ظهور تلفنهای همراه متصل به اینترنت ماهوارهای (اینترنت اشیاء ماهوارهای) چه معنایی برای طراحی آنتن ترمینال دارد؟
ظهور فناوری ماهواره به موبایل (اینترنت اشیا ماهوارهای) نشاندهنده یک پیشرفت قابل توجه در فناوری ارتباطات است. با ادغام شبکههای سلولی زمینی سنتی با شبکههای ماهوارهای، به "پوشش کامل دامنه" دست مییابد. این امر چالشهای بیسابقهای را برای ترمینالها ایجاد میکند. آنتن طراحی میکند و راههای جدیدی را برای نوآوریهای تکنولوژیکی میگشاید. به طور خاص، این به این معنی است:
۱. چالش اصلی طراحی آنتن: تعادل نهایی بین «چند فرکانسی، چند حالته، عملکرد بالا و اندازه جمع و جور»
سازگاری با باند فرکانسی: آنتنهای ترمینال باید از هر دو باند سلولی سنتی (مثلاً 4G/5G Sub-6GHz) و باندهای ارتباط ماهوارهای (مثلاً باند L، باند S یا حتی باند Ka/Ku) پشتیبانی کنند. این امر مستلزم آن است که آنتن پوشش فرکانسی بسیار وسیعی داشته باشد.
تطبیق حالت: آنتن باید هوشمندانه بین «حالت زمینی» و «حالت ماهوارهای» تغییر حالت دهد. در حالت زمینی، باید الزامات سرعت بالا و تأخیر کم را برآورده کند. در حالت ماهوارهای، باید تلفات بالای مسیر، جابجایی داپلر و همترازی ماهواره (بهویژه برای ماهوارههای مدار غیرزمینثابت) را مدیریت کند.
بده بستان عملکرد و اندازه: لینکهای ماهوارهای به دلیل مسافت طولانی و سیگنالهای ضعیف، به آنتنهای با بهره بالا نیاز دارند. با این حال، محدودیتهای اندازه دستگاههایی مانند تلفنهای هوشمند مانع از استفاده از آنتنهای سهموی سنتی میشود. دستیابی به بهره و کارایی بالا در فضای محدود همچنان بزرگترین چالش است.
| ابعاد ضربه | الزامات خاص | شاخص داده |
| سازگاری باند | پشتیبانی از ارتباطات ماهوارهای چند باندی (باند L/S/C/X/Ku) و سازگار با باندهای ارتباطی موبایل زمینی (5G/4G) | پوشش باند ماهوارهای: ۱.۵-۱۸ گیگاهرتز؛ نرخ سازگاری باند زمینی ≥ ۹۵٪ |
| کوچکسازی و یکپارچهسازی | همزیستی آنتن ماهواره و آنتن داخلی تلفن همراه (مثلاً آنتن تلفن همراه) را درک کنید وایفای آنتن) بدون افزایش حجم ترمینال | اندازه آنتن: ≤ ۸۰۰ میلیمتر مربع (برای ترمینال تلفن هوشمند)؛ تراکم ادغام: ≥ ۶ آنتن در فضای ۱۰ سانتیمتر مربع |
| بهره و جهتگیری | دریافت سیگنال پایدار را در سناریوهای ارتباط ماهوارهای با زاویه ارتفاع کم (≤ ۱۰ درجه) حفظ کنید | بهره آنتن: ≥ 5dBi (باند L)؛ نسبت جلو به عقب: ≥ 15dB |
| عملکرد ضد تداخل | در برابر تداخل سیگنالهای الکترومغناطیسی زمینی و تداخل سیگنالهای بین ماهوارهای مقاومت کنید | رد تداخل: ≥ 20dB؛ نرخ خطای بیت (BER): ≤ 1×10⁻⁶ در قدرت سیگنال -120dBm |
| بهینهسازی مصرف برق | کاهش مصرف برق آنتن برای افزایش زمان آماده به کار ترمینال در حالت ارتباط ماهوارهای | جریان کاری آنتن: ≤ ۵۰ میلیآمپر؛ مصرف برق در حالت آماده به کار: ≤ ۵ میلیآمپر |
۲.جهت گیری کلیدی تکامل فناوری
آنتن آرایه فازی و شکلدهی پرتو هوشمند:
جهتگیری اصلی آینده، ادغام چندین واحد آنتن در آنتنهای آرایه فازی است که میتوانند به طور خودکار ماهوارهها را از طریق اسکن الکترونیکی و بدون چرخش فیزیکی ردیابی کنند. این امر برای اتصال ماهوارههای پرسرعت در حال حرکت در مدار پایین (مانند استارلینک و استارنت) بسیار مهم است.
