融界8月30日消息,有投資者在互動平臺向康達新材提問:董秘您好!公司參股公司成都立揚產品主要包括衛星通信天線、嵌入式國產化計算機處理平臺兩大類品,還有其它延伸產品輸出嗎?
公司回答表示:公司參股公司成都立揚信息科技有限公司產品主要涉及您所述的相關領域,其他暫不涉及。
本文源自金融界AI電報
據3D科學谷的市場觀察,日前三菱電機公司宣布,該公司已開發出一種在軌增材制造技術,該技術使用光敏樹脂和太陽紫外光在外太空進行衛星天線的3D打印。
3D打印衛星天線
? 三菱電機
3D打印天線
? 3D科學谷白皮書
穩定的太空3D打印
這項新技術利用了一種新開發的液態樹脂,該樹脂經過定制配制,可在真空中保持穩定性。這種樹脂能夠使用利用太陽紫外線進行光聚合,從而實現在太空中制造結構的低功率工藝。
? 三菱電機
該技術專門解決了為小型、廉價的航天器巴士配備大型結構(例如高增益天線反射器)的挑戰,并能夠在軌制造大大超過運載火箭整流罩尺寸的結構。
衛星類型
? 3D科學谷白皮書
傳統設計必須經受住發射和軌道插入的壓力,三菱電機開發的基于樹脂的在軌制造有望使航天器結構比傳統設計更薄更輕,從而降低衛星總重量和發射成本。
航天器天線設計具有挑戰性,因為它們對高增益、寬帶寬和低重量的要求相互矛盾。高增益和寬帶寬必然需要大孔徑,但經濟的軌道部署通常要求設計輕巧且足夠小,以適合或折疊在運載火箭或衛星部署機構內。
? 三菱電機
三菱電機的創新方法——基于樹脂的在軌制造——有效地實現了高增益、寬帶寬、大孔徑的天線,這些天線由輕質、抗振的發射包部署。
聚焦高通量、低成本
根據3D科學谷的市場了解,除了在天空3D打印衛星天線技術,三菱電機早在2018年還開發出點陣成型3D打印技術,通過在3D打印機中結合激光、計算機數控(CNC)和計算機輔助制造CAM技術,實現高精度成型。該技術采用激光線定向能量沉積(DED)方法,其中聚焦的熱能用于熔化材料。
據了解,三菱電機的點陣成型3D打印技術使用的材料為普通且相對便宜的激光焊絲。該技術的其中一個優勢是顯著提高了精度,與連續成型技術相比,精度提高了60%。此外,與傳統技術相比,氧化問題可以減少20%以上,因為高溫區域限于窄點形成區域。
目前三菱電機的3D打印技術聚焦在高通量、高精度、低成本這幾個維度,其天空3D打印衛星天線技術頗具創新性,3D打印在各種天線的制造中,有應用于便攜式通訊設備的,有應用于5G基站的,有應用于衛星接收裝置,有應用于航天器設備上的等等。
根據3D科學谷,目前3D打印天線的材料種類繁多,大致包括混合材料(金屬油墨與非導電材料的混合等等),陶瓷,塑料,金屬材料。在3D科學谷看來,3D打印在天線制造方面具有兩大技術邏輯:3D打印實現更復雜更精致的結構提升天線性能;3D打印實現輕量化、結構一體化的天線結構更節約材料與空間占用、更緊湊。
目前市場上通過3D打印天線的案例正在涌現,這些案例背后具有一定的技術邏輯支撐,一旦獲得商業化的可行性,將獲得更加廣泛的普及。
知之既深,行之則遠。基于全球范圍內精湛的制造業專家智囊網絡,3D科學谷為業界提供全球視角的增材與智能制造深度觀察。有關增材制造領域的更多分析,請關注3D科學谷發布的白皮書系列。
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地球同步軌道指的是這樣一種軌道:運行在該軌道上的物體(通常是衛星)的軌道角速度和地球的自轉角速度大小相等,且方向相同。同步軌道中,比較簡單的是赤道上空的同步軌道(地球靜止軌道),衛星在地球靜止軌道位置處與地球相對靜止,地球自轉一周衛星旋轉一整圈,距地面高度為35786千米,一顆衛星可覆蓋約40%的地球面積。氣象衛星、通信衛星和廣播衛星常采用這種軌道。另外我國的北斗衛星導航系統部分衛星也是使用該軌道。地球靜止軌道衛星如圖1所示。位于其他位置的同步軌道衛星,會在赤道的南北不斷擺動,而橢圓軌道則會呈現出東西方向的擺動。這兩種運動的疊加,就會形成星下點(地球中心與衛星的連線在地球表面上的交點)“8”字型軌跡。
圖片來源:www.beidou.gov.cn
