美国海军转向光学波束形成以实现实时通信和连接

各向同性系统，一个宽带终端技术的开发商，今天已经日前，美国国防部宣布了一份与国防创新单位(DIU)签订的天线评估和开发合同。。其目的是测试基于该公司创新的多波束天线的能力光波束形成技术。

光学波束形成天线将根据海军服役的不妥协要求进行评估。图片(修改)使用courtesy of各向同性系统

DIU正在评估各向同性系统的波束形成天线技术和电路，以支持S-、C-、Ka-、Ku-、X-和q波段多轨道卫星之间的多链路平滑切换。

该公司的终端具有光学透镜模块设计，以适应海军舰艇上有限的可用空间。评估人员将测试新系统在最恶劣的海军环境下的运行可靠性，包括盐水、电磁干扰和强风。

各向同性系统公司首席执行官兼创始人John Finney表示:“各向同性系统公司在全球政府机构和军事行动面临的一些最具挑战性的条件下，破解了无缝、安全连接和通信的新时代的密码。”

他接着说:“我们将使海军、其他政府力量和机构能够通过一个单一的多波束平台，从低地球轨道、地球同步赤道轨道和中地球轨道星座中套利所需的所有能力。”

抛物面天线和相控阵的缺点

作为芬尼在智能2019射频设计研讨会上解释道在美国，过去卫星通信指的是地球同步卫星，在地球上空2.2万英里的轨道上运行，从地球观测者的角度来看，是静止的。抛物面反射镜是一种几乎不需要调整的大型机械装置。

但是后来出现了廉价的发射系统和大量的低地球轨道(LEO)卫星。从作战角度来看，这些设备很有吸引力，因为它们是可替换的。问题是，从抛物面天线的角度来看，无论是在陆地、空中，还是在海军舰艇上，它们只能在几分钟内看得见。

另一项重要的技术，相控阵天线，可以有成千上万的元素，可以捕捉在太空中高速通过的卫星船队;成千上万个元素中的一个一定会在任何时候捕获它们中的一个或多个。

相控阵。由各向同性系统提供的截图智能英国2019射频设计研讨会(14:50)

然而，主要的问题有两个:它们很贵，而且它们消耗的电力以千瓦数量级。

各向同性系统的光学波束形成天线

各向同性系统的整体光学波束形成系统如下图所示，去掉一个镜头来说明传输点。

光波束形成。图片由各向同性系统

然后，如图左图(红色)所示，打开每个透镜下的适当透射点，使光束朝目标方向发射。其他镜片也可以这样做。

单元波束转向与阵列波束转向的比较。由各向同性系统提供的截图智能英国2019射频设计研讨会(18:42)

其结果是少量的光束被对准空间中适当的点。在这一点上，计算过程有点类似于经典的相控阵系统，但是传输点的数量要少得多。由此带来的好处之一是大量节省电能。

如图所示，还有绿色和蓝色传输，这意味着可以同时访问多个卫星。

海军为LEO卫星开辟了一条路径

海军，像其他所有人一样，将远离静止的地球同步卫星通信，转向一群低轨道卫星，每个卫星只能在几分钟内可见，而且即使在这段时间内也会迅速改变位置。显然，笨重的抛物面天线，必须用机械操纵，不能解决这个问题。

相控阵系统是船舶的一个很好的中介，但即使在这样的场合，对功率和冷却的要求也不高。当然，这些要求对每瓦都很重要的飞机和导弹来说意味着更多的困难。

由于廉价、可替换的LEO卫星的实用性，全球卫星带宽的能力在不久的将来将开始大幅扩展。此外，它还假定从地球上一点到低轨卫星再返回的信号通路将比光纤电缆更快。

美国海军可能是这项技术的先驱者，而且这种方法可能成为将互联网服务传送到家庭、企业和最终手机的新途径。