Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2021

стадии активной разработки. Общей проблемой для всех подобных про- ектов является доступный для ко- нечного пользователя абонентский терминал. На рынке существуют не- сколько решений, однако ни одно из них пока не приблизилось к целе- вому показателю стоимости. Можно выделить шесть основных перспективных направлений по- строения FPA. Это использование: l радиочастотных интегральных схем (RF ASIC); l аналоговых методов диаграммооб- разования; l методов радиофотоники; l цифровых антенных решеток; l квазиоптических антенн; l антенн поверхностной волны. Первые четыре направления яв- ляются различными вариациями хо- рошо известных в антенной технике фазированных антенных решеток (ФАР). Пятое направление – квази- оптические антенны также известно достаточно давно. Шестое направле- ние – антенны поверхностной волны (АПВ) является сравнительно новым и слабо исследованным. Ан- теннам поверхностной волны в дан- ном обзоре уделено особое внима- ние. Поясним суть отличий антенн поверхностной волны от фазирован- ных антенных решеток. На рис. 1 представлены примеры полотен ФАР (справа) и АПВ (слева). В ФАР антенные элементы яв- ляются резонансными структурами, расположенными с шагом около по- ловины длины волны. За счет па- раллельного возбуждения элементов в определенной фазе с помощью диаграммообразующей схемы в рас- крыве антенны формируется не- обходимое амплитудно-фазовое рас- пределение поля, которое опреде- ляет диаграмму направленности в дальней зоне. В АПВ элементы расположены с шагом существенно меньше длины волны и не являются резонансными структурами. Воз- буждение полотна антенны осу- ществляется поверхностной волной, а параметры излучения опреде- ляются законом распределения эле- ментов и их геометрией. Исследова- нию АПВ посвящено большое коли- чество статей в научной литературе за последнее десятилетие. Далее проведем обзор каждого из обозначенных направлений в от- дельности. Р адиочастотные интегральные схемы (RF ASIC) Идея: Перенос максимального числа РЧ-цепей на одну интеграль- ную микросхему. RF ASIC (также используется назва- ние Beamformer) – интегральная мик- росхема, на которую переносятся ра- диочастотные цепи, отвечающие за формирование диаграммы направлен- ности и первичную аналоговую обра- ботку сигнала. Антенна представляет собой многослойную печатную плату, на верхней стороне которой нахо- дятся антенные элементы и часть пас- сивной схемотехники. На нижней сто- роне платы находится массив микро- схем RF ASIC и управляющая элек- троника, которые формируют требуе- мое амплитудно-фазовое распределе- ние и диаграмму направленности. Ключевые элементы диаграммообра- зующей схемы – фазовращатели вы- полнены на основе полупроводнико- вых управляющих элементов (напри- мер, pin-диодов или варакторов). На рис. 2 показаны примеры ан- тенны на RF ASIC (слева) и внутрен- ней структуры микросхемы (справа). Компании-разработчики: Anokiwave [1], IDT Renesas [2], Analog Devices [3], Xphased [4], HiSkySat [5]. Преимущества: возможность созда- вать компактные ФАР на печатной плате, легко достигать серийности производства, известная физика сканирования. Недостатки: стоимость RF ASIC, реализация частотного дуплекса, коэффициент шума и шумовая доб- ротность G/T. Примеры: первый терминал для спут- никовой группировки Starlink по- строен на микросхемах RF ASIC [6]. А налоговые ФАР Идея: поиск оптимального варианта реализации СВЧ-фазовращателя. Микрополосковая или другая СВЧ- линия передачи диаграммообразую- щей схемы помещается в среду, па- раметры которой (как правило, ди- электрическая проницаемость) изме- няются под внешним воздействием (как правило, электрическим полем). Это позволяет изменять электриче- скую длину линии и, таким образом, формировать требуемую диаграмму 57 2021 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ Рис. 1 Рис. 2