作者 | Tereza Pultarova《Via Satellite》
譯者 | 沈永言（中國衛通 ）
天線製造商們稱，是融資而不是天線阻礙了LEO星座和無所不在的高帶寬衛星連接這一嶄新世界的到來。他們聲稱，該技術已準備就緒，可以滿足需求。
當O3b前首席商務官John Finney決定將他的新工作重點放在衛星通信天線和終端上時，他對自己想要達到的目標有了清晰的認識。他希望建立一個非常便宜的終端，就像傳奇的諾基亞手機在20世紀90年代中期之於移動通信領域那樣，為衛星通信市場做同樣的事情。
在移動行業開始自己的職業生涯的Finney，對這個故事了如指掌。「移動行業始於1980年，到1995年已吸引了大約11億客戶。然後發生了一些非常有趣的事情。在接下來的短短3年時間裡，移動行業增加了另外10億客戶，主要來自新興市場。」在2018年3月於華盛頓舉行的「SATELLITE 2018」會議上發表主題演講時，Finney首次推出了他的天線和集成終端創業公司Isotropic Systems。
Finney暗示，20世紀90年代後期，在移動領域發生的『某事』與衛星通信目前發生的情況並無不同，如技術改進、基礎設施成本降低、新的經濟模式。Finney認為，在未來5年內，衛星通信服務將變得無處不在，從富有的超級遊艇所有者、軍隊和大型企業的特權，擴展到為大眾服務。
OneWeb和SpaceX等LEO運營商預計將於2019年開始部署它們的巨型星座，旨在為世界上仍未連接的那一半人口提供低延遲的高帶寬連接。GEO衛星運營商正在通過日益強大的HTS加強其地位。隨著新一代太空飛行器的出現，MEO將變得更加擁擠。衛星將把偏遠地區的人們連接起來，也將把新生的IOT所有類型的機器和數字設備連接起來。
但是，在無處不在的衛星通信即將到來的新時代，需要新一代的天線和終端技術，這種技術要同時具備廉價、易於使用、能夠無縫地處理日益複雜的空間生態系統等特點。
MEO衛星系統目前依賴於適用於靜止GEO衛星的傳統拋物面天線技術。該技術有效，但也存在挑戰。以LEO衛星為例，它以高速度繞地球運轉，停留在地面站的觀測範圍內只有幾分鐘，這個問題用老式技術幾乎無法解決。同樣，由於預計LEO星座將由數百至數千個太空飛行器組成，衛星面臨著儘可能小、儘可能便宜的壓力，這再次對天線技術構成挑戰。
業界對電調或平板天線解決方案寄予厚望。但目前可用的產品也存在問題，包括定價過高。
「剛開始時，我們想要成為技術不可知論者。」Finney表示。Isotropic Systems成立於2013年，開始時默默無聞。「我們從運營商的需求開始，我們研究了五年後的市場情況，並著手設計一個新的衛星連接世界的系統。」
該公司研究了各種技術可能性，並最終確定了一種以前未曾探索過的方法。Isotropic Systems使用光學波束形成模塊來製造可擴展的共形天線。根據Finney的說法，這種天線比現有的相控陣和平板技術成本低70％至95％，功耗降低80％，電子元件減少70％。
在「SATELLITE 2018」首次亮相後不久，Isotropic Systems宣布了與SES、OneWeb、Inmarsat和Avanti等一些業界領先企業籤訂了可觀的備貨合同和合作夥伴關係。
「與關心平板相比，人們更關心廉價。」Finney評論了Isotropic Systems的初步成功。
對於Isotropic Systems，天線只是一個開始。他們的目標是創建一個廉價的全集成終端，帶有天線、分布式電源系統和數據機。該公司預計將於2020年向SES和Inmarsat發布首批Ka波段原型機，並於2021年開始測試生產。此後不久，將推出一系列Ku波段終端。
