低轨卫星通信地球站天线技术发展.pdf

书书书第 卷第期 年月信 息 化 研 究 低轨卫星通信地球站天线技术发展张羽洁，潘蕾，王国营，李婷（火箭军工程大学，西安，；中国人民解放军 部队，黄山，）摘要：随着天地一体互联网络的发展以及星链卫星通信系统在俄乌冲突中发挥的巨大作用，低轨卫星通信在卫星通信领域掀起了一股研究和应用热潮。与传统的静止卫星通信系统相比，低轨卫星通信对地球站天线有着更加苛刻的技术要求。文章介绍了卫星通信的轨道和频率资源的开发应用现状，分析了不同卫星轨道和频率对卫星通信地球站天线的技术要求，对低轨道卫星通信地球站天线应具备的能力进行了详细探讨，研究了低轨卫星地球站采用相控阵天线的必然要求，然后结合国内外低轨卫星通信地球站天线技术的发展现状，总结了地球站天线技术的发展趋势，最后对未来技术发展进行了展望。关键词：卫星通信；低轨卫星；地球站天线；相控阵天线中图分类号：收稿日期：引言卫星通信（）是指利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电信号，在多个地球站之间进行信息交流的通信方式。自 世纪 年代人类首次发射卫星以来，卫星通信技术得到了迅猛的发展。特别是 世纪 年代以来，电子信息技术的迅猛发展，极大地推动了卫星通信技术的进步。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球个人通信必不可少的重要手段 。低轨道卫星通信发展概述卫星轨道和频率资源是卫星应用产业发展的基本要素，是开展空间应用的基础，是全人类所共有、宝贵的自然资源，是世界各国必争的战略资源，对一个国家的政治、经济和国防建设具有重要的战略意义 。卫星频率和轨道资源的申请使用是由国际电信联盟（）负责管理的，一般采用“先登记可优先使 用”的 抢 占 和“公 平”规 划 两 种 方 式 进 行 管理 。这种国际规则给航天发展的后来者设置了大量的障碍，也进一步增大了卫星频率和轨道资源的获取难度，因此卫星频率和轨道资源已成为世界各国必争的战略资源 。低轨道卫星通信资源静止轨道卫星相对地面是静止的，卫星通信天线的空间指向保持固定，地面站天线不需要跟踪运动中的卫星，可极大地简化地球站天线的结构，降低卫星通信的成本。这样的轨道面全球也仅有一条，也是目前为止最常用的通信卫星轨道。但这种卫星存在体积大、重量大、需要大型助推火箭、发射准备时间长、不能覆盖极地地区、通信延迟长、要求地面终端发射功率大、不易小型化等问题。与静止轨道卫星相比，其他轨道上的卫星相对地面都是运动的，作为中继站进行通信时，地面站天线需要不断地跟踪运动中的卫星才能保障可靠的卫星链路。在这些轨道中，低轨道距离地球表面最近，电磁波传播所需的时间最短，通信时产生的时延也最小，平均时延约 ，而静止轨道的卫星通信平均时延约 ，这种长时延会严重影响网络同步或语音通信。低轨卫星通信系统中，轨道高度低，单颗通信卫星覆盖面积小，要实现全球通信覆盖需要多颗卫星，综述与评论信 息 化 研 究 年月且多颗卫星之间还需要关口站或星间链路进行链接才能实现全系统的互联互通，这种多颗卫星在空间中的运行轨道就构成了低轨道卫星星座，如图所示。低轨道卫星星座一般有很多颗运行的低轨道小卫星，绕地球的若干个轨道面运动，作为通信中继站，覆盖整个地球表面，可提供话音、数据及无线电定位等服务，。图低轨道卫星星座图低轨道 卫星的轨道高度低、距离地面近，使得电磁波传输延时短、路径损耗小，可实现高速率数据传输，移动终端重量、体积与个人移动设备相差无几，更适合大众普及，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。