決定平板天線需求的最重要因素是外形。平板天線小巧、緊湊、便攜，所需功率小，提供的數(shù)據(jù)量卻極大。目前新涌現(xiàn)的技術還能實現(xiàn)高頻譜效率，用于LEO和MEO衛(wèi)星操控時可以從一個波束移到另一個波束，也可同時跟蹤2顆衛(wèi)星。另外，軟件無線電和輻射方向圖重構的發(fā)展可以實現(xiàn)用一個終端與多顆具有多個頻段和多個軌道的衛(wèi)星通信。

另一個決定因素是移動部件極少甚至沒有。雖然采用機械控制的天線因為有時會出現(xiàn)機械問題而被大家輕視，但是許多機械控制天線使用幾十年也沒有問題。機械控制對于拋物面天線和平板天線是有利的，因為它能實現(xiàn)較寬的仰角，因此可以工作在更偏遠的地方，應用范圍更廣。即便如此，對電控平板天線仍有需求，如果配備多個協(xié)同的平板天線，可以實現(xiàn)近半球或全半球覆蓋，沒有任何移動部件。

通中動（COTM）是平板天線技術的另一個重要決定因素。與移動的飛機、艦船或車輛連續(xù)通信的需求推動了對適應環(huán)境而不是受限于環(huán)境的技術投資。

平板天線采用了幾種不同的技術，有些出現(xiàn)在20世紀七、八十年代，有些是現(xiàn)在才涌現(xiàn)。大多數(shù)平板衛(wèi)星通信天線是：基于波導的機械控制喇叭天線或隙縫天線陣列、機械控制印制電路板（PCB）天線或有源電控陣列（ESA）天線。

基于波導的陣列天線是最傳統(tǒng)的平板天線之一。波導用作饋電網(wǎng)絡，也形成輻射陣元的基礎。常常將喇叭用作單獨的天線陣元。喇叭天線就是喇叭形狀的通過喇叭引導能量的天線。因此喇叭陣列天線是由將能量送入或送出喇叭背面饋電網(wǎng)絡的多個喇叭組成的天線?？p隙天線的使用方法類似。由于通過這些輻射陣元放射的能量不容易改變到多個方向，因此基于波導的陣列天線必須采用機械控制。在某些情況下，根據(jù)陣元帶寬和所需的陣元間距，可將收、發(fā)陣列集成在一起或讓它們作為單獨的實體存在。

基于波導的陣列天線通常用于高頻應用，包括衛(wèi)星通信和雷達，這是因為波導作為傳輸線具有損耗低的特性，尤其與基于PCB的天線和饋電網(wǎng)絡相比。

這種陣列的局限性通常包括復雜昂貴的制造工藝，最終生產(chǎn)出的天線與PCB天線相比整體結(jié)構較厚。輻射陣元帶寬有限也是一個考慮因素，雖然縫隙天線通常比喇叭天線小巧，但是它們的帶寬都較窄。

印制電路板（PCB）天線陣列在出版的技術文獻中極為普遍，陣列采用方形或圓形貼片天線作為輻射陣元構成。它的饋電網(wǎng)絡可以由基于PCB的結(jié)構或波導分系統(tǒng)組成。由于改變PCB天線基礎結(jié)構的物理特性非常容易，PCB天線易于改造成不同形狀和尺寸以優(yōu)化帶寬，或改造成具有異常多樣性的離散方向圖。因此PCB天線陣列成為波導陣列的杰出備選方案，因為它們更適合大批量和低成本制造。

PCB天線還易于將各種組件集成到PCB結(jié)構中，如增加相移單元實現(xiàn)可重構輻射圖，或增加增益和濾波單元改善天線整體性能。

PCB天線陣列的物理尺寸易于伸縮，可以滿足體積、重量和功率（SWaP）的指標要求，或滿足規(guī)定的性能要求。與基于無源波導的天線類似，PCB天線陣列可以是交織結(jié)構（收發(fā)功能共享同一個天線孔徑），也可以是分離結(jié)構。