چالش فنی، ادغام آرایههای پیچیده RF front-end (شامل شیفتدهندههای فاز و شبکههای تغذیه توان) در ترمینالهای بسیار نازک و در عین حال کنترل مصرف توان و هزینهها است.
نوآوری در مصالح و سازه:
با استفاده از آنتن تشدیدگر دیالکتریک، ماده مغناطیسی یا متاماده، بازده آنتن بهبود یافته و اندازه آن کاهش مییابد.
از نظر ساختاری، ما آنتنهای قابل پیکربندی مجدد (تغییر ویژگیهای رزونانس از طریق سوئیچها)، آنتنهای تاشو (استفاده از حاشیههای صفحه نمایش یا قابهای تلفن به عنوان رادیاتور) و طرحهای ادغام چند آنتن (به اشتراکگذاری ماهواره، وایفای و...) را بررسی میکنیم. جی پی اس آنتن ها).
الگوریتمهای هوشمند و یکپارچهسازی سیستم:
عملکرد آنتن نه تنها به سختافزار، بلکه به الگوریتمهای هوشمند (مانند مدیریت پرتو مبتنی بر هوش مصنوعی و تنظیم تطبیقی) نیز بستگی دارد تا لینک را بهینه کرده و عواملی مانند تغییرات موقعیت دستی و موانع را جبران کند.
آنتن، بخش جلویی RF و تراشه باند پایه برای دستیابی به بهینهسازی سرتاسری، نیاز به طراحی مشارکتی عمیق دارند.
۳.تأثیر بر اکوسیستم صنعتی
آستانه طراحی به طور قابل توجهی افزایش یافته است: تولیدکنندگان آنتن باید بر ارتباطات ماهوارهای و موبایل تسلط داشته باشند، ضمن اینکه همکاری نزدیکی با تأمینکنندگان تراشه، سازندگان دستگاهها و اپراتورهای ماهوارهای داشته باشند.
پیچیدگی آزمایش افزایش مییابد: باید در کانالهای ماهوارهای شبیهسازی شده (مانند حرکت پرسرعت ماهوارههای مدار پایین) و محیطهای پیچیده زمینی آزمایش شود، که الزامات جدیدی را برای تاریکخانه، ابزارهای آزمایش و پروتکلها ایجاد میکند.
تعادل بین هزینه و نفوذ در بازار: در حالی که مدلهای رده بالا ممکن است در ابتدا دارای ماژولهای آنتن ماهوارهای مستقل باشند، کاهش هزینه در درازمدت و بهبود بهرهوری انرژی از طریق یکپارچهسازی عمیق برای پذیرش گسترده در دستگاههای میانرده تا پایینرده ضروری است.
۴چشمانداز آینده
تکامل مرحلهای:
کوتاهمدت: این سیستم در درجه اول از سرویسهای کمسرعت مانند پیامهای کوتاه Beidou و پیامک اضطراری، با طراحی آنتنهای نسبتاً ساده (مثلاً آنتنهای نصبشده روی سطح) پشتیبانی میکند.
میانرده: از صدا و نرخ داده متوسط پشتیبانی میکند، به همراه آنتنهای پاپآپ یا دستگاههای خارجی به عنوان راهحلهای انتقالی.
چشمانداز بلندمدت: پهنای باند پرسرعت و سیستمهای آنتن هوشمند یکپارچه و شفاف به استاندارد تبدیل خواهند شد و امکان جابجایی یکپارچه بین شبکههای زمینی و ماهوارهای را برای کاربران فراهم میکنند.
ترمینالهای نسل بعدی نوظهور: فراتر از گوشیهای هوشمند، پوشیدنیها، دستگاههای درون خودرو و حسگرهای اینترنت اشیا همگی از اتصال مستقیم ماهوارهای برخوردار خواهند بود و موجی از طراحیهای آنتنهای توکار سفارشی را به راه خواهند انداخت.