减轻设计挑战并满足最新对流层散射应用需求的硬件解决方案。
尽管对流层散射(troposcatter，或tropo)通信技术自20世纪50年代就已经存在，并在1960年至2002年期间被美国军方使用，但随着人们对战术卫星通信(Satcom)可靠性的担忧，这种传统技术正在重新焕发活力。几十年来，卫星一直是一种可靠而安全的通信方式，为军队的各个部门提供战略服务。然而，随着非盟国技术的改进，卫星和卫星通信系统正变得更加脆弱。许多人再次寻求对流层散射技术，以帮助确保关键的语音和数据通信在全球范围内安全传输。
以下内容深入了解战术对流层散射通信的挑战和要求，并进一步讨论COTS硬件解决方案，以减轻设计挑战并满足最新对流层散射应用的要求。
对流层散射通信设计要求和挑战
对流层散射通信依赖于发射信号在对流层中的散射，有足够大的信号功率分散在等待的接收器的方向上。就像卫星通信信号一样，只有很小一部分的信号能量到达接收机，大部分的信号能量在大气层中反射或被发送到太空。使用具有大量增益的高定向天线可以帮助减轻一些信号能量损失。然而，这也意味着发射和接收天线都需要精确对准对流层的同一区域，以便发射和接收信号与发生正向散射现象的共同散射体区域相交。
典型的对流层散射通信频率范围从几十兆赫到超过10 GHz，这取决于所使用的技术。高频系统允许更小的天线和互连，以获得与低频对流层散射系统相当的增益和性能。然而，高频信号在射频电路和大气中往往会遭受更大的损失。因此，对流层散射通信系统的尺寸和重量与成本和可移植性之间存在权衡。
可移植性是对流层散射通信系统的一个关键因素，因为该技术的主要应用是安装在陆地移动车辆上的可部署系统或易于由移动单元运输并部署在临时基地的系统。这些系统也可能需要迅速部署，作为卫星通信或其他视距通信故障时的替代或冗余系统。超视距(BLOS)通信，如卫星和对流层散射系统，在山区或丘陵地形妨碍可靠使用超视距通信的手术室中至关重要。
因此，坚固性和可靠性也是新的对流层散射系统的关键要求，它可能被包括在卫星通信和其他目前使用的LOS通信系统之外。轻重量和紧凑尺寸是最新对流层散射通信高度重视的另一个因素，因为这些确实是必须存储、运输和/或安装在移动平台上的附加设备。
另一个需要考虑的因素是最新战术通信系统的吞吐量和带宽需求。传统战术通信系统只需要几兆赫的带宽和吞吐量，仅达到每秒几兆比特(mbps)，而作为国防部现代化工作的一部分，最新的战术通信系统需要数百兆赫的带宽和吞吐量，达到每秒数百兆比特，才能与军用卫星系统相媲美。
为了达到高水平的吞吐量，对流层散射通信系统还需要具有低附加噪声和相位噪声的高性能射频设备，以最大限度地减少通过通信链路发送的调制信号的退化。此外，为了最小化误差矢量幅度(EVM)并提供更高的动态范围，对流层散射系统的射频器件也必须是高度线性的。
c波段对流层散射解
最新的对流层散射通信系统要求对射频设计人员和供应商提出了重大挑战，同时要求低重量、坚固性、可靠性、紧凑尺寸、高带宽、优异的电气性能和效率。幸运的是，Wolfspeed拥有完善的氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)功率放大器(PA)解决方案系列，其中包括CGHV1F025S。这种高效率和高增益晶体管可用于地面卫星通信应用，非常适合用于一系列BLOS，航空航天和卫星通信应用，包括对流层散射。
CGHV1F025S具有DC至15 GHz的工作频率范围，为对流层散射天线和互连提供了良好的尺寸和重量平衡，同时提供频率能力，甚至为最新的战术通信系统提供高吞吐量性能和频率敏捷操作，由具有直接数字合成(DDS)技术的软件定义无线电(SDR)提供动力。此外，该晶体管最大限度地利用了潜在的有限电源，在9 GHz时具有近50%的典型电源效率。该晶体管具有25 w的典型功率输出和11 dB的典型小信号增益，非常节能，因为它采用了3 × 4毫米的双平板无铅塑料封装。
氮化镓
CGHV1F025S作为对流层散射通信放大器的可行性由应用夹具CGHV1F025S- amp4演示，它最初是为c波段卫星通信应用而设计的。CGHV1F025S- amp4由两个CGHV1F025S放大器和一个威尔金森合成器组成，工作范围为4.4 GHz至5 GHz，总饱和输出功率为50 W。该设计实现了超过50%的漏极效率和超过13 dB的小信号增益，EVM小于3%，y-6以下。-dB峰值平均功率比(PAPR)偏置正交相移键控(OQPSK)信号。
结论
Wolfspeed公司工程师努力的结果是放大器设计，使战术无线电系统能够在恒定振幅信号下工作，具有对流层散射通信应用所需的性能特征。GaN HEMT技术的尺寸、重量和坚固性是行业领先的，其他好处来自CGHV1F025S晶体管使用的COTS塑料包装风格。
参考文献
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