在GEO衛(wèi)星下的動中通應用,衛(wèi)星不動,地面衛(wèi)星站(飛機、火車、汽車、輪船)在運動,衛(wèi)星站通常配置機械式動中通天線,天線在重量、體積、安裝/維護等有明顯不足,尤其是船載拋物面天線。
而對于LEO、MEO衛(wèi)星通信,衛(wèi)星在軌道上不停地快速運動,地面天線要保持跟蹤天空中“飛行”的衛(wèi)星,并能很快從跟蹤一顆衛(wèi)星切換到跟蹤另一顆衛(wèi)星。如果地面采用機械式天線,除非是雙天線,否則天線需要周期性地先中斷與上一顆衛(wèi)星的連接,轉回180度后對準下一顆衛(wèi)星,不然會造成通信不連續(xù)(下圖為O3b的雙天線地面站)。
當前機載寬帶行業(yè)幾乎有個共識:“天線是機載寬帶應用發(fā)展的致命弱點… 衛(wèi)星終端設備沒有取得衛(wèi)星容量、衛(wèi)星覆蓋同樣的發(fā)展水平… 機載天線口徑小,為不影響飛行空氣動力學又要平坦… 天線技術的微小改進都會顯著影響用戶Mbps的成本” 。
電掃描平板天線應用(Flat PanelAntenna,F(xiàn)PA)將大大改善上述情況。“電掃描天線利用電控方法使天線在沒有機械運動情況下實現(xiàn)對一定空域掃描的天線(來自百度百科)”,由于沒有機械部件,天線輪廓低、厚度薄、重量輕、可靠性高、維護簡單。一副天線甚至支持多星同時工作,非常有利于NGSO衛(wèi)星通信。
當前國際上2個電掃描平板天線廠家較引人注目,一個是Phasor公司,研發(fā)低成本相控陣天線;另一個是Kymeta公司,其天線基于“超材料”(metamaterial)。“超材料”為人工合成材料,具有天然材料所不具備的超常物理性質。Kymeta“超材料”天線能產生全息波束,通過“電”控制天線內部不同單元的工作狀態(tài),可以控制天線波束的方向,尋星、鎖星時間達微秒量級。(Kymeta公司成立于2012年,曾獲得Bill Gates等企業(yè)的1.44億美元投資)
Kymeta將在今年5月推出2個平板天線產品:
mTennau7天線系統(tǒng)模塊:尺寸70厘米,外形象塑料涂層八角形,大小近似于一個停車標牌,性能相當于60厘米的拋物面天線。mTennau7天線系統(tǒng)模塊將供應Intellian、Honeywell等公司,由他們做整體天線加工、包裝,再用于船載、機載應用。
集成完畢的KyWay通信終端:將用于車聯(lián)網(wǎng)等其它地面動中通應用。
等待Kymeta交付天線的客戶包括Panasonic、Toyota等公司,還有50個游艇客戶。Kymeta認為自己將是業(yè)界首個真正推出商業(yè)化電掃描平板天線的廠家。
Kymeta與Intelsat有很深的合作(Intelsat在本月入股Kymeta),“超材料”平板天線與Intelsat的Epic高通量衛(wèi)星是個絕配。在2016年mTenna天線被安裝在Toyota越野車上,在美國做了一個20,000英里的巡回路演。
Kymeta非??春密嚶?lián)網(wǎng)的應用。為刺激該應用領域的發(fā)展,Kymeta已經有20厘米天線的雛形,重量為11公斤,已在Intelsat Epic衛(wèi)星下做過演示。
在Intelsat的支持下Kymeta還準備在今年5月份推出名叫“KALO”的衛(wèi)星通信服務,將直接向市場銷售平板天線和衛(wèi)星通信服務。
KyWay集成通信終端(帶70厘米天線)初步定價為25,000美元,如果僅天線則價格為15,000美元左右(Kymeta希望將來能將天線價格降至250美元)。KALO衛(wèi)星通信服務速率能達100Mb/s,服務計劃及價格初步如下:每GB(字節(jié))29美元,每80GB(字節(jié))899美元。
由于“超材料”天線采用與液晶顯示器(LCD)一樣的薄膜晶體管(TFT)技術,結構部件、制造工藝與平常的電腦顯示器相近,Kymeta在2015年選擇采用SHARP制造液晶電視機的大規(guī)模產品線來生產天線(因此低成本)。
Kymeta將來要實現(xiàn)同一天線在Intelsat GEO與OneWeb LEO衛(wèi)星之間的通信無縫銜接。
電掃描平板天線將大大促進衛(wèi)星動中通應用,但客戶應用需求有不同,能承擔的費用情況有不同,平板電掃描天線不會完全取代傳統(tǒng)的拋物面天線,而是二者共存。NSR最近分析表明,全球平板天線制造商截至2026年的累計設備收入將達91億美元,其中機載通信領域的收入占89%。