低轨星座系统的可控波束到地功率通量密度研究.docx

本文主要探讨的是低轨星座系统的可控波束到地功率通量密度（Power Flux-Density, PFD）的研究，这是卫星互联网行业中一个至关重要的问题，特别是在当前Google、Amazon、SpaceX等公司推动的低轨星座系统如Starlink、OneWeb和O3b的快速发展背景下。这些系统通常具有大量的卫星，轨道高度较低，波束宽度窄，并且具备波束可控性。由于它们使用相近的Ku/Ka/Q/V频段，相互间的干扰可能性极高，同时也可能对在同一频段运行的静止轨道卫星通信系统产生干扰。 《无线电规则》第21.16条对空间电台到地球表面的PFD设定了限值，以保护共用频段的其他业务。新兴的低轨星座系统采用了多种关键技术，如相控阵天线、频率复用、星上处理、功率控制和动态频谱共享，这使得它们的用户波束和馈电波束多为可控波束，因此对PFD的计算和限值符合性判定提出了新的挑战。 PFD的计算涉及到发射功率、传播距离、天线参数等多个因素。在地球表面，PFD是单位面积接收到的功率。计算时需要考虑卫星与地球站的距离、天线方向图以及仰角等。对于低轨星座的可控波束，当波束指向观察点时，可控角与半视角相等。天线增益会因波束指向不同而变化，相控阵天线可以通过调整单元增益来改变波束指向，而机械转动天线的最大增益则保持不变。 计算可控波束在不同到达角的PFD时，需要知道最大发射功率谱密度、天线增益、离轴角、传输距离等参数。具体公式为PFD=Pmax(φ)+G(φ,ψ)+10lg(BW)-10lg(4πL(θ)²)，其中Pmax(φ)是可控角φ时的最大发射功率谱密度，G(φ,ψ)是与φ和离轴角ψ相关的天线增益，BW是带宽，L(θ)是传输距离。 低轨星座系统的PFD计算和限值判定对于防止有害干扰、确保通信质量和频谱的有效利用至关重要。随着星座规模的扩大和新技术的应用，对这一领域的研究将不断深入，以满足未来6G全球覆盖的需求。