具有固定波束的PCB天線陣列可采用與拋物面反射天線相同的機械定位系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構上的一個重要區(qū)別是PCB天線陣列的饋電網(wǎng)絡通常放在輻射陣元后面，而拋物面反射天線則放在整個裝置的前面，使天線整個外形在使用時很相似，但是由于去掉了安裝在吊桿上的射頻饋電網(wǎng)絡，顯得更為分離。

PCB天線陣列的這種外形（無需饋電桿）使它成為單人可攜帶終端在系統(tǒng)結(jié)構上的良好選擇。例如，PCB天線陣列可以非常小，幾百個陣元既可只用于接收也可用于收發(fā)，無需操作桿裝置。這有助于使單人天線攜帶起來小而輕便，易于利用可調(diào)節(jié)高度的折疊腿等特性部署天線和手動調(diào)節(jié)天線指向，優(yōu)化天線的位置，實現(xiàn)全方位覆蓋。

對于飛機，PCB陣列天線可以制造成特別適合飛機的結(jié)構形狀，無論是小尺寸還是大尺寸的陣列均如此。共形可以將真正低剖面空氣動力學天線罩放在天線上，整個裝置在飛行過程中不會產(chǎn)生過大的阻力。固定波束的共形天線通常并不意味著是機械控制的，因此具有有限的視角。對于飛機而言，更好的方案是采用傳統(tǒng)機械定位的短而寬的平板天線，因此平板天線可以在處于地平線時或靠近地平線時傾斜，向衛(wèi)星收發(fā)信號。

PCB天線的優(yōu)勢是比基于波導的天線制造起來更容易更經(jīng)濟，也可為某些應用做成共形天線。

PCB天線獨特的缺點是，與傳統(tǒng)拋物面反射天線的充氣式波導組件和饋源系統(tǒng)相比，它是有損耗的。對于LEO和MEO衛(wèi)星應用，如果采用基于PCB的平板技術，損耗可以不太大，由于終端距離中低軌衛(wèi)星更近，自由空間損耗的影響會減小。

有源電控天線（AESA）是每個陣元具有獨立固態(tài)收發(fā)組件的陣列天線，因此每個陣元可獨立指向或跟蹤一顆衛(wèi)星進行收發(fā)，或與其它陣元協(xié)同產(chǎn)生更大的波束，提高增益。使用一副AESA天線，操作員可利用天線的控制系統(tǒng)使陣元同時指向多顆衛(wèi)星。由于所有射頻能量可用電子設備控制，這些天線通常沒有移動部件。

與傳統(tǒng)的拋物面反射天線相比，AESA具有一些極為獨特的優(yōu)勢。首先，AESA只有很少甚至沒有移動部件，沒有決定天線功能壽命的組件通常會有的磨損，這對于LEO和MEO衛(wèi)星應用而言尤其重要，因為拋物面反射天線需要隨著衛(wèi)星從這邊地平線飛到那邊地平線時不斷移動跟蹤衛(wèi)星。一旦衛(wèi)星飛出視野，可能需要多副拋物面天線進行跟蹤，這取決于天線定位系統(tǒng)改變指向的速度。

AESA的另一個重要優(yōu)勢是，與拋物面反射天線相比，它能夠幾乎瞬時改變指向，這對于跟蹤LEO和MEO軌道上的多顆衛(wèi)星來說很關鍵。另外與GEO軌道相比，LEO或MEO距離短，PCB材料的損耗更不成問題，仍可能實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。

但是對于GEO衛(wèi)星應用，AESA沒有太大優(yōu)勢。傳統(tǒng)的拋物面天線采用機械定位系統(tǒng)，通常移動范圍有限，在完成初始指向后保持在最高點。因此，采用機械定位的天線系統(tǒng)磨損極小，對于GEO衛(wèi)星應用是極佳的，因此AESA技術并不是必需的。

對AESA而言，一個極大的挑戰(zhàn)是當波束指向60°或距視軸更遠時會發(fā)生參數(shù)滾降或增益下降。由于隨著視角指向降低AESA的增益下降，因此需要多副AESA形成一個完整的視場。例如，在船上需要在桅桿頂上環(huán)繞放置多副天線，對任意方向提供完整覆蓋。可以將這些天線全部組合起來，形成一整條更加魯棒的數(shù)據(jù)鏈路，同時與一顆或多顆衛(wèi)星通信。

