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下一代衛(wèi)星天線的發(fā)展?fàn)顩r概覽(上) | 微波射頻網(wǎng)

 wanglh5555 2017-08-13

提要

近幾年,在固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)徘徊不前時(shí),以機(jī)載、船載、車(chē)載為代表的移動(dòng)應(yīng)用成為了拉動(dòng)傳統(tǒng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的新動(dòng)力,與之相伴相生的動(dòng)中通天線也出現(xiàn)了很多的新技術(shù)和新產(chǎn)品。相控陣天線已出現(xiàn)了多年,波音和Gilat都已經(jīng)向客戶提供了相控陣天線,而Phasor Solutions,Kymeta和C-COM等公司則正在開(kāi)發(fā)基于新技術(shù)的創(chuàng)新性的天線系統(tǒng),以迎接移動(dòng)衛(wèi)星通信的新紀(jì)元。本文將簡(jiǎn)要介紹一下上述三個(gè)公司在新衛(wèi)星天線領(lǐng)域的最近進(jìn)展。

前言

從1950年第一顆人造衛(wèi)星進(jìn)入軌道以來(lái),我們一直使用天線進(jìn)行信號(hào)的中轉(zhuǎn),天線技術(shù)雖然一直在發(fā)展,但直到最近幾年才出現(xiàn)了一些技術(shù)上的飛躍。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信是用拋物面天線實(shí)現(xiàn)的,射頻波束必須精確地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星以保持連接,對(duì)于同步軌道衛(wèi)星在移動(dòng)中的應(yīng)用,地球站天線必須能夠快速移動(dòng)以保持對(duì)衛(wèi)星的指向精度,對(duì)于中低軌道衛(wèi)星通信天線的要求也概莫能外。

這些天線的機(jī)械特性不可避免的會(huì)帶來(lái)磨損,從而存在突發(fā)機(jī)械故障的隱患,這對(duì)許多用戶來(lái)說(shuō)可能是災(zāi)難性的。此外,對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用,傳統(tǒng)的拋物面天線往往過(guò)于笨重,一些小型移動(dòng)平臺(tái)受到承載能力的限制,只能選用口徑更小的天線,從而減小了移動(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸能力。

如今,多家公司正在研究開(kāi)發(fā)替代解決方案,重點(diǎn)聚焦在非機(jī)械系統(tǒng)的天線技術(shù)上。與傳統(tǒng)天線相反,電子天線沒(méi)有移動(dòng)部件,真正移動(dòng)的是波束而非天線本身。這具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì),包括可靠性更高,跟蹤更快,輪廓更低、重量更輕等。另外,目前開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)可以是平板的或彎曲的,可以更好地適應(yīng)安裝所需的形狀,如車(chē)輛或飛機(jī)頂部的形狀。

Kymeta公司——超材料的應(yīng)用

Kymeta公司是2012年從專利持有公司IntellectualVentures獨(dú)立出來(lái)的,成立的目的是開(kāi)發(fā)基于軟件和超材料的電子波束成型天線,并將其研究成果轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用,比爾蓋茨也是該公司的投資人。

下一代衛(wèi)星天線的發(fā)展?fàn)顩r概覽(上)

Kymeta天線使用超材料形成全息波束,這意味著可以使用軟件而不是機(jī)械部件來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)整天線指向,這也大大降低了天線的功耗。天線使用電子射頻波束指向控制,電子極化選擇和角度控制,衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別和跟蹤,可以廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域,包括為汽車(chē)提供軟件更新。

多年來(lái),Kymeta為建立和分銷(xiāo)其mTenna技術(shù)與多個(gè)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)立了合作伙伴關(guān)系,包括豐田、松下、空中客車(chē)防御與空間公司、夏普、Intellian、Intelsat、Inmarsat、O3b等。

2016年3月,Kymeta和Intelsat在Intelsat的衛(wèi)星上成功完成了Kymeta平板天線在海上和汽車(chē)應(yīng)用中的移動(dòng)性能的初步測(cè)試。在汽車(chē)測(cè)試中,Kymeta的天線被嵌入豐田4Runner的車(chē)頂,以證明在8000英里的行駛過(guò)程中衛(wèi)星信號(hào)的自動(dòng)捕獲和跟蹤能力。迄今為止,該天線的行駛記錄已經(jīng)超過(guò)50,000英里,車(chē)上的Ku波段天線能夠同時(shí)發(fā)射和接收衛(wèi)星信號(hào)。Kymeta還測(cè)試了其首臺(tái)以兩塊玻璃間的薄膜晶體管為基礎(chǔ)的天線,可通過(guò)相同的發(fā)射和接收孔徑用于海上通信。

下一代衛(wèi)星天線的發(fā)展?fàn)顩r概覽(上)

2016年10月,Kymeta在摩納哥游艇展上演示了其mTenna技術(shù),這次演示通過(guò)組合兩個(gè)mTenna子系統(tǒng)模塊(ASM)獲得了“前所未有的”2.9dB附加增益,還實(shí)現(xiàn)了65Mbps下行和6Mbps上行的數(shù)據(jù)速率。ASM在現(xiàn)場(chǎng)接收了八個(gè)松下的eXTV直播頻道,同時(shí)執(zhí)行多個(gè)Skype視頻會(huì)話和多個(gè)高清和超高清的Netflix視頻點(diǎn)播,并在演示期間為平均80位用戶提供Wi-Fi訪問(wèn),每個(gè)ASM消耗的功率僅為12W。

Kymeta計(jì)劃在今年第二季度推出其首款產(chǎn)品,即70厘米的Ku波段mTenna。2017年還將看到Kymeta的天線組合器的推出,該組合器可將多個(gè)天線Rx信號(hào)組合在一起,以滿足容量可擴(kuò)展的要求。每個(gè)組合器單元最多可以連接四個(gè)mTenna ASM,每增加一倍的天線,可將Rx增益有效增加高達(dá)2.7dB。多個(gè)組合器可用于鏈接多達(dá)64個(gè)mTenna ASM。此外,天線組合器支持360度的全球覆蓋,這意味著組合天線可以在視角極低的南北緯地區(qū)實(shí)現(xiàn)連接。

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