天线技术的进化激发卫星星座的未来

+ Thom Fain（Via Satellite）/文 沈永言(中国卫通) /译

如同LEO和MEO中的巨型星座开始上线一样，高端移动市场中较新的终端技术和电调控天线正在迅速推进地面技术。它们之间的同步性将取决于新的参与者，以及行业资深人士。他们正在利用自己的新技术来努力吸引新客户，并为全球尚未覆盖地区带来宽带容量。

在地平线之上，我们可以看到一个百分百通过宽带互连的地球，因为新的巨型星座已出现于LEO和MEO之中，至少这是大家的愿望。

随着今天卫星容量的最大化以及对HTS需求的不断突破，毫无疑问，地面天线系统正在快速发展，以跟上不断增长的宽带需求。

加拿大C-Com公司于2000年初开始生产移动天线系统，该公司致力于为不断增长的平板天线市场提供新的系统及解决方案。C-Com与滑铁卢大学成立了合资企业，希望将模块化有源相控阵系统推向市场，以便与已经先声夺人的一些初创公司竞争。

C-Com已经在小范围内进行测试，他们希望在明年初能够推出产品原型。

“我们注意到，巨型LEO和MEO星座项目在不断推出，这是投资新型天线的机会。”C-Com国际业务发展总监Drew Klein说。

虽然C-Com对未来巨型星座的前景显示出兴趣，但对于年轻的初创天线公司们设定的预期值，该公司目前持较为保守的态度。

“很多降低成本的预期可谓雄心勃勃，但除非得到大量补贴或与其他服务捆绑在一起，否则可能无法在导入年份实现。”Klein说。“今天，大多数人的选择对象是机械式抛物面或平面固定面板系统，这主要是由于相控阵天线尚缺乏可以与这二者竞争的成熟技术。但随着MMIC技术的进步，相控阵将受益于规模经济。”

④Dante Alighieri,‘Inferno,vii.67-96’,The Divine Comedy.trans.H.W.Longfellow.

图1 Phasor天线效果图

然而，宽带平板天线系统存在局限性，不具备自动查询能力。本质上，它们的工作模式与传统的主要天线是一样的。

与新锐天线企业Phasor和Kymeta相比，作为该产业的老玩家，C-Com期望能有所不同。他们的Ka频段产品最初将首先投放于商业市场，然后再发布到消费者和企业市场。

目前已知的海上和空中移动连接市场的未来，取决于Klein所提到的成本效率，因为新天线系统集成了软件，来控制电子天线部件，它将主动控制过去用机械手段来实现的——波束形成、指向、采集、重新采集、动态调整和邻近卫星干扰消除。

简而言之，地面系统必须赶上卫星太空竞赛的节奏。

为了尽量多地覆盖全球、消除盲区，GEO和LEO/MEO技术不仅必须协同工作，以保证不同类型终端相互通信，而且对天线系统的需求必须与物理上可行的方案相匹配。随着相控阵系统的快速成熟，这些LEO/MEO和GEO系统相互操作的需求与趋势，激励了Phasor的首席执行官David Helfgott，他称之为潜在的“转型”。

Helfgott说：“在线容量如此之多，卫星连接的经济性将大幅提升，使其能够被越来越广阔的市场所采用。”

经过七年的发展，Phasor的电调控天线今年开始在商用领域进行测试。这些天线厚度仅为2.5厘米，采用共形设计，以便在更大的180度范围内扫描。双波束技术使LEO和GEO可互操作。

图2 Kymeta天线

互操作性的承诺

考虑到多数宽带巨型星座尚未建立，这个互操作性如何真正大规模发挥作用仍然是个问题。在许多情况下，网络运营商在构建他们的星座基础设施时，并不确切地知道地面终端如何上线并进行通信。

随着纳米卫星越来越多地被使用，使得这些终端肩负以额外功率运行的责任，以便以最小的功率来放大信号强度并传输到卫星。

与L3 GCS合作开发DarkWing宽带卫星通信终端的AvL技术公司已经注意到了这种权衡。他们的工程师正在努力满足军事和飞机客户的需求，这些客户需要能够与多种类型的卫星通信的，轻便、小型和更便携式的系统。