華為mate60 pro使用的是我國的天通一號衛星系統,連接的是天通一號01星。天通一號衛星系統由三顆衛星組成,第一顆是2016年發射的01星,定位于東經101.4度;第二顆是2020年發射02星,定位于東經125度;第三顆是2021年發射03星定位于東經81.6度。這三顆都是地球同步軌道衛星(位于地球靜止軌道),距離地球赤道約為36000公里。
圖片來源:n2yo.com
上圖為天通一號衛星系統3顆衛星軌道位置示意圖,其中左邊是03星,中間是01星,右邊02星。
天通一號01星的覆蓋范圍包括我國的國土和領海部分,02星的主要覆蓋范圍包括西太平洋地區,03星的覆蓋范圍主要包括東南亞地區。理論上,只要在天通一號的覆蓋范圍內,都可以實現衛星電話通信。
資料來源:立鼎產業研究中心
天通一號衛星系統覆蓋示意圖
天通一號衛星高增益天線
天通一號衛星能與地面普通尺寸的天通衛星終端直接通連,主要靠衛星上的高增益天線,01星使用15米左右電口徑的星載大型網狀天線,見下圖。
大口徑天線增益G計算:
D為拋物面直徑,λ為中心工作波長。
S波段頻點2000MHz、口徑15米,計算得天通一號衛星天線增益46.5dBi。
大口徑天線可提供高增益的波束信號,同時,天通一號融合了頻率復用技術和低無源互調(PIM)等相關技術,使衛星接收信號的靈敏度和衛星通信容量得到了有效的提升。
天通一號衛星擁有109個國土點波束(通過同一個大口徑天線傳播),實現了我國領土、領海、一島鏈以內區域覆蓋;同時,還有兩個海域波束,覆蓋太平洋西部(二島鏈內)和印度洋北部(孟加拉灣、安達曼海)。
以亞太6D(APSTAR-6D)衛星波束示意圖為例,如下圖:
資料來源:亞太衛星官網
亞太6D是亞太衛星寬帶通信(深圳)有限公司運營的地球靜止軌道通信衛星,是首顆Ku/Ka頻段全球高通量(High Throughout Satellite, HTS)寬帶商業衛星,用戶波束90個。
上圖為天通一號衛星和地面通信示意圖,其中,直連衛星手機與01星直接通信,01星通過地面關口站進行數據回傳,地面關口站位置固定,有強大的衛星信號接收和處理能力,是衛星通信系統主要的通信鏈路。
關口站通過互聯網與運營商的核心網連接,最終通信需求經運營商基站和空口,達到目標用戶手機。反之亦然。
由上圖可見,利用天通一號衛星通信,需要經過4段長時延,分別時直連衛星手機到衛星、衛星到關口站、關口站到衛星和衛星到直連衛星手機,其他時延,如關口站到地面其他手機之間,相比上面4段可忽略。這4段時延,總共是4個36000公里除以光速(電磁波傳播速度),約500毫秒。
天通一號衛星地面關口站與衛星之間的通信鏈路(饋電鏈路)使用的是C頻段,其頻率范圍為4-8GHz,我們常說的大鍋接收衛星電視就是用的C波段,C波段在抗雨衰方面有著明顯的優勢。
天通一號衛星與直連衛星用戶端通信鏈路(用戶鏈路)使用的是S頻段,其頻率范圍1980MHz-2010MHz。相對于更高頻段的衛星通信,S頻段通常需要較小的天線尺寸。這有助于減小用戶終端的天線尺寸,使其更加便攜和易于安裝。S頻段的信號在大氣中的傳播損耗相對較低,因此在惡劣天氣條件下,如雨雪或濃霧,仍能保持較好的通信性能。這種強大的穿透能力對于衛星電話系統至關重要。天通一號衛星用戶鏈路和饋電鏈路的上下行傳輸均為FDD/TDMA/FDMA方式,可同時支持一百萬用戶使用。
整個通信鏈路大概如上圖所示,其中手機天線示意圖用的是介質諧振器天線(可能是手機終端上真實在用天線),橢球形狀為天線方向性示意圖,圖中向左水平方向為增益最大方向,因此,手機一定要對準衛星。該圖片出自作者 Thomas Forrister的文章《優化介質諧振器天線的性能》。
上圖通信鏈路中,自由空間傳播損耗計算公式如下:
f單位GHz,d單位公里,經計算,天通一號衛星到地面自由空間傳播損耗為190dB。
天通一號衛星地面終端發射功率一般在2W,即33dBm(根據某型號天通一號衛星終端型號核準測試報告),天線增益2dBi,到達天通衛星射頻端口信號功率為:
33dBm+2dB-190dB+46.5dB=-108.6dBm