AESA另一個更有前景的應用是放在移動車輛上使用。如果車輛在一個開放的地區(qū)以相對穩(wěn)定的方向移動（例如從東向西穿過堪薩斯州），AESA會工作得非常好。但是如果車輛在可視能力有限的地區(qū)向南行駛，例如在有懸崖峭壁地形的地區(qū)，則會出現(xiàn)嚴重的信號中斷。在這種環(huán)境下將機械控制與多副天線組合可以實現(xiàn)更好的整體信號管理。

AESA基于PCB的制造工藝可以使這項技術更適合大批量生產(chǎn)。但是與傳統(tǒng)的PCB材料相比，Ku和Ka頻段的PCB材料目前仍很昂貴。

另一種很有前途的新技術是采用超材料。這種方案采用可調(diào)諧的陣元散射無線電頻率的能量，此時陣元被激活，產(chǎn)生一個全息波束。波束的方向由被激活的陣元控制，可以實現(xiàn)連續(xù)波束指向或根據(jù)需要立即改變波束方向，以保持衛(wèi)星信號。如果采用其它平板技術，一副天線的控制范圍是有限的，因此需要一副天線還是多副天線協(xié)同工作由應用決定。

總之，平板天線的需求由外形、極少或沒有移動部件以及動中通應用決定。新技術的出現(xiàn)推動新型平板天線快速投入市場以滿足這些需求。雖然拋物面天線或其它機械控制天線系統(tǒng)很可靠，適用于許多應用，但是平板天線的多功能性將創(chuàng)造新的市場和新的應用。

6.2018衛(wèi)星大會上展出的新型平板衛(wèi)通天線

2018年3月12日～15日在美國召開的2018衛(wèi)星大會是衛(wèi)星行業(yè)的盛會，會上展出了多家公司的衛(wèi)通平板天線。

（1）Isotropic Systems公司

Isotropic Systems公司總部在英國，是主營低成本全電掃衛(wèi)星天線的下一代衛(wèi)星終端供貨商。會上Isotropic系統(tǒng)公司宣布將為OneWeb開發(fā)兼容的超低成本用戶寬帶終端，并展出了采用轉(zhuǎn)換光學技術生產(chǎn)出的首個低成本、全電掃終端。Isotropic Systems將根據(jù)OneWeb的用戶寬帶服務需求構建一個高數(shù)據(jù)量的LEO終端，價格范圍要讓消費者能夠負擔得起。公司劃在2019年發(fā)布首批終端產(chǎn)品，以便OneWeb投入使用。

Isotropic Systems的開創(chuàng)性全電掃終端將提供無縫切換和無限的瞬時帶寬。只需要傳統(tǒng)終端10％的功率，Isotropic的設計是為滿足OneWeb指定的掃描指標、價格和特定的增益性能而量身定制的。它采用像蜂窩一樣的結(jié)構，在進行單元設計時，會充分考慮不同天線的應用場景，設計好單元結(jié)構和單元天線布局。在實際組裝時，根據(jù)用戶需求，如下圖這樣一個一個拼裝起來，就可以完成一個完整的陣列天線了。

同時，Inmarsat也宣布選擇Isotropic System為其生產(chǎn)下一代Ka頻段動中通天線，用于Global Xpress網(wǎng)絡。而在上周，Isotropic System被SES選為其下一代MEO星座（O3b mPOWER）的終端天線供應商之一（另外2個供應商是ALCAN和Viasat）。Isotropic System還與iDirect公司宣布合作開發(fā)超集成、多功能衛(wèi)星終端。

（2）SatixFy公司

SatixFy公司是英國的一家公司，會上該公司的下一代衛(wèi)星通信芯片與系統(tǒng)設計人員介紹了一款全電控多波束陣列天線（full Electronic Steered Multi-beam Array Antenna, ESMA）。這是一款基于ESMA的硅基Ku頻段物聯(lián)網(wǎng)（IoT）終端天線（如下圖所示），它們分別是具有64個天線陣元和256個天線陣元的天線。

