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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，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)許多用戶來說可能是災(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)立出來的，成立的目的是開發(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。

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，包括為汽車提供軟件更新。

多年來，Kymeta為建立和分銷其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應(yīng)用中的移動(dòng)性能的初步測(cè)試。在汽車測(cè)試中，Kymeta的天線被嵌入豐田4Runner的車頂，以證明在8000英里的行駛過程中衛(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50,000英里，車上的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，可通過相同的發(fā)射和接收孔徑用于海上通信。

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，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。

Phasor Solutions公司——電調(diào)天線

Phasor Solutions最初是為了解決使用低輪廓天線為高速客運(yùn)列車提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入的需求。該技術(shù)經(jīng)過幾年的演進(jìn)，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)厚度小于1英寸的平板電調(diào)天線，可適用于航空、海上和陸地的移動(dòng)應(yīng)用。

Phasor的技術(shù)使用具有電子波束成型功能的專用集成電路（ASIC）微芯片。這些芯片與非常小的貼片天線組合組成一個(gè)單元，超過500個(gè)單元分布在經(jīng)過射頻優(yōu)化的面板上，構(gòu)成了Phasor核心模塊的基礎(chǔ)。核心模塊可以組合成各種尺寸和配置來構(gòu)建Phasor的相控陣天線，擁有前所未有擴(kuò)展能力。Phasor獨(dú)特的設(shè)計(jì)將能夠生產(chǎn)出形狀適應(yīng)性強(qiáng)，高度只有1~2英寸的天線，具備重量輕、面積小、精度高等特點(diǎn)，并且能夠以非常高的增益提供超過100Mbps的寬帶速度。

Phasor已經(jīng)引入了多個(gè)合作伙伴，2014年，OmniAccess被選為超級(jí)和大型游艇的獨(dú)家渠道和開發(fā)合作伙伴；2015年，Intelsat與Phasor合作，共同設(shè)計(jì)和生產(chǎn)超薄相控陣天線用于商業(yè)航空市場(chǎng)，并針對(duì)Intelsat EpicNG平臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化；2016年3月，Phasor與Harris Caprock達(dá)成協(xié)議，為商業(yè)郵輪市場(chǎng)開發(fā)電調(diào)天線終端；隨后又與Gogo達(dá)成協(xié)議，開發(fā)用于機(jī)載通信市場(chǎng)的天線技術(shù)。

2016年9月，Phasor公司通過Intelsat 903衛(wèi)星在英國艾塞克斯的測(cè)試站進(jìn)行了實(shí)時(shí)高清視頻的傳輸演示。

Phasor花了幾個(gè)月的時(shí)間對(duì)其系統(tǒng)的方向圖進(jìn)行了近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的測(cè)試，以確保其波束特性符合相應(yīng)的監(jiān)管要求。

在完成實(shí)驗(yàn)室測(cè)試之后，八模塊的發(fā)射系統(tǒng)被部署到了Phasor的戶外測(cè)試站點(diǎn)。OmniAccess為測(cè)試提供了地面設(shè)備及Intelsat903衛(wèi)星上的帶寬，系統(tǒng)成功運(yùn)行了兩個(gè)多星期。在測(cè)試中，八模塊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了2Mbps的上行鏈路性能，包括在需要快速波束掃描的移動(dòng)平臺(tái)上的傳輸。天線保持了很高的指向精度，可使用高效的調(diào)制和編碼技術(shù)（MODCOD）傳輸全高清視頻流，不需要采用擴(kuò)頻技術(shù)，也沒有對(duì)鄰星帶來額外的干擾。

由于HTS衛(wèi)星的性能要大大優(yōu)于Intelsat 903，因此預(yù)計(jì)八模塊Phasor陣列將能夠在HTS衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)超過15Mbps的反向鏈路。依此類推，一個(gè)等效口徑為1米（16模塊）的天線將能夠達(dá)到超過60Mbps的數(shù)據(jù)傳送能力。

Phasor計(jì)劃在今年下半年針對(duì)其每個(gè)目標(biāo)市場(chǎng)（航空，海運(yùn)和陸上移動(dòng)）正式推出其商用天線產(chǎn)品。

C-COM——相控陣天線

C-COM衛(wèi)星系統(tǒng)公司成立于1997年，一直生產(chǎn)天線及其配件，其iNetVu天線廣泛應(yīng)用于軍事通信、油氣勘探、SNG、應(yīng)急通信和移動(dòng)基站中繼傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

如今，C-COM正在開發(fā)基于模塊化設(shè)計(jì)的相控陣天線，該天線采用先進(jìn)的軟件算法來控制和校準(zhǔn)模塊。單個(gè)天線將包括數(shù)百個(gè)獨(dú)立的模塊，批量生產(chǎn)的方式將大大降低開發(fā)的成本?；F盧大學(xué)與C-COM合作，發(fā)明了一種波束成型校準(zhǔn)算法，還能校正諸如老化或環(huán)境等外部因素的影響，使天線正常工作。波束形成計(jì)算機(jī)將負(fù)責(zé)識(shí)別整個(gè)系統(tǒng)及每個(gè)模塊的屬性并記錄數(shù)據(jù)。

C-COM希望部署用于固定和移動(dòng)衛(wèi)星寬帶通信應(yīng)用的低成本，低重量，低輪廓的Ku、Ka或Ku / Ka雙頻天線。天線的模塊化特性和曲面的適應(yīng)能力使得其可以適用于汽車、船只、火車、公共汽車和飛機(jī)等載體。這一新系統(tǒng)及其對(duì)更高的毫米波頻段的擴(kuò)展能力也使其在將來可以在5G及毫米波汽車?yán)走_(dá)等電信領(lǐng)域得到應(yīng)用。

C-COM宣布在2014年與滑鐵盧大學(xué)合作利用正在申請(qǐng)專利的技術(shù)生產(chǎn)下一代移動(dòng)相控陣天線，這種正在開發(fā)的相控陣使用獨(dú)特的基于電控材料的移相器技術(shù)，以快速和平滑的方式改變傳播特性和相位，在整個(gè)Ka波段范圍內(nèi)沒有觀察到明顯的損失。新概念與大型陣列采用的低成本集成化無源技術(shù)完全兼容。該技術(shù)的另一個(gè)獨(dú)特特征是其插入損耗與相移幾乎完全不相關(guān)，這將為完全無源的相控陣列鋪平道路。

在2016年5月，C-COM基于其專利移相器技術(shù)，成功測(cè)試了其首款4x4 Ka波段相控陣列模塊。 4x4 Ka波段智能天線模塊采用基于創(chuàng)新架構(gòu)的低成本多層平面電路，具有靈活度高、厚度小、模塊化、一致性和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。初步結(jié)果令人振奮，即使幾個(gè)天線元件關(guān)閉，模塊仍然能夠提供可接受的輻射方向圖，而不會(huì)顯著降低性能。

來源：中信衛(wèi)星