Что означает рост популярности мобильных телефонов, напрямую подключенных к спутникам (спутниковый интернет вещей), для проектирования терминальных антенн?
Развитие технологии спутниковой связи с мобильными устройствами (спутниковый интернет вещей) представляет собой значительный прорыв в коммуникационных технологиях. Интеграция традиционных наземных сотовых сетей со спутниковыми сетями обеспечивает «полное покрытие». Это создает беспрецедентные проблемы для терминалов. антенна проектирует и открывает новые возможности для технологических инноваций. В частности, это означает:
1. Главная задача проектирования антенн: достижение оптимального баланса между «многочастотностью, многомодовым режимом работы, высокой производительностью и компактными размерами».
Совместимость с частотными диапазонами: Терминальные антенны должны поддерживать как традиционные диапазоны сотовой связи (например, 4G/5G Sub-6GHz), так и диапазоны спутниковой связи (например, L-диапазон, S-диапазон или даже Ka/Ku-диапазон). Это требует от антенны чрезвычайно широкого частотного диапазона.
Адаптация режима работы: Антенна должна интеллектуально переключаться между «наземным режимом» и «спутниковым режимом». В наземном режиме она должна соответствовать требованиям высокой скорости и низкой задержки. В спутниковом режиме она должна справляться с высокими потерями на трассе распространения сигнала, эффектом Доплера и выравниванием спутника (особенно для спутников на негеостационарных орбитах).
Компромисс между производительностью и размером: спутниковая связь требует антенн с высоким коэффициентом усиления из-за больших расстояний и слабого сигнала. Однако ограничения по размерам таких устройств, как смартфоны, не позволяют использовать традиционные параболические антенны. Достижение высокого коэффициента усиления и эффективности в ограниченном пространстве остается самой большой проблемой.
| Размер воздействия | Конкретные требования | Показатель данных |
| Адаптивность диапазона | Поддерживает многодиапазонную спутниковую связь (диапазоны L/S/C/X/Ku) и совместим с наземными диапазонами мобильной связи (5G/4G). | Диапазон частот спутниковой связи: 1,5–18 ГГц; степень совместимости с наземными диапазонами ≥ 95%. |
| Миниатюризация и интеграция | Обеспечить сосуществование спутниковой антенны и встроенной антенны мобильного телефона (например, сотовой антенны). Wi-Fi антенна) без увеличения объема терминала | Размер антенны: ≤ 800 мм² (для смартфона); Плотность размещения: ≥ 6 антенн на площади 10 см². |
| Усиление и направленность | Обеспечение стабильного приема сигнала в условиях спутниковой связи с малым углом возвышения (≤ 10°). | Коэффициент усиления антенны: ≥ 5 дБи (L-диапазон); отношение передней и задней антенны: ≥ 15 дБ |
| Помехоустойчивость | Устойчивость к помехам от наземных электромагнитных сигналов и межспутниковым перекрестным помехам. | Подавление помех: ≥ 20 дБ; частота битовых ошибок (BER): ≤ 1×10⁻⁶ при уровне сигнала -120 дБм. |
| Оптимизация энергопотребления | Снижение энергопотребления антенны позволит увеличить время работы терминала в режиме ожидания спутниковой связи. | Рабочий ток антенны: ≤ 50 мА; Потребляемая мощность в режиме ожидания: ≤ 5 мА |
2.Ключевые направления развития технологий
Интеллектуальное формирование луча и фазированная антенная решетка:
Перспективным направлением развития в будущем станет интеграция нескольких антенных блоков в фазированные антенные решетки, способные автоматически отслеживать спутники посредством электронного сканирования без физического вращения. Это крайне важно для подключения высокоскоростных низкоорбитальных спутников (таких как Starlink и StarNet).
Техническая сложность заключается в интеграции сложных антенных решеток радиочастотного тракта (включая фазовращатели и сети питания) в сверхтонкие терминалы при одновременном контроле энергопотребления и стоимости.
Инновации в материалах и конструкциях:
Эффективность антенны повышается, а ее размеры уменьшаются за счет использования диэлектрических резонаторных антенн, магнитных материалов или метаматериалов.
В структурном плане мы исследуем реконфигурируемые антенны (изменение резонансных характеристик с помощью переключателей), складные антенны (использование рамок экрана или рамок телефонов в качестве излучателей) и многоантенные системы, объединяющие спутниковую связь, Wi-Fi и GPS антенны).
Интеллектуальные алгоритмы и системная интеграция:
Производительность антенны зависит не только от аппаратного обеспечения, но и от интеллектуальных алгоритмов (таких как управление лучом на основе ИИ и адаптивная настройка), которые оптимизируют связь и компенсируют такие факторы, как изменение положения человека в руке и наличие препятствий.
Для достижения сквозной оптимизации антенны, радиочастотного тракта и микросхемы базовой полосы требуется тесное сотрудничество при проектировании.
3.Влияние на промышленную экосистему
Требования к проектированию существенно повысились: производители антенн должны освоить как спутниковую, так и мобильную связь, поддерживая при этом тесное сотрудничество с поставщиками микросхем, производителями устройств и операторами спутниковой связи.
Сложность тестирования возрастает: его необходимо проводить в условиях, имитирующих спутниковые каналы (например, высокоскоростное движение низкоорбитальных спутников), и в сложных наземных условиях, что предъявляет новые требования к фотолаборатории, измерительному оборудованию и протоколам.
Компромисс между стоимостью и проникновением на рынок: хотя в моделях высокого класса изначально могут использоваться отдельные модули спутниковых антенн, долгосрочное снижение затрат и повышение энергоэффективности за счет глубокой интеграции имеют решающее значение для массового внедрения в устройствах среднего и низкого ценового сегмента.
4Перспективы на будущее
Поэтапная эволюция:
В краткосрочной перспективе: система в основном поддерживает низкоскоростные сервисы, такие как короткие сообщения Beidou и экстренные SMS-сообщения, с относительно простыми конструкциями антенн (например, антенны поверхностного монтажа).
Средний ценовой сегмент: Поддерживает голосовую связь и умеренные скорости передачи данных, с возможностью использования выдвижных антенн или внешних устройств в качестве промежуточных решений.
Долгосрочная перспектива: высокоскоростной широкополосный доступ и прозрачно интегрированные интеллектуальные антенные системы станут стандартом, обеспечивая пользователям бесперебойное переключение между наземными и спутниковыми сетями.
Новые терминалы следующего поколения: помимо смартфонов, носимые устройства, автомобильные приборы и датчики IoT будут оснащены прямой спутниковой связью, что вызовет волну разработки специализированных встроенных антенн.