微波链路
本文作者：天疆说
定义
微波链路（Microwave Link）是指利用微波频段（通常为 GHz 量级）电磁波进行卫星间或星地间通信的无线电链路。微波链路是当前卫星通信中最成熟、应用最广泛的技术体制。
频段发展
星间微波信号频率呈现由低向高发展的趋势：
| 频段 | 频率范围 | 典型应用 |
|---|---|---|
| S 频段 | 2–4 GHz | 传统测控通信 |
| Ka 频段 | 26.5–40 GHz | 北斗星间链路、鹊桥二号星地链路 |
| K 频段 | 18–27 GHz | DRO 三星星座星间通信 |
| V 频段 | 40–75 GHz | 未来高速星间通信探索 |
链路设计要素
微波链路设计主要考虑以下参数：
- EIRP（等效全向辐射功率）：衡量发射端能力，取决于发射功率和天线增益
- G/T（品质因数）：衡量接收端灵敏度，取决于天线增益和系统噪声温度
- 空间损耗：随星间距离和频率增加而增大
- 解调门限：取决于调制方式和编码方式，如 QPSK + LDPC 1/2 编码下 Eb/N0 ≤ 4.5 dB
在地月空间中的应用
针对地月空间约 450,000 km 的星间距离，微波链路设计面临以下挑战和方案：
- Ka 频段：采用多波束 KMA 相控阵天线，等效 0.35 m 口径，可实现约 100 kbps 的双向通信
- V 频段（约 70 GHz）：利用高频段天线高增益优势，可实现约 500 kbps 的双向通信
- 信号路径损耗相比近地空间增加约 100 倍（20 dB），需要综合运用星座多星多波束优势补偿
核心要素
技术原理
微波链路利用 GHz 频段电磁波在自由空间中传播实现通信。发射端通过功率放大器和定向天线将信号向目标卫星辐射，接收端通过高灵敏度接收机解调信号。频率越高，天线增益越大，但路径损耗也越大。
关键参数
- 频段范围：S（2–4 GHz）至 V（40–75 GHz）
- 路径损耗：地月距离约 450,000 km，相比近地增加约 100 倍（20 dB）
- 典型速率：Ka 频段约 100 kbps，V 频段约 500 kbps
- 解调门限：QPSK + LDPC 1/2 编码下 Eb/N0 ≤ 4.5 dB
系统架构
微波星间链路采用相控阵或多波束天线实现波束扫描和多目标跟踪。发射端 EIRP 与接收端 G/T 是链路设计的核心指标，需综合考虑天线口径、发射功率和噪声温度进行优化设计。
应用价值
微波链路是当前最成熟的星间通信技术，已在北斗、GPS 等全球导航系统中广泛应用。在地月空间场景中，微波链路可作为激光通信的备份手段，确保在恶劣空间天气条件下仍保持基本通信能力。
相关概念
参考文献
- 段志慧, 王坚, 樊怡乐. 基于北斗卫星系统的地月空间全时通信探讨[J]. 遥测遥控, 2026.
- 曹正蕊, 张国亭, 刘保国, 等. 载人航天天基测控通信探析[J]. 遥测遥控, 2023, 44(5): 1-7.
- 曹正蕊, 张国亭, 刘保国, 等. 载人航天天基测控通信探析[J]. 遥测遥控, 2023, 44(5): 1-7.