Що означає зростання популярності мобільних телефонів, підключених безпосередньо до супутників (супутниковий Інтернет речей), для проектування термінальних антен?
Розвиток технології супутникового зв'язку з мобільним зв'язком (супутниковий Інтернет речей) являє собою значний прорив у сфері комунікаційних технологій. Інтегруючи традиційні наземні стільникові мережі із супутниковими мережами, досягається «повне покриття домену». Це створює безпрецедентні виклики для терміналів. антена дизайн та відкриває нові шляхи для технологічних інновацій. Зокрема, це означає:
1. Основна проблема проектування антен: максимальний баланс між «багаточастотністю, багатомодовістю, високою продуктивністю та компактним розміром»
Сумісність частотних діапазонів: Термінальні антени повинні підтримувати як традиційні стільникові діапазони (наприклад, 4G/5G Sub-6GHz), так і супутникові діапазони зв'язку (наприклад, L-діапазон, S-діапазон або навіть Ka/Ku-діапазон). Це вимагає від антени надзвичайно широкого частотного покриття.
Адаптація режиму: Антена повинна інтелектуально перемикатися між "Наземним режимом" та "Супутниковим режимом". У наземному режимі вона повинна відповідати вимогам до високої швидкості та низької затримки. У супутниковому режимі вона повинна обробляти високі втрати на трасі, доплерівський зсув та вирівнювання супутників (особливо для супутників на негеостаціонарній орбіті).
Компроміс між продуктивністю та розміром: супутникові канали потребують антен з високим коефіцієнтом посилення через великі відстані та слабкі сигнали. Однак обмеження розмірів таких пристроїв, як смартфони, перешкоджають використанню традиційних параболічних антен. Досягнення високого коефіцієнта посилення та ефективності в обмеженому просторі залишається найбільшою проблемою.
| Вимір впливу | Спеціальні вимоги | Індикатор даних |
| Адаптивність ремінця | Підтримка багатодіапазонного супутникового зв'язку (діапазон L/S/C/X/Ku) та сумісність з наземними діапазонами мобільного зв'язку (5G/4G) | Покриття супутникового діапазону: 1,5-18 ГГц; коефіцієнт сумісності з наземним діапазоном ≥ 95% |
| Мініатюризація та інтеграція | Здійснити співіснування супутникової антени та вбудованої антени мобільного телефону (наприклад, стільникової антени, Wi-Fi антена) без збільшення гучності терміналу | Розмір антени: ≤ 800 мм² (для смартфонного терміналу); Щільність інтеграції: ≥ 6 антен на площі 10 см² |
| Коефіцієнт посилення та спрямованості | Підтримка стабільного прийому сигналу в умовах супутникового зв'язку з малим кутом місця (≤ 10°) | Коефіцієнт підсилення антени: ≥ 5 дБі (діапазон L); співвідношення фронт-задній сигнал: ≥ 15 дБ |
| Захист від перешкод | Захист від перешкод від наземних електромагнітних сигналів та перехресних перешкод між супутниками | Придушення перешкод: ≥ 20 дБ; Коефіцієнт помилок у біті (BER): ≤ 1×10⁻⁶ при рівні сигналу -120 дБм |
| Оптимізація споживання енергії | Зменшення споживання енергії антеною для збільшення часу очікування терміналу в режимі супутникового зв'язку | Робочий струм антени: ≤ 50 мА; Споживання енергії в режимі очікування: ≤ 5 мА |
2.Ключовий напрямок розвитку технологій
Інтелектуальне формування променя та фазована антенна решітка:
Майбутнім основним напрямком є інтеграція кількох антенних блоків у фазовані антенні решітки, які можуть автоматично відстежувати супутники за допомогою електронного сканування без фізичного обертання. Це має вирішальне значення для підключення високошвидкісних низькоорбітальних супутників (таких як Starlink та StarNet).
Технічна проблема полягає в інтеграції складних радіочастотних фронтальних решіток (включаючи фазообертачі та мережі живлення) в надтонкі термінали, контролюючи при цьому споживання енергії та витрати.
Матеріали та структурні інновації:
Ефективність антени покращується, а розмір зменшується завдяки використанню діелектричної резонаторної антени, магнітного матеріалу або метаматеріалу.
Структурно ми досліджуємо реконфігуровані антени (зміна резонансних характеристик за допомогою перемикачів), складні антени (використання рамок екрана або телефонів як випромінювачів) та конструкції з кількома антенами (спільне використання супутникового зв'язку, Wi-Fi та GPS антени).
Інтелектуальні алгоритми та системна інтеграція:
Продуктивність антени залежить не лише від апаратного забезпечення, але й від інтелектуальних алгоритмів (таких як керування променем на основі штучного інтелекту та адаптивне налаштування) для оптимізації зв'язку та компенсації таких факторів, як зміни положення руки та перешкоди.
Антена, радіочастотний інтерфейс та мікросхема базової смуги вимагають глибокого спільного проектування для досягнення комплексної оптимізації.
3.Вплив на промислову екосистему
Поріг проектування було суттєво підвищено: виробники антен повинні опанувати як супутниковий, так і мобільний зв'язок, підтримуючи тісну співпрацю з постачальниками мікросхем, виробниками пристроїв та операторами супутникового зв'язку.
Складність тестування зростає: його потрібно тестувати в імітованих супутникових каналах (таких як високошвидкісний рух низькоорбітальних супутників) та складних наземних середовищах, що висуває нові вимоги до фотолабораторії, приладів для тестування та протоколів.
Компроміс між вартістю та проникненням на ринок: Хоча моделі високого класу спочатку можуть мати окремі модулі супутникової антени, довгострокове зниження вартості та підвищення енергоефективності завдяки глибокій інтеграції є важливими для масового впровадження в пристроях середнього та низького класу.
4Перспективи на майбутнє
Поетапна еволюція:
Короткостроковий: Система в основному підтримує низькошвидкісні сервіси, такі як короткі повідомлення Beidou та екстрені SMS, з відносно простими конструкціями антен (наприклад, антени для поверхневого монтажу).
Середній діапазон: Підтримує голосовий зв'язок та помірну швидкість передачі даних, з висувними антенами або зовнішніми пристроями як перехідними рішеннями.
Довгострокове бачення: Високошвидкісний широкосмуговий доступ та прозоро інтегровані системи інтелектуальних антен стануть стандартом, що забезпечить користувачам безперешкодне перемикання між наземними та супутниковими мережами.
Нові термінали наступного покоління: окрім смартфонів, носимих пристроїв, бортових пристроїв та датчиків Інтернету речей (IoT) буде доступне пряме підключення до супутників, що спричинить хвилю розробки індивідуальних вбудованих антен.