Finney駁斥了一個經常被討論的觀點，即天線技術是阻礙MEO和LEO星座成功的主要障礙物。就Isotropic System而言，天線問題即使沒有完全解決，也至少近乎解決了。「MEO和LEO星座唯一真正的挑戰是融資，因為首先你需要非常大的一筆錢來讓你的星座能夠組網。」Finney說。「就這一觀念而言，地面存在重大的技術挑戰，情況絕對不是這樣。」
需求將導致價格下跌
總部位於以色列/英國的天線創新公司SatixFy的市場營銷和產品副總裁Gil Shacham似乎同意這一觀點。「技術已經準備就緒，現在我們需要產量」Shacham告訴《Via Satellite》。「希望很大，很快就會有OneWeb、Telesat、SpaceX和其他產品，這將降低價格。」
Satixfy六年前由以色列衛星行業資深人士Yoel Gat創立，目前正在開發可用作智能數字天線構建模塊的先進矽晶片。2018年3月，該公司推出了它們的電控多波束陣列（ESMA）天線，並計劃在2019年推出針對航空和物聯網細分市場的產品。
「對於消費者市場，運營商需要數百美元或數千美元的低價，這就是我們的目標。」Shacham說。「這絕對是可以實現的，自從我們設計矽片，我們可以實現我們的矽經濟學。在矽片方面，如果你有足夠的產量，有足夠的需求，那麼價格就變得越來越便宜。」
Shacham說，ESMA產品由天線貼片組成，這些數字連接的構建塊可用於創建更大、更強的天線。與Isotropic Systems類似，SatixFy的目標不僅僅是天線，而是一個配有軟體定義無線電晶片的集成終端，能夠以數字方式接收、傳輸和處理多個波束。
Isotropic Systems和SatixFy都表示他們的設備可以處理多個波束，這使得它們可以跟蹤多個太空飛行器，並在一顆衛星上升和另一顆衛星下降時無縫地進行切換。「當你以數字方式做事時，它是自然而然的事。」Shacham說。「這就是技術之美。你可以生成很多波束，也可以將它們指向任何你想要的地方。」
步步為營
行業大佬AvL Technologies提供三種類型的MEO天線解決方案，除了依靠多個機械調控的拋物面碟型天線，也在研究電控技術，以滿足未來LEO的需求。
「我們現在正在處理的MEO系統大約有12顆在軌衛星。」AvL Technologies首席射頻工程師Ian Timmins博士說，「SpaceX已經申請了大約7000顆衛星，因此，將會有更多的衛星需要進行跟蹤。」
2018年3月，AvL推出了他們的第一款平板解決方案，Ka頻段的DarkWing平板VSAT。Timmins表示，電子技術將使未來的產品具有更多差異化的功能。然而，該技術仍然需要進一步成熟，才與久經考驗的拋物面天線的性能相匹配。
根據Timmins的說法，LEO不僅帶來了挑戰，還提供了一些好處，比如衛星間的距離越近，終端的功耗就越低，用戶的帶寬就會越高。與Shacham相似，Timmins認為，儘管現在技術成本相當高，但一旦需求上升，它將不可避免地下降。
Timmins說：「你現在能看到很多關於LEO星座的媒體，但還沒有看到很多可用的系統。當這些星座開始運作並得以廣泛使用時，地面部分將真正專注於具有成本效益的解決方案。」
多軌道解決方案
總部位於加州的ThinKom的首席技術官Bill Milroy表示，天線製造商雖然已經為航空市場提供兼容LEO的低輪廓天線，但在此階段，只能將LEO技術視為一項不確定的業務。
「我們覺得沒有人會對僅使用LEO的解決方案，或僅使用MEO的解決方案感到滿意。」Milroy說。「我們喜歡OneWeb，但是如果你購買OneWeb專用終端，你就會指望他們的系統在技術和財務方面能保持健康發展。」
