Ka 频段高通量卫星——中星16号

【概要描述】

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中星 16 号卫星，又称实践十三号卫星，是中国首颗高轨道高通量通信卫星，也是国内首颗（目前是唯一一颗）Ka 频段高通量卫星。

值得一提的是，中星 16 号卫星的最高通信总容量超过了我国之前所有通信卫星容量的总和，可以说带动了中国卫星通讯技术的大飞跃。

当时，这一卫星的发射过程涉及到了电推进技术，这也是我国首次采用电推进技术的高轨卫星，可以说是高轨卫星领域的革命性技术突破，这也意味着我国卫星激光通信技术已达到世界领先水平。

实际上，根据不同波段频率，卫星连接可分为 L 频段、Ku 频段和 Ka 频段。所谓「Ka 频段」（Ka band），又称 30/20 GHz 波段，属于电磁频谱微波波段的一部分，频率范围为 26.5-40GHz。

Ku 频段（K-under band）频率为：下行 10.7-12.75GHz，上行 12.75-18.1GHz。可见，相比 Ku 频段，Ka 频段频率更高。因此，在口径相等的情况下，Ka 频段天线的指向性更好，接收到的邻星干扰更少，因此系统性能相对较高。

基于此，首次应用 Ka 频段多波束宽带通信系统的中星 16 号卫星的信息传送能力有大幅度提升，通信总容量超过 20G。

正因为上述特点，这颗卫星被称为“超级卫星”。

随着商业航天和5G时代的到来，卫星的频率资源日益紧张，用户对数据传输的带宽和速度要求越来越高，这迫使卫星制造和运营商寻找、开发更高的无线通信频段来满足新的需求，Ka波段开始更多的进入人们的视野。

这一频段的特点有三，可用带宽宽、干扰少、设备体积小。因此，这一频段可适合于高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视（HDTV）、个人卫星通信等领域。

与S、C、X等传统卫星通信频段相比，Ka波段具有以下特性：

01

可用频带宽，吞吐量高

Ka波段范围比其他频段更宽，具有吞吐量高的特点，可以提供更宽的频谱资源以实现更多的数据传输。

相较于低频段而言，Ka波段开发启用的时间更晚，因此频率资源相对没有那么拥挤。如C频段的一般可用带宽为500MHz～800MHz；Ku频段的可用带宽为500MHz～1000MHz；而Ka波段的可用带宽可达到3500MHz。

从申请频率许可的角度而言，低频谱已被大量开发，新的商业卫星公司进入需要与相应的主体进行频率协调，获得通行权。虽然Ka波段频率的使用可能也需要协调，但至少避免了传统频段的拥挤和饱和。

02

终端设备和星上载荷体积小

由于频率高，卫星天线的增益可以做得较大，用户终端可以做得更小更轻便，这有利于面向C端用户的推广和应用。

对于地面系统而言，在接收指标要求相同的前提下，Ka波段的天线口径显著小于低频段的天线，而地面天线的口径是决定地面系统投入成本的主要因素之一。地面天线口径变小，可以提供更经济更灵活的地面数据接收服务。

另一方面，Ka波段星上天线和发射器的尺寸也更小，对于卫星方而言，更容易减少航天器的整体重量和体积，降低了发射成本，使卫星能够搭载更多有效载荷。

03

雨衰大

除了通信频带宽、终端体积小等显著优势外，Ka波段也存在一定的不足，由于频率高、波长短，绕过障碍物的能力较差，受云层、降雨、雾霾等天气影响较为明显，给多降雨地区Ka波段的使用带来了一定难度。为了在雨天/阴天也能满足正常的数据容量需求，往往需要接收比实际需要更多的容量，以补偿被削弱的信号。

基于Ka高频段吞吐量高，数据传输量更大的特点，能够使通信卫星为终端消费者提供低延时、高速率的数据连接服务，从本世纪初开始通信卫星运营商开始加大对Ka波段的投资，建造发射一系列Ka波段卫星。

与其他工作频段的通信卫星一样，Ka波段通信卫星主要面向的市场是地面通信网络覆盖不到的区域，作为地面通信网络系统的补充。主要应用场景包括：偏远地区的语音短信服务、海上/机上互联网连接服务、社区互联网服务、应急通信、电视广播服务、物联网数据传输、公司/政府机构内网等。

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