LEO发展缓慢是因为天线？天线：这个锅我不背

Original: 沈永言卫星与网络 2019-06-07

呼风唤雨◇让消费者看见品质更好的产品

作者 | Tereza Pultarova《Via Satellite》

译者 | 沈永言（中国卫通）

天线制造商们称，是融资而不是天线阻碍了LEO星座和无所不在的高带宽卫星连接这一崭新世界的到来。他们声称，该技术已准备就绪，可以满足需求。

当O3b前首席商务官John Finney决定将他的新工作重点放在卫星通信天线和终端上时，他对自己想要达到的目标有了清晰的认识。他希望建立一个非常便宜的终端，就像传奇的诺基亚手机在20世纪90年代中期之于移动通信领域那样，为卫星通信市场做同样的事情。

在移动行业开始自己的职业生涯的Finney，对这个故事了如指掌。“移动行业始于1980年，到1995年已吸引了大约11亿客户。然后发生了一些非常有趣的事情。在接下来的短短3年时间里，移动行业增加了另外10亿客户，主要来自新兴市场。”在2018年3月于华盛顿举行的“SATELLITE 2018”会议上发表主题演讲时，Finney首次推出了他的天线和集成终端创业公司Isotropic Systems。

Finney暗示，20世纪90年代后期，在移动领域发生的‘某事’与卫星通信目前发生的情况并无不同，如技术改进、基础设施成本降低、新的经济模式。Finney认为，在未来5年内，卫星通信服务将变得无处不在，从富有的超级游艇所有者、军队和大型企业的特权，扩展到为大众服务。

OneWeb和SpaceX等LEO运营商预计将于2019年开始部署它们的巨型星座，旨在为世界上仍未连接的那一半人口提供低延迟的高带宽连接。GEO卫星运营商正在通过日益强大的HTS加强其地位。随着新一代航天器的出现，MEO将变得更加拥挤。卫星将把偏远地区的人们连接起来，也将把新生的IOT所有类型的机器和数字设备连接起来。

但是，在无处不在的卫星通信即将到来的新时代，需要新一代的天线和终端技术，这种技术要同时具备廉价、易于使用、能够无缝地处理日益复杂的空间生态系统等特点。

MEO卫星系统目前依赖于适用于静止GEO卫星的传统抛物面天线技术。该技术有效，但也存在挑战。以LEO卫星为例，它以高速度绕地球运转，停留在地面站的观测范围内只有几分钟，这个问题用老式技术几乎无法解决。同样，由于预计LEO星座将由数百至数千个航天器组成，卫星面临着尽可能小、尽可能便宜的压力，这再次对天线技术构成挑战。

业界对电调或平板天线解决方案寄予厚望。但目前可用的产品也存在问题，包括定价过高。

“刚开始时，我们想要成为技术不可知论者。”Finney表示。Isotropic Systems成立于2013年，开始时默默无闻。“我们从运营商的需求开始，我们研究了五年后的市场情况，并着手设计一个新的卫星连接世界的系统。”

该公司研究了各种技术可能性，并最终确定了一种以前未曾探索过的方法。Isotropic Systems使用光学波束形成模块来制造可扩展的共形天线。根据Finney的说法，这种天线比现有的相控阵和平板技术成本低70％至95％，功耗降低80％，电子元件减少70％。

在“SATELLITE 2018”首次亮相后不久，Isotropic Systems宣布了与SES、OneWeb、Inmarsat和Avanti等一些业界领先企业签订了可观的备货合同和合作伙伴关系。

“与关心平板相比，人们更关心廉价。”Finney评论了Isotropic Systems的初步成功。

对于Isotropic Systems，天线只是一个开始。他们的目标是创建一个廉价的全集成终端，带有天线、分布式电源系统和调制解调器。该公司预计将于2020年向SES和Inmarsat发布首批Ka波段原型机，并于2021年开始测试生产。此后不久，将推出一系列Ku波段终端。

