天線技術的進化激發衛星星座的未來

+ Thom Fain（Via Satellite）/文 沈永言(中國衛通) /譯

如同LEO和MEO中的巨型星座開始上線一樣，高端移動市場中較新的終端技術和電調控天線正在迅速推進地面技術。它們之間的同步性將取決于新的參與者，以及行業資深人士。他們正在利用自己的新技術來努力吸引新客戶，并為全球尚未覆蓋地區帶來寬帶容量。

在地平線之上，我們可以看到一個百分百通過寬帶互連的地球，因為新的巨型星座已出現于LEO和MEO之中，至少這是大家的愿望。

隨著今天衛星容量的最大化以及對HTS需求的不斷突破，毫無疑問，地面天線系統正在快速發展，以跟上不斷增長的寬帶需求。

加拿大C-Com公司于2000年初開始生產移動天線系統，該公司致力于為不斷增長的平板天線市場提供新的系統及解決方案。C-Com與滑鐵盧大學成立了合資企業，希望將模塊化有源相控陣系統推向市場，以便與已經先聲奪人的一些初創公司競爭。

C-Com已經在小范圍內進行測試，他們希望在明年初能夠推出產品原型。

“我們注意到，巨型LEO和MEO星座項目在不斷推出，這是投資新型天線的機會。”C-Com國際業務發展總監Drew Klein說。

雖然C-Com對未來巨型星座的前景顯示出興趣，但對于年輕的初創天線公司們設定的預期值，該公司目前持較為保守的態度。

“很多降低成本的預期可謂雄心勃勃，但除非得到大量補貼或與其他服務捆綁在一起，否則可能無法在導入年份實現。”Klein說。“今天，大多數人的選擇對象是機械式拋物面或平面固定面板系統，這主要是由于相控陣天線尚缺乏可以與這二者競爭的成熟技術。但隨著MMIC技術的進步，相控陣將受益于規模經濟。”

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

圖1 Phasor天線效果圖

然而，寬帶平板天線系統存在局限性，不具備自動查詢能力。本質上，它們的工作模式與傳統的主要天線是一樣的。

與新銳天線企業Phasor和Kymeta相比，作為該產業的老玩家，C-Com期望能有所不同。他們的Ka頻段產品最初將首先投放于商業市場，然后再發布到消費者和企業市場。

目前已知的海上和空中移動連接市場的未來，取決于Klein所提到的成本效率，因為新天線系統集成了軟件，來控制電子天線部件，它將主動控制過去用機械手段來實現的——波束形成、指向、采集、重新采集、動態調整和鄰近衛星干擾消除。

簡而言之，地面系統必須趕上衛星太空競賽的節奏。

為了盡量多地覆蓋全球、消除盲區，GEO和LEO/MEO技術不僅必須協同工作，以保證不同類型終端相互通信，而且對天線系統的需求必須與物理上可行的方案相匹配。隨著相控陣系統的快速成熟，這些LEO/MEO和GEO系統相互操作的需求與趨勢，激勵了Phasor的首席執行官David Helfgott，他稱之為潛在的“轉型”。

Helfgott說：“在線容量如此之多，衛星連接的經濟性將大幅提升，使其能夠被越來越廣闊的市場所采用。”

經過七年的發展，Phasor的電調控天線今年開始在商用領域進行測試。這些天線厚度僅為2.5厘米，采用共形設計，以便在更大的180度范圍內掃描。雙波束技術使LEO和GEO可互操作。

圖2 Kymeta天線

互操作性的承諾

考慮到多數寬帶巨型星座尚未建立，這個互操作性如何真正大規模發揮作用仍然是個問題。在許多情況下，網絡運營商在構建他們的星座基礎設施時，并不確切地知道地面終端如何上線并進行通信。

隨著納米衛星越來越多地被使用，使得這些終端肩負以額外功率運行的責任，以便以最小的功率來放大信號強度并傳輸到衛星。

與L3 GCS合作開發DarkWing寬帶衛星通信終端的AvL技術公司已經注意到了這種權衡。他們的工程師正在努力滿足軍事和飛機客戶的需求，這些客戶需要能夠與多種類型的衛星通信的，輕便、小型和更便攜式的系統。