反之亦然,天通一號衛星射頻部分輸出功率2W,經衛星天線放大、自由空間傳輸衰減、用戶手機天線放大后,接收功率可達-108.6dBm。
現代信號處理技術,-108.6dBm這個信號完全夠用,不僅是華為終端,天通衛星地面終端基本都能達到-120dBm以下的接收靈敏度(即正常通信必須的最低接收信號功率)。網上很多天通終端的評測文章,提到接收信號-120dBm左右可實現語音通話。
當然,衛星空間鏈路,還存在其他衰減和信號衰落,比如大氣衰減、雨衰和云霧、大氣折射和電離層閃爍等,以及由于多普勒頻移和多徑造成的衰落,這些影響,通過合理規避(如選擇合適頻率、到開闊處通話等)和現代信號處理技術下,可有效抑制。
華為公司手機技術優勢主要有語音處理技術、數字信號處理技術、射頻及天線技術、集成技術等,通過這些技術積累,可實現消費級用戶終端上集成衛星直連通信功能,并且提升發射和接收信號質量,保證能正常解調接收信號,并達到一定的數據傳輸速率(否則無法進行語音通信)。
北斗導航系統衛星主要分布在同步軌道和中遠地球軌道(21500公里),北斗導航頻段為1~2GHz,B1信號最低接收功率-128dBm(MEO衛星)和-130.3dBm(IGSO衛星)。
北斗系統與天通一號衛星系統基本類似,通信性能也類似:北斗入站信道傳輸速率:15.625Kbit/s,出站信道傳輸速率為31.25kpbs;天通一號01星話音1.2~ 4kbit/s,數據64~384 kbit/s,畢竟天通一號衛星天線增益大很多,速率肯定高一些。
上圖為北斗GEO衛星,上下端為拋物面天線。
圖片來源:n2yo.com
部分北斗衛星軌道,可見8字軌道。
從功能上將,北斗系統以定位導航和授時(PNT)為主,當然也支持全球短報文通信業務,天通一號系統功能定位主要是通信。
“星鏈”(Starlink)是美國太空探索技術公司(SpaceX)于2015年提出的低軌衛星互聯網系統,截至2023年8月26日,“星鏈”已累計發射衛星超過5000顆,2023年內發射1340顆,在軌衛星接近全球總數的50%,主要分布在550km近地軌道(LEO)。
星鏈衛星不是地球同步衛星,星鏈衛星軌道速度約7.6公里/秒,每天大約繞地15次,用戶終端只有當衛星處于其可視區域時才能鎖定與星鏈衛星的通信,可視的時間長短決定了通信的持續時間,一般來說,一顆衛星可視時間(主要是可視時間內適合建立通信的時間)一般只有幾分鐘,會經常性地發生通信衛星切換,由于衛星高速運動、地球的自轉等,實現無縫通信切換非常有挑戰性。
星鏈衛星使用Ku/Ka頻段,Ku:12-18GHz,Ka:26.5-40 GHz,相比天通一號,更高的頻段容易實現更大的帶寬,可實現高速數據傳輸。同時,Ku/Ka波段的傳播特性在大氣中的衰減相對較小。星鏈衛星目前可實現近100Mbps的下載速率。
星鏈并不是集成在手機里面的通信模塊,想要使用星鏈業務,必須在地面準備星鏈衛星天線和星鏈調制解調器,衛星天線用于接收和發射星鏈衛星信號;調制解調器接收來自天線的信號,并將其轉換為可在移動終端、計算機或路由器上使用的互聯網標準連接,如以太網或者無線局域網等。
星鏈衛星天線見下圖,其天線增益超過30dB(比手機里的天線增益大很多),以保證高速數據傳輸和可靠通信連接,因此,尺寸規模不能太小(還要通過相控陣技術對準衛星),很難集成到手機里。
從地面星鏈衛星天線,到星鏈衛星之間的自由空間損耗,也比天通衛星等同步軌道衛星低很多,大約150dB左右(比天通衛星低30dB,1000倍)。星鏈衛星參數不詳,但估計衛星天線增益也在30dB以上。這樣,通信傳輸損耗就會小很多,更容易實現高速數據傳輸。
星鏈衛星作為低軌衛星系統,主要技術優勢在于地面天線技術(要保持對準星鏈衛星)、通信組網切換(地面和衛星之間、衛星和衛星之間)等。與天通一號衛星系統實現的手機直連衛星不具備可比性。
華為Mate 60 Pro首發衛星通話功能,全靠這兩顆芯片?---芯智迅
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