ThinKom有理由對LEO持謹慎態度。該公司幾乎與Teledesic同時開始，後者在20世紀90年代由微軟創始人比爾·蓋茨資助，希望建立一個與OneWeb非常相似的LEO寬帶星座。Teledesic的計劃從未實現過，主要是出於經濟原因。
此外，Milroy說，在OneWeb尚未認證的720顆衛星中，只要有少數發生故障，就會導致覆蓋間隙，這對許多應用程式來說可能是一個問題。「如果你需要100％的可用性，通常會出現MEO或LEO衛星不可用的情況。」Milroy說。「也許是因為某個位置被樹木擋住了，或者系統沒有適合您所在位置的波束。當這些特殊情況出現時，這些系統可以在GEO衛星上工作，因為它們通常是可預測的。」
ThinKom的可變傾角連續斷面節陣列（VICTS）天線由圍繞單軸旋轉的輕質圓盤層構成，以控制波束和偏振。根據Milroy的說法，它提供了相控陣和機械控制天線兩者中最好的技術。這些終端已經可以支持LEO、MEO和GEO系統，為客戶提供更多便利。
跨越多個軌道的系統似乎是其他天線開發人員所同樣關注的目標。
SatixFy的Shacham表示，由於多個運營商已經擁有或計劃運營跨越多個軌道的星隊，因此，可以同時為多個軌道和多個頻率提供服務的終端，是順理成章的下一步。「SES已經擁有GEO和MEO，Telesat擁有GEO並計劃推進LEO，OneWeb和Intelsat之間已經開展了一些合作。」Shacham說，「例如，GEO非常適合視頻流，但是，如果你想提供網際網路服務，從MEO或LEO衛星接收它更有意義，因為它們距離地球更近，延遲也更低。
Shacham說，SatixFy的數位技術已經可以在多個軌道上為衛星提供服務。Isotropic System的Finney證實，該公司計劃在未來幾年內提供類似的能力。
「正確的解決方案是這樣的一種環境：你可以訪問正確的衛星，並以正確的方式傳送正確的信息。」Finney總結道，「我們可以在不大幅提高價格的情況下，為客戶提供任意數量的波束，這將使服務提供商能夠靈活地與下一代衛星對接。」
下一代星上天線和LEO智能有效載荷
ThinKom、SatixFy和Isotropic Systems都建議，他們希望未來將自己的技術應用於LEO和MEO衛星，儘管目前尚未籤署任何相關商業協議。
「當然，它們在太空飛行器天線中所需的關鍵屬性是高可靠性、重量輕、結構緊湊、功耗低」Milroy說，「這些都是我們已經在地面上具有的所有屬性。」
他表示，ThinKom正在積極競標有關天線的項目，這些項目不僅提供用戶波束，還提供網關饋電鏈路和未來衛星鏈路。該公司的目標是開發更小的技術版本以用於衛星，並希望在兩到四年內將設備送入太空。
「特別是在小衛星上的全向碟形天線可能存在問題。」Milroy說。「如何部署它？如何確保其可靠部署，並可靠運行？因為我們的產品被固定在衛星總線上，所以不需要部署，這是我們最初就計劃好的。從可靠性的角度來看，這是一個很大的優勢。」
Finney表示，縮小衛星尺寸是一個趨勢，特別是對於星座來說，這對天線製造商提出了挑戰。「現在，如果沒有非常大的衛星總線，就沒有辦法實現中高增益的衛星多波束性能。」他說，「我們相信適用於太空的智慧財產權可以解決這個問題。由於操作環境不同，必須使用不同的材料。」
SatixFy也希望其數位技術能夠引起LEO衛星運營商的注意。Shacham說，該公司的天線和終端可以構成未來智能有效載荷的基礎，使衛星能夠相互通信，並允許運營商以最有效的方式運行複雜的下一代空間網絡。
「衛星上的智能數據機將是一個巨大的優勢。」Shacham說，「新的星座有望保證衛星之間的連通性、衛星間鏈路。如果要執行此操作，則必須具有智能有效載荷，它可以有效地將通信從網關連結路由到衛星間鏈路和用戶波束。這就是我們正在開發的東西。」