AvL技术公司营销总监Krystal Dredge表示，AvL与C-Com和Phasor分享其对互操作性未来的看法。“当LEO卫星在上空移动时，在调控发射波束管理、从一颗卫星到另一颗卫星的切换、并避免干扰其他卫星方面，存在重大挑战。”她说。

尽管难度不小，天线公司们并没有停下向前推进技术的研发和用例测试的脚步，而这些技术正是投资者（和巨型星座开发商）们期待在不久的将来能够量产的。

没有一家公司可以通吃

由于美国军方和其他高端应用领域对企业市场的需求持续增加，HTS市场空间将有多个获胜者。

例如，LeoSat认为自己是国防市场的颠覆者。传统上，该市场依赖于GEO系统。

动中通军事应用将依赖于较新的相控阵系统，供应商将与军方签订合同，以便在空中、地面和海上为飞机通信、无人驾驶及有人驾驶交通工具的通信提供服务。

“军方使用静中通、可背负的平板天线已有多年。最近，这些天线已经从单收演变为双向通信，并且它们已经从商业Ku频段发展到商业和军用Ka频段。”Dredge说道。除了AvL，她还曾为国防供应商工作。

军方从商业市场中获得提示并非微不足道，其希望在于，随着这些新型相控阵系统应用的继续普及，在不久的将来，它将有望到达更多的低端市场。

尽管如此，Phasor和Kymeta这样的主要参与者仍然专注于高端市场的竞争，因为其非饱和需求已被证明是这些新技术的成功驱动因素，及其市场回报在今天的终端经济学看来是合理的。

利用宽带带动大众触网

Phasor自己也承认永远不会处于食物链的底层，而且，世界上超级游艇数以千计，渔船数量达百万。接受采访的当时，Phasor就有六名工作人员正在海上，不能通过FaceTime与家人联系，不能通过Skype与家人通话。

如同某些新兴经济体的航空市场那样，海事市场正期待被服务。

为了说明这点，高GDP国家的航线签署了大的新终端合同，它声称装备了最新的相控阵系统——ThinKom KU3030。这是一个有效的行业基准，但是，在经济上，这些系统用于存在某些巨大覆盖缺口的新兴经济体还不现实。

对于总部在英国，专注低成本、全电扫卫星天线的Isotropic的研发团队来说，这是一个机会。该公司为OneWeb研发的兼容终端旨在通过超前的方式为新兴市场提供超低成本的宽带，以弥合数字鸿沟。

“我们正处在一个十字路口，同时在线分配大容量的需求需要一个一步到位的转变，这种转变是地面终端的经济性和市场现有产品的较量。”Isotropic的创始人John Finney说。

图3 Isotropic概念天线

虽然OneWeb可能需要更多资金才能上线，但SES的O3b mPOWER网络注定要取得成功。有了它，卫星会将三倍数量的TB级别宽带通信回馈给消费者。

Finney说：“我们正赋能运营商提供大量的兆比特。所以，你这样做的唯一方法就是远离高端细分市场，这是其他人关注的地方，这个显而易见。”

Isotropic的目标是成为连接印度、非洲和拉丁美洲较小的海上船只和航线的市场领导者之一。他们认为，实现这一目标的一个方法是将终端系统的价格降低70%至90%。

“这种范围取决于它是否需要单波束或多波束、孔径尺寸，是否具有集成调制解调器。一般来说，我们试图在不影响性能的情况下，实现这些终端价格的大幅下降。事实上，我们在努力提高性能。”Finney说。

与高端供应商相通的地方是，他们制定了一项策略，通过利用制造能力实现终端设计商品化，并假设大规模市场会在未来某个时候出现。

Isotropic正在尝试一种明显不同的市场策略，SES、Inmarsat和OneWeb都通过与之成为合作伙伴关系，给该公司投了信任票。在出货的第一批产品中，就包括Finney团队的较低价格设计，以满足消费者宽带市场的需求。

“凭借我们的模式，我们应该能够通过OneWeb，或者能够利用5G供应链，或者汽车联网市场启动，来获得成功，这将成为额外的奖励。”Finney补充道。

时间将证明哪种战略将取得最大的成功。人们已达成共识，并期望这些演化技术的结合，能给明天的卫星星座带来活力。