該天線具有可擴展的架構，最多可支持100萬個陣元（Ku波段則是10m×10m的陣列），通過專用射頻集成電路（RFIC）支持任意頻率、任意極化方式（包括同時支持圓極化和線性極化）、任意形狀（包括共形陣列）的設計，最多可支持32個收發(fā)波束。天線采用全數(shù)字波束形成技術，支持1GHz以上的瞬時帶寬，工作在TDD和FDD模式。預計陣列效率優(yōu)于70%。天線具有ACU（天線控制單元）、自校準能力和芯片三角法計算器，用于快速跟蹤和波束控制。

天線通過L頻段接口支持外部調(diào)制解調(diào)器，最好是與SatixFy公司的500MHz基帶調(diào)制解調(diào)器芯片（Sx3000）搭配使用。根據(jù)ESMA波束的占空比，天線用電較少，如果沒有信息流，天線就不需要用電，如DVB S2X的時間限制。采用集成的調(diào)制解調(diào)器，天線支持不同的工作模式，如TDD（半雙工）、FDD（全雙工）、超快速捕獲與跟蹤。

SatixFy的基帶芯片還可用于另外的DVB S2X覆蓋。SatixFy公司的下一代1GHz基帶芯片可實現(xiàn)一副天線同時使用8個波束和8個調(diào)制解調(diào)器，通過一個調(diào)制解調(diào)器芯片和一個以太網(wǎng)端口同時提供數(shù)據(jù)和控制。目前大多數(shù)相控陣天線受限于每個陣元的功率和價格。SatixFy利用先進的硅工藝設計了自己的硅芯片，這些芯片具有獨特的數(shù)字波束形成設計，使每個陣元的功率較低。天線成本主要決定于硅的經(jīng)濟情況，因為所有算法和創(chuàng)新的天線設計都是用硅來實現(xiàn)的。

目前SatixFy公司正在與新加坡技術工程公司（STE）合資研制機載終端天線。其它使用ESMA技術的應用還有太陽能無人機和小衛(wèi)星的多波束載荷、自安裝固定天線、多波束DTH（直接入戶）天線、聯(lián)網(wǎng)汽車、汽車中衛(wèi)星電視的移動只接收天線等。

（3）Kymeta公司

另一家知名平板天線廠商是Kymeta公司，其KyWay衛(wèi)星終端是采用電控平板天線的衛(wèi)通終端，已獲得Intelsat、Telesat、SES、HISPASAT這些國際衛(wèi)星運營商的高通量衛(wèi)星、常規(guī)衛(wèi)星的入網(wǎng)許可證。這意味著KyWay終端能在他們的衛(wèi)星網(wǎng)下放心使用，而不會有鄰星干擾的隱患。Kymeta還獲得了Eutelsat的部分認可，并正在與全球的其他衛(wèi)星運營商進行天線入網(wǎng)的相關工作。目前KyWay終端已在10個國家7個行業(yè)的23個客戶中部署使用，包括國防用戶、油汽開采企業(yè)及商業(yè)用戶。

下圖是Kymeta公司推出的一款可快速部署的便攜式移動衛(wèi)通終端KyWay Go，從打開盒子到發(fā)射信號只需4分鐘就可架設好開始使用。它最初的生產(chǎn)套量很有限，用戶可租用3～6個月，也可購買。這個終端將用于Kymeta公司創(chuàng)新的K?€LO衛(wèi)星連接服務和預定的MIR/CIR衛(wèi)星計劃。

（4）Viasat公司

Viasat開發(fā)的一款全電控相控陣平板天線被SES選擇用于其O3b mPower中軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)。Viasat的全電控相控陣平板天線能夠動態(tài)調(diào)整波束（沒有任何移動部件），從而快速跟蹤衛(wèi)星位置，支持NGSO衛(wèi)星間的無縫切換。該天線的特性還包括：頻率利用率提升、動態(tài)干擾控制、增強處理能力、運行中重配置天線特性從而支持終端在NGSO衛(wèi)星和GEO衛(wèi)星的混合網(wǎng)絡中工作等。

Viasat的相控陣天線采用其專有核心技術，包括新的RF集成電路和模塊，支持多種類型用戶終端，從家用寬帶到航空機載Wi-Fi，從車載到基站中繼的各種應用，以跟上持續(xù)增長的寬帶連接需求的步伐。這款相控陣天線采用雙波束平板天線系統(tǒng)，工作在全Ka頻段，但也可調(diào)整定制支持Ku頻段應用。

