超表面阵列将以便携式方式连接基站、汽车和无人机

卫星互联网服务正在迅速发展，但连接这些服务所需的地面终端价格昂贵且耗电。法国初创公司 Greenerwave 正在建造一个终端，使用他们称之为 “可重构智能表面” （RIS）的东西来降低成本和能耗。

Starlink 和 Eutelsat OneWeb 等公司生产的 低地球轨道 (LEO) 卫星群 有望为全球任何地方提供连接。但要与不断移动的 卫星建立连接，并在它们之间快速切换以保持可靠的连接，需要一些先进的天线技术。

如今，大多数服务都依赖于 相控阵天线 ，这种天线由多个较小的天线组成，它们共同作用来形成和控制无线电波束。这使得锁定移动目标成为可能，但它需要复杂而昂贵的电子设备，而且耗电量很大。总部位于巴黎的 Greenerwave 则建造了一个依赖于 RIS 的终端，RIS 由数十个小型可调节反射单元组成，它们协同工作，在波束从表面反射时改变其方向和特性。

由于天线使用的电子设备简单得多，首席执行官 Geoffroy Lerosey 表示，它比那些依赖相控阵的天线更具成本效益，并将能耗降低到传统系统的十分之一。除了削减成本外，RIS 技术还可以实现汽车和飞机上的卫星终端等新应用。Lerosey 表示，Greenerwave 计划在今年年底开始销售他们的终端。

他还报道说，Greenerwave 正在与位于弗吉尼亚州泰森斯角的跨国卫星公司 Intelsat 讨论开发定制终端。Intelsat 发言人就此声明证实了两家公司之间的谅解备忘录，并表示：“Greenerwave 的创新终端技术非常契合 Intelsat 的多轨道战略。Greenerwave 的低成本、低功耗产品将使我们的服务在市场上脱颖而出，并有助于实现更广泛的卫星通信应用。”

“我们推出的天线比竞争对手更具成本效益，而且功耗也低得多，”Lerosey 说道。 “但由于功耗低，我们也允许新的垂直行业使用这种技术。 ”

超材料可以更好地调谐波前

在移动卫星和地面站之间建立通信链路需要双方都能够控制无线电波束，一个将数据向上传输，另一个将数据向下传输。这通常使用相控阵天线来实现，相控阵天线使用一种称为波束成形的过程，其中许多微型天线发射具有不同相位的信号。这些信号相互干扰，无论是建设性干扰还是破坏性干扰，通过仔细控制这种干扰模式，天线可以生成一个可以控制形状和方向的无线电波束。

相比之下，Greenerwave 的终端采用的技术基于 Lerosey 在巴黎朗之 万研究所 开展的“超材料”研究，超材料是一种具有自然界中通常看不到的特性的工程材料。该公司设备的核心是一种称为 超表面的 二维超材料，旨在操纵电磁波。它由许多小的反射元件组成，这些元件可以在高电阻抗和低电阻抗之间切换，从而改变从它们反射的任何波的相位。

当无线电波束发射到这个表面时，反射元件会产生不同相位的信号，类似于相控阵中的微型天线。这些信号相互干扰，形成一个无线电波束，其方向、相位、极化甚至带宽都可以精确控制。天线甚至可以产生多个波束，其属性和方向可以独立配置。

Lerosey 表示，天线技术之间的巨大差异在于，相控阵中的每个天线都需要专用集成电路。这会增加整个系统的复杂性、成本和功耗。相比之下，他说 Greenerwave 终端中的电子设备相对简单。“这个表面的构建块只是一个非常简单的开关，”Lerosey 说。“它只是几个晶体管。它真的很小。它的成本非常低，而且消耗的能量也非常少。”

Lerosey 表示，大多数可控天线通常使用 500 瓦到 1 千瓦之间的功率，但由于超表面天线的无源波束成形方法，Greenerwave 的终端仅使用 70 瓦。这可能会开辟能源效率至关重要的新应用，例如在车辆或无人机上安装卫星终端。

Lerosey 表示，虽然硬件很简单，但精确控制 RIS 需要一些复杂的软件。他说，没有方程可以直接预测特定的反射模式将如何影响光束的方向和特性。因此，该公司基于系统的物理模型和基于真实世界操作数据训练的 AI 模型 的组合，创建了终端的数字孪生。然后使用这个数字孪生来计算如何重新配置反射模式以实现所需的光束。

Gartner 杰出副总裁分析师Bill Ray 表示，超材料在降低卫星通信成本方面具有巨大潜力。他说，这可以扩大卫星连接的使用范围，例如，可以将终端嵌入到每辆汽车的车顶。“人们对生产质量的一致性存有疑问，”他说。“但学术实验已经证明了这种潜力，所以我并不惊讶看到商业公司迅速采取行动利用这项技术。”

今年 2 月，Greenerwave 宣布 已筹集 1500 万欧元用于开发其首个生产终端，Lerosey 表示该终端将于今年年底投入使用。

Lerosey 表示，他们的目标不仅限于卫星通信，该公司目前正在开发可用于 5G 网络的终端。他表示，他们的技术降低能耗可能会吸引网络提供商，但他预计这项技术标准化还需要一段时间。

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