对运营商而言，低轨道卫星体积小、重量轻，利用现代发射技术可以一箭双星多星同时发射入轨，系统频谱利用率高、通信容量大。因此，随着卫星制造技术的进步和人类对通信需求的迅猛增长，以低轨道卫星实现的高通量通信成为当前研究和技术发展的热点，特别是与 移动通信相结合，构建天地一体化互联网络已经迸发出巨大的应用潜力和广阔的商业市场，被 很 多 国 家 和 政 府 列 入 下 一 步 发 展 的 重 要内容，。从技术上来说，只要能够穿透电离层的电磁波都可以用于卫星通信，但根据 的“公平”规划，适用于卫星通信的频段主要是（）和（）频段。频段无线电波已接近于视线传播，易被山体和建筑物等阻挡，传输衰耗较大，该频段目前被地面移动通信、地面数字广播电视、全球导航系统、气象雷达、船用雷达等广泛使用。频率中的 频段是目前卫星通信的主用频段，卫星落地的等效全向辐射功率（，）在 左右。低轨地球站天线技术传统的高轨道和静止轨道卫星通信地球站一般采用抛物面反射天线，例如，频段卫星通信的双向地球小站通常使用 的抛物面天线，便携式终端 天线一般为左右，卫星电视广播的单收天线可小到 。这种卫星地球站抛物面天线尺寸通常较大，天线方向性较强，可弥补因通信距离较远带来的信号损耗的问题，是传统卫星地球站天线的常用形式，可传输视频、图像、高速数据等高速率通信业务 。年月我国发射了静止轨道的天通一号卫星，该通信系统工作于频段的手持终端仅需要一根长度 左右的鞭状天线即可实现语音双向通信。我国的北斗导航系统中的短消息业务，在普通的手机上也可以进行接收和发送。这类通信系统虽然终端天线较小，但因通信频段较低，只能传输低速的话音和数据业务，特别是北斗系统只能进行短消息的收发，不具备开展语音业务的能力。随着微波通信技术的发展，目前 频段已经成为高通量通信卫星（，）的主要频段。例如，我国 年月 日发射的中星 号 频段静止轨道卫星，其通信容量超 ，计划于今年月发射的波音公司的 频段 卫星通信容量高达惊人的。这类通信卫星通过采用更高的频段来增大系统的通信容量，但其地球站天线普遍采用抛物面天线，体积较大、功耗高，通常为固定地面站。随着通信需求的迅猛增长，和 的低频段已无法承载更高速率的通信，因此卫星通信需要向待开发的更高频段发展。例如，（）频段的频率范围为 ，特别是低轨高通量卫星已完成（）、（）频段的在轨通信实验验证，下一步即将进入商业运营，。这种低轨卫星通信系统要求地球站天线必须具备灵巧波束指向，能够及时跟踪运动中的低轨道卫星，并能够在多颗卫星之间随时切换波束指向。除此之外，对地球站还有便携、移动运动中通信、低成本、低功耗、大带宽等新要求，显然传统的抛物面天线已无法满足卫星通信以第 卷第期张羽洁，等：低轨卫星通信地球站天线技术发展综述与评论及天地一体化通信技术进一步发展的需求。为满足新一代卫星通信系统对地球站的要求，波束控制更加灵活、体积更小巧的相控阵天线技术在卫星地球站天线领域异军突起。以半导体相控阵、超材料相控阵、光学相控阵等为代表的新技术开始逐步推广应用，已成为新型卫星通信系统地球站终端天线的解决方案，相信在未来的 移动通信中必将大放光彩。低轨卫星地球站接收信号估算和天线技术新需求卫星通信是一种远距离的无线电通信，与常见的地面移动通信相比，最大的区别在于通信距离较远，导致接收的信号非常微弱。地球站接收信号估算一个无线通信系统通常由部分组成，包括发射机、发射天线、传播信道、接收天线、接收机。接收机能够收到的信号大小主要取决于前面的个部分，可由公式（）计算获得：（）式中，是发射机的发射功率，单位为 或；和分别为发射天线和接收天线的增益，单位为 ；是电磁波在传播信道中的传播损耗，对于卫星通信，一般可认为是真空。