Viasat該款相控陣天線的開發(fā)得到了歐空局（ESA）PPP項目的支持，Viasat和ESA在2017年11月宣布過雙發(fā)的合作。

（5）Phasor公司

Phasor公司的平板天線幾乎年年都在參展，今年展會期間Phasor宣布了兩項合作，分別是與低軌寬帶星座LEOSAT和高軌通信衛(wèi)星運營商Hispasat。作為合作聯(lián)盟的成員，Phasor公司研制了Ka頻段非同步軌道（NGSO）中繼型低剖面電控天線，可滿足任何使用情況下的需求。這種極低剖面電控天線技術可提供大帶寬通信服務，使公司、政府及其它高端用戶以比地面光纖快1.5倍的速率接入網(wǎng)絡，同時具備高通量、超高的安全性和極低時延，可滿足LeoSat星座對大數(shù)據(jù)和高速連接的需求。天線是固態(tài)的，沒有移動部件，可電控跟蹤衛(wèi)星信號。天線可以是平板天線，也可是共形天線，可無縫嵌入移動平臺，滿足海事和移動市場的多種應用需求。相同技術也非常適合支持傳統(tǒng)的固定衛(wèi)星網(wǎng)絡、高通量衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星網(wǎng)絡。Phasor公司的模塊化天線結(jié)構使系統(tǒng)適用于任何使用情況的需求，無論是固定還是移動通信。

（6）AvL技術公司

AvL技術公司被廣泛認為是拋物面天線技術的龍頭老大，尤其是采用機械定位的堅固耐用的便攜式系統(tǒng)，制造得極為可靠。AvL公司在全球部署了25000多副天線系統(tǒng)，其產(chǎn)品幾乎隨處可見，數(shù)百萬人用它實現(xiàn)了衛(wèi)星通信。

在2018美國衛(wèi)星大會上首次展出的新型DarkWing Ka頻段衛(wèi)通終端是AvL技術公司與L3技術公司、GCS公司聯(lián)合研制的小型平板天線，可裝入標準17英寸筆記本電腦包內(nèi)。

AvL技術公司的平板天線

（7）GetSAT公司

GetSAT公司是一家以色列公司，他們研制了一種創(chuàng)新的輕型衛(wèi)通終端，可用于地面、機載和海上通信。美國政府已選中他們的MicroSAT和MiliSAT L/M（地面/海上）型終端提供海上和地基保密動中通應用。會上展出了他們的產(chǎn)品系列。

GetSat的小型化通信終端采用具有專利的全交織InterFLAT平板天線技術，用同一個平板天線收發(fā)信號，大大節(jié)約了體積、重量和功率。而且這些加固的衛(wèi)星動中通終端可以在惡劣環(huán)境下全天時使用。

L/M平臺采用簡潔超輕的安裝裝置，是一款微小型化全集成的動中通加固終端。所有L/M終端采用內(nèi)置IntelFLAT平板技術，易于部署和集成，可以根據(jù)地面、空中和海上應用的帶寬需求配備各種尺寸的天線。它獨特的一體化設計包括BUC，根據(jù)惡劣環(huán)境的指標要求優(yōu)化了調(diào)制解調(diào)器。平臺的功耗極低，可與Ka和Ku頻段應用兼容。

MicroSat L/M具有Ka和Ku頻段選項，提供10Mbps以上數(shù)據(jù)率自動收發(fā)操作。中等尺寸的終端具有前所未有的帶寬，可在任何環(huán)境下手持使用。

MiliSat L/M是一款中型輕便可便攜動中通Ka頻段衛(wèi)星終端，可實現(xiàn)20Mbps以上的大帶寬數(shù)據(jù)率全自動收發(fā)。

低軌寬帶星座對平板相控陣天線的需求已經(jīng)越來越迫切，如果都等到衛(wèi)星上天，地面才開始配套肯定會影響用戶體驗，因此對于低軌寬帶衛(wèi)星星座來說，找到合適的地面終端供應商也同樣重要?，F(xiàn)在的市場上雖然有許多的廠家都在進行平板相控陣天線的研制，但留給大家的時間都同樣緊迫。