下一代卫星天线的发展状况概览(上)

2017-08-11 来源:中信卫星 我要评论(0) 字号:

提要

近几年,在固定卫星业务徘徊不前时,以机载、船载、车载为代表的移动应用成为了拉动传统卫星通信领域的新动力,与之相伴相生的动中通天线也出现了很多的新技术和新产品。相控阵天线已出现了多年,波音和Gilat都已经向客户提供了相控阵天线,而Phasor Solutions,Kymeta和C-COM等公司则正在开发基于新技术的创新性的天线系统,以迎接移动卫星通信的新纪元。本文将简要介绍一下上述三个公司在新卫星天线领域的最近进展。

前言

从1950年第一颗人造卫星进入轨道以来,我们一直使用天线进行信号的中转,天线技术虽然一直在发展,但直到最近几年才出现了一些技术上的飞跃。

传统的卫星通信是用抛物面天线实现的,射频波束必须精确地对准卫星以保持连接,对于同步轨道卫星在移动中的应用,地球站天线必须能够快速移动以保持对卫星的指向精度,对于中低轨道卫星通信天线的要求也概莫能外。

这些天线的机械特性不可避免的会带来磨损,从而存在突发机械故障的隐患,这对许多用户来说可能是灾难性的。此外,对于移动应用,传统的抛物面天线往往过于笨重,一些小型移动平台受到承载能力的限制,只能选用口径更小的天线,从而减小了移动平台的数据传输能力。

如今,多家公司正在研究开发替代解决方案,重点聚焦在非机械系统的天线技术上。与传统天线相反,电子天线没有移动部件,真正移动的是波束而非天线本身。这具有多项优势,包括可靠性更高,跟踪更快,轮廓更低、重量更轻等。另外,目前开发的系统可以是平板的或弯曲的,可以更好地适应安装所需的形状,如车辆或飞机顶部的形状。

Kymeta公司——超材料的应用

Kymeta公司是2012年从专利持有公司IntellectualVentures独立出来的,成立的目的是开发基于软件和超材料的电子波束成型天线,并将其研究成果转化为商业应用,比尔盖茨也是该公司的投资人。

下一代卫星天线的发展状况概览(上)

Kymeta天线使用超材料形成全息波束,这意味着可以使用软件而不是机械部件来动态地调整天线指向,这也大大降低了天线的功耗。天线使用电子射频波束指向控制,电子极化选择和角度控制,卫星自动识别和跟踪,可以广泛应用于移动通信领域,包括为汽车提供软件更新。

多年来,Kymeta为建立和分销其mTenna技术与多个行业的领军企业立了合作伙伴关系,包括丰田、松下、空中客车防御与空间公司、夏普、Intellian、Intelsat、Inmarsat、O3b等。

2016年3月,Kymeta和Intelsat在Intelsat的卫星上成功完成了Kymeta平板天线在海上和汽车应用中的移动性能的初步测试。在汽车测试中,Kymeta的天线被嵌入丰田4Runner的车顶,以证明在8000英里的行驶过程中卫星信号的自动捕获和跟踪能力。迄今为止,该天线的行驶记录已经超过50,000英里,车上的Ku波段天线能够同时发射和接收卫星信号。Kymeta还测试了其首台以两块玻璃间的薄膜晶体管为基础的天线,可通过相同的发射和接收孔径用于海上通信。

下一代卫星天线的发展状况概览(上)

2016年10月,Kymeta在摩纳哥游艇展上演示了其mTenna技术,这次演示通过组合两个mTenna子系统模块(ASM)获得了“前所未有的”2.9dB附加增益,还实现了65Mbps下行和6Mbps上行的数据速率。ASM在现场接收了八个松下的eXTV直播频道,同时执行多个Skype视频会话和多个高清和超高清的Netflix视频点播,并在演示期间为平均80位用户提供Wi-Fi访问,每个ASM消耗的功率仅为12W。

Kymeta计划在今年第二季度推出其首款产品,即70厘米的Ku波段mTenna。2017年还将看到Kymeta的天线组合器的推出,该组合器可将多个天线Rx信号组合在一起,以满足容量可扩展的要求。每个组合器单元最多可以连接四个mTenna ASM,每增加一倍的天线,可将Rx增益有效增加高达2.7dB。多个组合器可用于链接多达64个mTenna ASM。此外,天线组合器支持360度的全球覆盖,这意味着组合天线可以在视角极低的南北纬地区实现连接。

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