电磁波在大气自由空间中的传输损耗和电磁波的频率（）及传输距离（）成正比：（）（）（）在卫星通信中，卫星轨道高度越高，地球站和卫星之间的无线电通信距离越远，电磁波的衰减也越大。为弥补这种因远距离和高频率通信导致的电磁波衰减，需要通过增大发射机的功率以及发射和接收天线的增益和来确保接收机接收到的有用信号功率来满足卫星通信系统信噪比的门限要求。高增益天线通常要求增大天线的物理尺寸，必然会增加系统成本，且尺寸过大，不便于地球站终端的小型化。增大发射机的功率需要高功率的放大器，但高频段的功率放大器放大效率很低，目前还存在难以解决的技术问题，没有办法无限制地放大信号。通信卫星作为中继站，在上下行的卫星链路中承担着发射机和接收机的双重功能。天线尺寸的增大意味着卫星体积和重量的增大，卫星的发射成本也将随之增加。特别是静止轨道的卫星，距离地球很远，通信的距离较长，所携带的通信天线尺寸和重量都比较大，卫星发射需要大推力火箭，成本很高。而近地轨道卫星距离地面较近，对发射和接收天线的增益要求较低，所需通信天线的尺寸和重量较小，卫星发射成本显著较低。根据公式（）可知，降低卫星通信频率，信号传输的空间损耗也会大幅减小，但频率的降低意味着通信带宽的减小，通信速率的降低。同时，采用低频率，要达到相同的增益，所需天线的口径尺寸也会更大，两者存在此消彼长的矛盾。在实际工程中，静止轨道（天通卫星通信系统）和低轨道（系统）的通信卫星采用、频段与地面进行通信，一般通信卫星上的天线尺寸比较大，而卫星地球站设备的天线相对简单，可采用普通的鞭状天线就可满足低速率的话音和数据通信，但要实现高速率通信比较困难。根据通信速率的高低，卫星通信系统一般可分为宽带和窄带两种，目前两者之间没有很严格的界限划分。一般认为，工作在、等低频段的卫星通信系统为窄带系统，其通信速率通常低于 ，仅支持一般的话音和低速数据传输；工作在频段以上的卫星通信系统为宽带系统，其通信速率通常高于 ，可支持高清图像、视频以及高速互联网等信息的传输。但随着通信技术的快速发展，工作在、频段的卫星通信系统，其通信速率也能达到 量级，因此窄带和宽带卫星通信系统目前已没有非常明确界限的划分，但使用高频段的卫星通信系统其信息传输速率显著高于工作于低频段的系统。低轨卫星地球站天线技术新需求低轨道卫星与地面通信时空间传输损耗较小，且在地球表面形成的覆盖区域会快速移动。如图所示的星座图，每颗卫星的覆盖区域不断地发生变化，所以地面站与卫星进行通信时，需要不断地切换和调制卫星。若系统工作频率较低，可以采用较宽波束的小型天线，如鞭状天线等，覆盖整个可视空域，只要头顶上空至少有一颗卫星就可满足系统较低速率的通信要求，如图（）所示；若系统工作频综述与评论信 息 化 研 究 年月率较高，信号传播的损耗大，需要采用有较高增益的天线来弥补信号的传播损耗，高增益天线必然带来波束宽度变小，如图（）所示，无法覆盖整个可视空域，此时要求低轨卫星通信地球站终端天线具备一定的卫星跟踪能力，且这种卫星跟踪能力与传统的静止轨道卫星通信地球站的跟踪有较大的差异。（）低增益天线波束宽（）高增益天线波束窄图不同类型低轨卫星地球站天线性能比较传统的静止轨道卫星通信中一般要求大型地球站天线具备小范围的卫星跟踪能力，主要是因为大型地球站天线波束宽度很窄，如口径的反射面天线，频段波束宽度只有 。当天线受干扰后，天线波束指向会产生偏差，同时静止轨道卫星因长时间的摄动会产生位置偏差，这些因素都会导致地球站的接收信号强度缓慢变化，因此需要定期通过天线的跟踪机构对天线波束指向进行校正。这种天线波束校正速度很慢，指向的调整范围很小，一般通过天线支撑座上的方位、俯仰和极化轴上的电机交替转动来实现，对波束指向的控制要求是慢速小范围。