Finney驳斥了一个经常被讨论的观点，即天线技术是阻碍MEO和LEO星座成功的主要障碍物。就Isotropic System而言，天线问题即使没有完全解决，也至少近乎解决了。“MEO和LEO星座唯一真正的挑战是融资，因为首先你需要非常大的一笔钱来让你的星座能够组网。”Finney说。“就这一观念而言，地面存在重大的技术挑战，情况绝对不是这样。”

需求将导致价格下跌

总部位于以色列/英国的天线创新公司SatixFy的市场营销和产品副总裁Gil Shacham似乎同意这一观点。“技术已经准备就绪，现在我们需要产量”Shacham告诉《Via Satellite》。“希望很大，很快就会有OneWeb、Telesat、SpaceX和其他产品，这将降低价格。”

Satixfy六年前由以色列卫星行业资深人士Yoel Gat创立，目前正在开发可用作智能数字天线构建模块的先进硅芯片。2018年3月，该公司推出了它们的电控多波束阵列（ESMA）天线，并计划在2019年推出针对航空和物联网细分市场的产品。

“对于消费者市场，运营商需要数百美元或数千美元的低价，这就是我们的目标。”Shacham说。“这绝对是可以实现的，自从我们设计硅片，我们可以实现我们的硅经济学。在硅片方面，如果你有足够的产量，有足够的需求，那么价格就变得越来越便宜。”

Shacham说，ESMA产品由天线贴片组成，这些数字连接的构建块可用于创建更大、更强的天线。与Isotropic Systems类似，SatixFy的目标不仅仅是天线，而是一个配有软件定义无线电芯片的集成终端，能够以数字方式接收、传输和处理多个波束。

Isotropic Systems和SatixFy都表示他们的设备可以处理多个波束，这使得它们可以跟踪多个航天器，并在一颗卫星上升和另一颗卫星下降时无缝地进行切换。“当你以数字方式做事时，它是自然而然的事。”Shacham说。“这就是技术之美。你可以生成很多波束，也可以将它们指向任何你想要的地方。”

步步为营

行业大佬AvL Technologies提供三种类型的MEO天线解决方案，除了依靠多个机械调控的抛物面碟型天线，也在研究电控技术，以满足未来LEO的需求。

“我们现在正在处理的MEO系统大约有12颗在轨卫星。”AvL Technologies首席射频工程师Ian Timmins博士说，“SpaceX已经申请了大约7000颗卫星，因此，将会有更多的卫星需要进行跟踪。”

2018年3月，AvL推出了他们的第一款平板解决方案，Ka频段的DarkWing平板VSAT。Timmins表示，电子技术将使未来的产品具有更多差异化的功能。然而，该技术仍然需要进一步成熟，才与久经考验的抛物面天线的性能相匹配。

根据Timmins的说法，LEO不仅带来了挑战，还提供了一些好处，比如卫星间的距离越近，终端的功耗就越低，用户的带宽就会越高。与Shacham相似，Timmins认为，尽管现在技术成本相当高，但一旦需求上升，它将不可避免地下降。

Timmins说：“你现在能看到很多关于LEO星座的媒体，但还没有看到很多可用的系统。当这些星座开始运作并得以广泛使用时，地面部分将真正专注于具有成本效益的解决方案。”

多轨道解决方案

总部位于加州的ThinKom的首席技术官Bill Milroy表示，天线制造商虽然已经为航空市场提供兼容LEO的低轮廓天线，但在此阶段，只能将LEO技术视为一项不确定的业务。

“我们觉得没有人会对仅使用LEO的解决方案，或仅使用MEO的解决方案感到满意。”Milroy说。“我们喜欢OneWeb，但是如果你购买OneWeb专用终端，你就会指望他们的系统在技术和财务方面能保持健康发展。”

