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衛星寬頻通訊之兩個關鍵:太空雷射和AESA天線

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科技產業資訊室 (iKnow) - Gloria 發表於 2021年3月8日
SpaceX和Telesat等公司提供衛星寬頻服務,成為許多創新技術的溫床,其中有兩項領先技術可使LEO衛星寬頻網路變得更快且更具成本效益的關鍵,那就是太空雷射(Space Laser)和主動電子控制陣列(Actively Electronically Steered ArrayAESA)天線。

圖、LEO衛星天線通訊方式與廠商

雷射鏈或稱為光學衛星間通訊,是下一代SpaceXStarlink衛星與Telesat、以及亞馬遜Kuiper衛星專案的基礎。其中,有兩家公司值得關注:BridgeCommMynaric

雷射倡導者認為衛星間鏈路(Intersatellite Link)的兩個優勢。首先,光通過光纖的速度比真空慢31%,因此擺脫光纖作為傳輸介質的雷射鏈可提高網路速度。其次,點對點雷射通訊為數據提供了一條真正的直線路徑,而不必是曲折路徑。

太空雷射器面臨的挑戰在於,當衛星以每小時數千英里的速度飛行時,要如何準確地對準光束並將其聚焦在接收器上。每顆衛星至少需要四個雷射通訊模組,才能與在軌道上前後的衛星以及在軌道上的衛星以及任一側的衛星進行網路連接。這就是非常大的挑戰了!

至於AESA天線。許多無線電發射/接收模組被放置在一個陣列中,並使用多個受管波束來“追踪”衛星穿越天空。AESA天線最初被用於軍用雷達,具有更高的可靠性、更快、更準確的指向、以及比傳統天線更平整,更小的外形。

對於LEO消費者和企業應用而言,AESA是比多個物理天線更為理想的解決方案,但是電路的複雜性和龐大的數量使其製造成本極為昂貴,其中用於海事船用的天線成本高達20,000美元,而商用飛機天線則開始使用售價為50,000美元。

對於高階智慧型手機中,可能有四個射頻和13個天線,價格在1,000美元左右。至於,SpaceXStarlinkAESA天線在19.75吋乘21.5吋的物理電路板上散佈了上千個發射/接收元件(無線電),比起手機大上很多。根據Business Insider的預估,一個星鏈天線(Starlink Dish)的成本約為2,400美元。


亞馬遜已經為了Kuiper衛星專站開發成本較低的AESA天線,主要是由Isotropic Systems和Kymeta採用不同技術來降低天線成本的公司之一。同樣的OneWeb和Telesat Lightspeed也需要一個價格合理的第三方天線生態系統,讓其LEO衛星寬頻服務能夠蓬勃發展。

畢竟,太空雷射器與AESA天線對於減少衛星寬頻服務的延遲和成本至關重要,也將是這些LEO衛星服務未來成功的關鍵要素之一。(810字)


參考資料:
Space Lasers, Smart Antennas Are Key Enablers for Satellite Broadband. Data Center Frontier, 2021/3/3 


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