当前还出现了一种新型的卫星通信地球站，即卫星动中通地球站，它是一种在载体运动过程中实现车载（舰载、机载）地球站与同步轨道卫星进行通信的一种新型地球站，。卫星动中通地球站利用惯性传感器（如陀螺、加速度计等）感知载体的姿态变化，并控制天线伺服机构隔离载体运动对天线波束指向的影响，确保天线波束在载体运动过程中始终对准目标卫星，保持卫星通信链路的畅通。这种天线的感知和伺服机构构成了地球站天线的稳定跟踪系统，主要针对的是载体运动过程中的姿态变化，这种姿态变化一般频率较低（小于 ），幅度较小（指向角度小于），对天线指向的控制要求是低频小范围，一般采用数字稳定平台计算天线波束方位、俯仰和极化轴上的误差角控制对应的伺服电机的方式来实现天线波束的指向对准。而低轨卫星通信系统中的地球站需要面对空中运动的卫星，需要知道当前的可视空域中有哪些可用的低轨通信卫星，并根据卫星过顶的时间迅速调整地球站天线波束对准通信卫星，实现宽带通信；同时地球站还需要预测判断下一时刻可用卫星出现的位置，在当前通信卫星消失于可视空域后能够迅速将天线波束切换对准下一颗通信卫星。在这个过程中，通信卫星相对地面运动速度快，且卫星位置不固定，通信卫星出现的空域范围变化较大，因此要求低轨通信卫星的地面站天线波束跟踪的频率高、变化范围大，然而传统的电机驱动天线波束方式无法满足这种高频大范围的跟踪要求。种地球站天线波束指向要求对比如表所示。表不同卫星地球站天线的技术要求地球站种类卫星轨道天线波束指向要求低速率卫星地球站静止轨道、中低轨道无需跟踪静止轨道卫星地球站静止轨道跟踪范围小、跟踪速度慢卫星动中通地球站静止轨道跟踪频率低、变化范围小低轨卫星地球站低轨道跟踪频率高、变化范围大 低轨卫星地球站天线技术发展现状为解决低轨通信卫星的地面站天线波束跟踪问题，很多卫星公司引入了相控阵天线。相控阵天线是由多个小天线（也称为阵元）通过不同的排列组成的天线阵，它可以通过控制各阵元的激励电流相位来改变整个阵列天线的波束指向，以达到天线波束在空间中扫描的目的 。传统的天线波束是通过电机驱动，波束指向在调整时需要电机转动才能驱动波束指向期望方向，需要一定的时间才能完成调整；而相控阵天线只需要一条指令就可以通过改变相控阵天线上各阵元的激励电流相位让天线波束指向期望的方向，没有机械转动，几乎是瞬间完成，能够满足低轨通信卫星地面站天线波束跟踪的高频率、大范围变化的要求。当前，国外典型的低轨卫星星座系统主要有 、以及 等，国内低轨卫星星座目前大部分处于试验阶段，还需一定时间才能进入商业化运营。系统终端天线 系统是美国铱星公司建设的第二第 卷第期张羽洁，等：低轨卫星通信地球站天线技术发展综述与评论代 系统。系统卫星采用与第一代 系统相同的 的轨道高度，轨道倾角为 ，系统主要由 颗工作卫星、颗在轨备份 星 以 及颗 地 面 备 份 卫 星 所 构 成，截 至 年，颗低轨卫星已经全部发射完成，。卫星星座布局确保地球上任何位置在任何时间至少被一颗卫星覆盖，每颗卫星与其他四颗卫星形成交叉链接，通话是在铱星系统内两个电话之间进行，不 必 通 过 关 口 站，而 是 直 接 在 卫 星 之 间 传送，如图所示。系统的造价比第一代 系统减少了约，数据传输速率提高了几百倍。图 系统中手持终端与固定终端通过星间链路实现的直接连通系统可工作于频段和 频段，特别是频段的终端，采用的几乎是全向的鞭状天线，波束宽度很宽，几乎可覆盖头顶上的整个空域，因此天线几乎不需要调整指向，如图所示。工作于 频段的便携式和运输式终端天线采用电子相控阵，通信速率可达 （下载）和 （上传）。