测量和定性做出贡献。
　　Wolf说道：＂参与这项工作是一个令人兴奋的时刻，因为供应商正在根据我们开发的概念、原型和架构开发真正的SATCOM系统。＂