ThinKom有理由对LEO持谨慎态度。该公司几乎与Teledesic同时开始，后者在20世纪90年代由微软创始人比尔·盖茨资助，希望建立一个与OneWeb非常相似的LEO宽带星座。Teledesic的计划从未实现过，主要是出于经济原因。

此外，Milroy说，在OneWeb尚未认证的720颗卫星中，只要有少数发生故障，就会导致覆盖间隙，这对许多应用程序来说可能是一个问题。“如果你需要100％的可用性，通常会出现MEO或LEO卫星不可用的情况。”Milroy说。“也许是因为某个位置被树木挡住了，或者系统没有适合您所在位置的波束。当这些特殊情况出现时，这些系统可以在GEO卫星上工作，因为它们通常是可预测的。”

ThinKom的可变倾角连续断面节阵列（VICTS）天线由围绕单轴旋转的轻质圆盘层构成，以控制波束和偏振。根据Milroy的说法，它提供了相控阵和机械控制天线两者中最好的技术。这些终端已经可以支持LEO、MEO和GEO系统，为客户提供更多便利。

跨越多个轨道的系统似乎是其他天线开发人员所同样关注的目标。

SatixFy的Shacham表示，由于多个运营商已经拥有或计划运营跨越多个轨道的星队，因此，可以同时为多个轨道和多个频率提供服务的终端，是顺理成章的下一步。“SES已经拥有GEO和MEO，Telesat拥有GEO并计划推进LEO，OneWeb和Intelsat之间已经开展了一些合作。”Shacham说，“例如，GEO非常适合视频流，但是，如果你想提供互联网服务，从MEO或LEO卫星接收它更有意义，因为它们距离地球更近，延迟也更低。

Shacham说，SatixFy的数字技术已经可以在多个轨道上为卫星提供服务。Isotropic System的Finney证实，该公司计划在未来几年内提供类似的能力。

“正确的解决方案是这样的一种环境：你可以访问正确的卫星，并以正确的方式传送正确的信息。”Finney总结道，“我们可以在不大幅提高价格的情况下，为客户提供任意数量的波束，这将使服务提供商能够灵活地与下一代卫星对接。”

下一代星上天线和LEO智能有效载荷

ThinKom、SatixFy和Isotropic Systems都建议，他们希望未来将自己的技术应用于LEO和MEO卫星，尽管目前尚未签署任何相关商业协议。

“当然，它们在航天器天线中所需的关键属性是高可靠性、重量轻、结构紧凑、功耗低”Milroy说，“这些都是我们已经在地面上具有的所有属性。”

他表示，ThinKom正在积极竞标有关天线的项目，这些项目不仅提供用户波束，还提供网关馈电链路和未来卫星链路。该公司的目标是开发更小的技术版本以用于卫星，并希望在两到四年内将设备送入太空。

“特别是在小卫星上的全向碟形天线可能存在问题。”Milroy说。“如何部署它？如何确保其可靠部署，并可靠运行？因为我们的产品被固定在卫星总线上，所以不需要部署，这是我们最初就计划好的。从可靠性的角度来看，这是一个很大的优势。”

Finney表示，缩小卫星尺寸是一个趋势，特别是对于星座来说，这对天线制造商提出了挑战。“现在，如果没有非常大的卫星总线，就没有办法实现中高增益的卫星多波束性能。”他说，“我们相信适用于太空的知识产权可以解决这个问题。由于操作环境不同，必须使用不同的材料。”

SatixFy也希望其数字技术能够引起LEO卫星运营商的注意。Shacham说，该公司的天线和终端可以构成未来智能有效载荷的基础，使卫星能够相互通信，并允许运营商以最有效的方式运行复杂的下一代空间网络。

“卫星上的智能调制解调器将是一个巨大的优势。”Shacham说，“新的星座有望保证卫星之间的连通性、卫星间链路。如果要执行此操作，则必须具有智能有效载荷，它可以有效地将通信从网关链接路由到卫星间链路和用户波束。这就是我们正在开发的东西。”

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