图工作于和 频段的 系统的手持终端和便携式终端 系统终端天线 系统是美国 公司研发的新型低轨道 小 卫 星 宽 带 通 信 系 统，卫 星 轨 道 高 度 为 ，有 个轨道面，轨道面倾角 ，每个轨道面上分布 颗卫星，共 颗卫星。截止 年月 日，在轨卫星数量已达 颗，距离整个星座全部部署完毕，只差最后一次发射。每颗卫星都具有多波束覆盖的能力，每颗卫星具备上行 ，下行 的接入速率，单星吞吐量约为 ，整个星座总吞吐量为。由于采用低轨道，链路传输时延仅为 ，与地面网络相当。系统工作于 波段，而且卫星运行在低轨道，这使得终端设备可以做得更小、更经济。的用户终端包括机载、车载、固定安装等多种安装模式，采用热点覆盖形态，将卫星调制解调、地面 、热点集成为一体，为 用户终端周边一定区域内的用户提供互联网接入服务。年 月，宣布 年下半年 开 始 为 生 产 终 端（型 号 为 ），如图右上角所示天线。该终端包含电扫相控阵天线，能够自动指向 星座，实现高达 的下行和 的上行传输速率，目前已经有了原型机，并正在进行测试。如图所示的种 用户终端天线，全部采用电扫相控阵天线。图种 用户终端天线 终端天线星链（）卫星系统是美国 公司（太空探索技术公司）提出的巨型低轨卫星星座，整个计划在近地轨道部署约 万颗小型卫星，实现全球范围内全天候、低时延的高速互联网接入服务。截止 年月 日已发射 颗星链卫星，目前太空中有 多颗，其中约 颗正在运行，多颗正在进入运行轨道，星链卫星主要分布在 和 附近的多条近地轨道。星链一代卫星与地球站之间使用、和共个工作频段，星链二代在一代个频段基础上，增加了综述与评论信 息 化 研 究 年月频段，可用带宽增加倍，将极大地提高星链系统容量 。星链卫星用户终端两种类型的天线如图所示。（）圆形终端天线（）矩形终端天线图 卫星通信系统的两种终端天线星链卫星系统的用户终端采用电机和电子相控阵两种模式来驱动天线对准卫星，如图所示。在终端天线的背面安装了支架、驱动电机、网线等结构，如图（）所示。两侧有两个驱动电机，用于调整天线波束的方位指向，齿轮比较大，转速很低，用于控制天线波束在方位维上粗对准星链卫星。天线上的 板是电子相控阵的阵面和馈电网络，终端天线与卫星之间的通信、跟星、切星等过程都是通过该相控阵阵面来实现，如图（）所示。（）终端天线背面图（）天线内部 电路板图 卫星通信终端分解图 板上与波束控制相关的芯片主要有两种，如图（）中方框内的部分，由个小芯片和个大芯片构成。初步判断小芯片起到卫星通信中 和功放的功能，负责卫星地球站中对接收信号进行低噪声放大和下变频，功放负责对地球站发射的信号进行上变频和功率放大；大芯片负责个小芯片，起到卫星地球站中调制解调器的功能，负责发射信息的信道编码、发射信号的数字调制、上变频以及接收信号的下变频、数字解调、信道解码等功能。整个天线阵面共有 个大芯片、个小芯片，天线单元数量约有 个，推测每个小芯片覆盖个单元，如图所示，同时这两种芯片还负责天线波束的电子扫描控制。图 卫星通信终端天线 结构星链卫星终端天线相当于将传统卫星地球站的天线和 调 制 解 调 器 两 个 部 件 的 功 能 集 成 为 一体，因此用户的通信终端可以直接通过网线与该天线相连，省去了传统卫星地球站中常用的同轴线，极大地减少了信号传输的损耗，目前国内还未发现有 相 关 应 用 技 术 的 公 开 报 道。表列 出 了 系统、系统和 系统通信的性能对比，表给出了种系统终端天线的性能对比。