AvL技術公司營銷總監Krystal Dredge表示，AvL與C-Com和Phasor分享其對互操作性未來的看法。“當LEO衛星在上空移動時，在調控發射波束管理、從一顆衛星到另一顆衛星的切換、并避免干擾其他衛星方面，存在重大挑戰。”她說。

盡管難度不小，天線公司們并沒有停下向前推進技術的研發和用例測試的腳步，而這些技術正是投資者（和巨型星座開發商）們期待在不久的將來能夠量產的。

沒有一家公司可以通吃

由于美國軍方和其他高端應用領域對企業市場的需求持續增加，HTS市場空間將有多個獲勝者。

例如，LeoSat認為自己是國防市場的顛覆者。傳統上，該市場依賴于GEO系統。

動中通軍事應用將依賴于較新的相控陣系統，供應商將與軍方簽訂合同，以便在空中、地面和海上為飛機通信、無人駕駛及有人駕駛交通工具的通信提供服務。

“軍方使用靜中通、可背負的平板天線已有多年。最近，這些天線已經從單收演變為雙向通信，并且它們已經從商業Ku頻段發展到商業和軍用Ka頻段。”Dredge說道。除了AvL，她還曾為國防供應商工作。

軍方從商業市場中獲得提示并非微不足道，其希望在于，隨著這些新型相控陣系統應用的繼續普及，在不久的將來，它將有望到達更多的低端市場。

盡管如此，Phasor和Kymeta這樣的主要參與者仍然專注于高端市場的競爭，因為其非飽和需求已被證明是這些新技術的成功驅動因素，及其市場回報在今天的終端經濟學看來是合理的。

利用寬帶帶動大眾觸網

Phasor自己也承認永遠不會處于食物鏈的底層，而且，世界上超級游艇數以千計，漁船數量達百萬。接受采訪的當時，Phasor就有六名工作人員正在海上，不能通過FaceTime與家人聯系，不能通過Skype與家人通話。

如同某些新興經濟體的航空市場那樣，海事市場正期待被服務。

為了說明這點，高GDP國家的航線簽署了大的新終端合同，它聲稱裝備了最新的相控陣系統——ThinKom KU3030。這是一個有效的行業基準，但是，在經濟上，這些系統用于存在某些巨大覆蓋缺口的新興經濟體還不現實。

對于總部在英國，專注低成本、全電掃衛星天線的Isotropic的研發團隊來說，這是一個機會。該公司為OneWeb研發的兼容終端旨在通過超前的方式為新興市場提供超低成本的寬帶，以彌合數字鴻溝。

“我們正處在一個十字路口，同時在線分配大容量的需求需要一個一步到位的轉變，這種轉變是地面終端的經濟性和市場現有產品的較量。”Isotropic的創始人John Finney說。

圖3 Isotropic概念天線

雖然OneWeb可能需要更多資金才能上線，但SES的O3b mPOWER網絡注定要取得成功。有了它，衛星會將三倍數量的TB級別寬帶通信回饋給消費者。

Finney說：“我們正賦能運營商提供大量的兆比特。所以，你這樣做的唯一方法就是遠離高端細分市場，這是其他人關注的地方，這個顯而易見。”

Isotropic的目標是成為連接印度、非洲和拉丁美洲較小的海上船只和航線的市場領導者之一。他們認為，實現這一目標的一個方法是將終端系統的價格降低70%至90%。

“這種范圍取決于它是否需要單波束或多波束、孔徑尺寸，是否具有集成調制解調器。一般來說，我們試圖在不影響性能的情況下，實現這些終端價格的大幅下降。事實上，我們在努力提高性能。”Finney說。

與高端供應商相通的地方是，他們制定了一項策略，通過利用制造能力實現終端設計商品化，并假設大規模市場會在未來某個時候出現。

Isotropic正在嘗試一種明顯不同的市場策略，SES、Inmarsat和OneWeb都通過與之成為合作伙伴關系，給該公司投了信任票。在出貨的第一批產品中，就包括Finney團隊的較低價格設計，以滿足消費者寬帶市場的需求。

“憑借我們的模式，我們應該能夠通過OneWeb，或者能夠利用5G供應鏈，或者汽車聯網市場啟動，來獲得成功，這將成為額外的獎勵。”Finney補充道。

時間將證明哪種戰略將取得最大的成功。人們已達成共識，并期望這些演化技術的結合，能給明天的衛星星座帶來活力。