表国外低轨卫星通信性能对比系统名称 系统 系统 系统卫星轨道 和 卫星数量 颗 颗 颗工作频段、星地最大通信速率：下载和 上传 下载和 上传终端集成化卫星调制解调、热点集成为主机卫星 调 制 解 调、地 面 、热点集成为主机卫星调制解调集成于天线中第 卷第期张羽洁，等：低轨卫星通信地球站天线技术发展综述与评论表低轨卫星通信终端天线性能对比系统名称 系统 系统 系统工作频段 、天线类型全向鞭状相控阵相控阵机械相控阵跟踪方式不需跟踪电子扫描电子扫描大范围机械，小范围电子扫描天线数量收发共面收发共面收发共面收发共面星地最大通信速率 下载和 上传 下载和 上传连接线缆一体机同轴线同轴线网线 国内低轨卫星通信终端天线国内由于低轨道通信卫星数量较少，通信终端发展相对缓慢。天锐星通给出了 和 频段的卫星通信相控天线方案，两款天线均采用 微带天线，天线后面安装波束形成芯片、馈电网络、驱动芯片、波束控制电路、电源电路等，如图所示。频段天线 个阵元，典型值，离轴角 ；频段天线 阵元，典型值 ，离轴角 。两种方案中，接收一套天线，发射一套天线，需要两幅天线才能满足地球站收发信号功能。图 频段相控阵 个阵元天线及其功能分布和电源系统恪赛科技发布了两款用于 频段的低成本卫星通信用相控阵天线，有机械相控阵方案，也有纯相控阵方案，两种类型的天线如图 所示。（）机械相控阵天线方案（）纯相控阵天线方案图 恪赛科技的两款 频段相控阵天线机械相控阵方案天线值大于，相控范围左右 ，上下 ；纯相控阵方案天线值大于 ，相控范围方位角 ，离轴角 ，天线尺寸显著大于前者。这两款天线收发共用一面天线，地球站只需配套一面即可实现收发信号的功能。其他还有银河航天 频段卫星动中通天线，采用国产的低成本高性能硅 射频芯片和瓦片式天线阵面设计，在单块多层 电路板上集成了微带天线面、馈电网络和射频芯片，法向值 ，离轴角 。通过对比不难看出，国内的种低轨卫星通信地球站终端天线与国外相比还存在较大的技术差距，特别是在收发天线共面、终端集成（卫星调制解调器的集成）等方面还有很大的提升空间。低轨卫星地球站技术发展趋势低轨卫星通信是天地一体化信息网络架构中的重要一环，也是卫星互联网的核心组成部分，年国家发改委将低轨卫星互联网正式纳入到“新基建”的范畴。虽然我国已部署多个低轨卫星互联网系统，如“鸿雁”星座、天启星座、行云工程、虹云工综述与评论信 息 化 研 究 年月程等，但相比于国外的低轨卫星互联网，我国卫星互联网规模小、建设速度慢、网络容量低。随着国外低轨卫星通信系统的加速建设，低轨卫星轨道和频率资源也会更加紧张，特别是国外航天发射技术和卫星制造技术在商业市场需求的推动下，技术不断迭代创新。多次重复使用的火箭发射回收技术和一箭多星技术大幅降低了单颗卫星发射成本，模块化设计和 打印等技术叠加通信卫星的工厂化批量化生产模式，大幅降低了通信卫星研制和生产成本，缩短通信卫星制造周期，这些新技术的应用使得人类对外太空的开发利用从专业化向大众化方向不断拓展延伸。这个过程就像手机从大哥大时代发展到现在的 移动通信终端，计算机从大型机发展到当前的个人 机，不久的将来卫星通信终端可能就是我们每个人或家庭的标配。面对 世纪信息通信技术发展的又一个新风口，我国在卫星制造、火箭发射以及卫星通信等领域具有良好的技术积累和产业基础，与国外相比技术发展虽滞后但差距不大，但在低轨卫星通信地球站技术方面，随着国外的快速发展，目前已存在一定的差距，需要尽快迎头追赶。特别是在有限的卫星轨道和频率资源下，根据 的“先登记可优先使用”的抢占规则，需尽快立足我国经济的未来发展趋势，解决主要行业未来发展对近地轨道和频率的资源需求。根据国内外低轨卫星地球站天线技术的发展现状，当前低轨卫星地球站终端技术向着个方向不断深化和拓展。）天线波束电子扫描传统静止轨道通信卫星地球站采用的机械扫描天线已无法适应低轨通信卫星的应用需求，低成本、低功耗、高性能的相控阵天线将成为低轨卫星通信地球站的主流，特别是相控阵天线波束的快速切换能力能够较好地满足低轨卫星通信中的快速切星、跟星要求，这是其他种类的天线目前无法克服和解决的难题。因此，以电子波束扫描实现的相控阵天线将成为未来低轨卫星通信地球站的主要天线形式，并且后续可能会从当前的平面相控阵天线向着立体相控阵以及共形相控阵天线方向发展。）单面天线多波束当前相控阵天线因成本高、功耗大的原因主要在雷达、卫星星载天线等对成本不敏感的场合应用，特别是雷达中的多波束相控阵天线在多目标的捕获和跟踪方面具有很大的优势。低轨卫星通信系统地面站对这种多波束天线也有迫切的需求，具备多波束能力的相控阵天线卫星地球站在切星过程中可实现通信过程的无缝切换，具备更强的通信能力。与雷达不同，通信终端设备要实现大众化，对成本非常敏感，因此追求低成本的多波束单面天线是低轨卫星通信地球站天线技术发展的必然趋势。）地球站部件芯片化传统的卫星地球站一般将天线、和 等作为一个整体，组成地球站的射频部分，再通过同轴线与卫星 连接，为用户终端提供信道服务。整个地球站部件众多，信号线、电源线、控制线等连接复杂，操作的专业程度化较高，故障率也高，不利于卫星通信终端的大众化。从星链卫星通信终端的拆解可以看出，国外已经将卫星 的相关功能进行了芯片化，然后直接集成在相控阵天线中，减少了设备数量，用户与天线只需要通过网线连接，没有收发同轴电缆，简化了卫星地球站的结构，解决了传统相控阵天线成本高、功耗 高 的 难 题，代 表 了 低 轨 卫 星 终 端 发 展 的方向。结束语使用低轨卫星通信系统实现全球无缝通信覆盖需要的卫星数量较多，占据的空间轨道数量也较大，由此带来地面控制、维护系统复杂，卫星地面站必须具备快速的波束切换以及星间切换能力才能确保连续不间断的通信。但随着技术的发展，特别是地面移动通信技术的进步以及目前仍在运行的铱星二代、星链等低轨卫星通信系统使用情况来看，困扰低轨卫星通信系统发展的技术和瓶颈问题已经有比较好的解决方案，为低轨卫星通信的普及应用扫清了障碍。未来的低轨卫星通信必将像我们的手机互联网一样进入社会的各行各业以及我们生活的方方面面，届时在全球范围内将不再受高山、海洋、大漠等地理环境的限制阻隔，真正实现任何人（）随时（）随地（）能同任何人（）实现任何方式（）的通信，即“”的通信终极目标。第 卷第期张羽洁，等：低轨卫星通信地球站天线技术发展综述与评论参考文献李峰，禹航，丁睿，等我国空间互联网星座系统发展战略研究 中国工程科学，（）：，（）：，（）：，（）：张余，陈勇，柳永祥，等 主要国家卫星频率轨道资源的国际申报 与 使 用 情 况 研 究 中 国 无 线 电，（）：，（）：李锋，韩燕妮，马晓玲，等我国低轨卫星互联网发展的问题与对策建议全球化，（）：，（）：，（）：，（）：郑艺，金舰，廉长亮，等 卫星互联网行业发展情况研究通信世界，（）：，（）：，（）：林广荣低轨卫星动中通的现状和前景展望卫星应用 （）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，综述与评论信 息 化 研 究 年月 ，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：王学宇，武坦然 低轨道卫星系统及其军事应用分析航天电子对抗，（）：王太军，唐鰤綦，周超“星链”在俄乌军事冲突中的应用探研 通信技术，（）：宋宇鸽，朱婕，程腾霄“星链”在俄乌冲突中的应用及未来军事发展分析国际太空，（）：张羽洁（），男，工程师硕士，主要研究方向为卫星通信及信号处理等。，（，；，）：，（），：；（）；欢迎投稿：