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低轨卫星通信背景介绍

当我们回望通信技术的发展历程，从1G到5G，地面基站从模拟到数字再到MIMO，人类对连接的追求从未停止。然而，地球表面仍有超过70%的区域无法被传统地面基站网络覆盖——海洋、沙漠、高山、极地，这些”信息孤岛”长期困扰着全球通信的完整性，低轨卫星（LEO, Low Earth Orbit）通信的兴起，正在改写这一格局。运行在距地面300-2000公里高度的低轨卫星星座，以其低时延、高带宽、广覆盖的特性，被视为构建”空天地一体化”网络的关键拼图。与地球同步轨道卫星（GEO）和中轨卫星（MEO）相比，低轨卫星的信号传输时延从数百毫秒降至20-40毫秒，接近地面4G/5G网络水平，且路径损耗更小，终端功耗更低。

然而，低轨卫星通信在迈向大规模商用的道路上，面临着一个核心挑战：速率不足。 早期的低轨卫星系统，如铱星（Iridium）和全球星（Globalstar），主要工作在L/S波段，单波束数据速率低，仅能支持文字、语音和低速数据业务。其速率瓶颈的根源在于链路预算的硬约束。根据弗里斯传输方程，信号在自由空间传播时的路径损耗与距离平方成正比。低轨卫星相比地面基站（覆盖半径通常小于10公里）存在60~80dB的额外路径损耗。如果要保证和地面基站相同的通信速率，可以从三个方面去改善，1）大幅度提升卫星发射功率，2）在地面使用高增益天线，3）大幅提升信道带宽。

SpaceX的解决方案

低轨卫星商业化最成功的项目无疑是SpaceX公司的Starlink（星链），他采用Ku/Ka波段（12~18GHz，26.5~40GHz），频率的升高非常有利于大规模天线阵列的部署，以V2为例，其卫星侧总共有约3000发射单元，总发射功率为1KW，结合天线阵增益的其单波速EIRP可达100KW（基站该值通常为1KW量级）；地面终端约1000个天线单元，典型场景增益为30dbi（通常手机天线增益为0dbi）；与此同时高频率也非常有助于提升信道带宽，其最大信道带宽也可以达到400MHz（5G基站N41频段为100MHz），通过以上三个方面的提升，其单波速通信速率可超过1Gbps，1分钟下载完一部高清电影。

Starlink 卫星图片

Starlink 接收终端图片

Starlink方案虽然很好解决了速率问题，但其缺陷依然非常明显，第一是Ku/Ka波段频率太高，雨衰大，穿透性弱，须在空旷地方才能连接；第二是必须依赖一个尺寸较大的地面终端，通过该终端将信号转换为wifi信号再与手机连接；第三Ku/Ka波段元器件远不如低频民用通信频段成熟，价格较高。

AST SpaceMoblie 的解决方案

AST SpaceMobile ，2017年成立于美国德克萨斯，与启动于2015年的Starlink不同，他们自诞生之日起就瞄准了一个宏大目标：让全球任何地方的普通4G/5G手机均可直连卫星，享受宽带互联网服务，无须Starlink一样需要一个额外的接收“锅盖”。AST选择和全球多家运营商合作，共用运营商核心网，卫星作为无线接入网，成为名副其实“上天的基站” 。

图片来自AST 官网

为实现这一目标，AST SpaceMobile选择了一条技术难度极高但潜在回报巨大的路径：在卫星上部署超大规模S（2~4GHz）波段相控阵天线，通过巨大的天线增益补偿星地链路损耗，从而兼容存量手机。相比Ku/Ka波段，S波段虽然组阵难度极大，但有两个巨大优势：第一 频率低覆盖好，对雨衰和遮挡容忍度更高；第二 S波段产业链成熟，无论是器件还是终端都非常便宜。 2023年AST 通过实验星“BlueWalker”打通了第一个卫星电话，2024年9月发射了5颗正式商业卫星Block 1 “BlueBird”，其相控阵面积达到了惊人的64平方米，推测其发射单元上万，EIRP 100KW。 2025年8月，AST 宣布以6450万美元收购国际电信联盟（ITU）持有的全球S波段频谱优先权，这一举措为其在全球部署S波段卫星网络扫清了频谱障碍。与此同时，AST正在加速其Block 2 “BlueBird”卫星的部署。每颗Block 2卫星搭载展开面积达223平方米的相控阵天线，由数万个阵元组成，信道宽度为40MHz，支持120Mbps峰值数据速率。截至2025年8月，公司已完成8颗Block 2卫星相控阵微型组件的组装，计划在2026年前将45-60颗卫星送入轨道。

图片来自AST 官网

AST SpaceMobile的技术路线验证了一个关键趋势：S波段超大规模相控阵是实现手机直连卫星的可行路径，但数量庞大的射频通道会给卫星带来极大的重量负担，从而带来高昂的发射成本，以SpaceX主力可回收火箭猎鹰9号为例，近地轨道单公斤发射成本达到3000美元，也就是约20RMB/克；传统S波段基站中，因为高抑制、低损耗要求，通常用采用腔体滤波器，其重量可以达到整个基站的20%以上，业界推测Block 1 “BlueBird”重量约为2000公斤，如果沿用传统滤波器方案，单滤波器重量就会达到400公斤，因此大型S波段相控阵设计滤波器重量是控制成本关键因素。

滤波器方案的演进

基站/卫星侧滤波器追求极致性能，通常有以下几个特征：1）抑制高，4G基站T/R抑制可达100db以上，5G基站也需要70~90db量级；2）插损低，通常平均损耗要求小于1db；3）功率高，4G基站可达到80W，5G基站一般在5~20W，如果更大规模阵列可以降低到2~5W左右。满足这些特征的滤波器首选腔体滤波器，但到了5G 多通道架构下，腔体滤波器体积和重量已经难以忍受，部分基站厂商采用了介质滤波器，可大幅降低体积和重量。不难进一步推演，如果射频通道数进一步增多达到数千或者万级别，介质的重量和尺寸也将是系统的一个巨大负担，这个时候声学滤波器将会是一个更优的选择，但声学滤波器性能真能满足上述三个要求么？

瑞宏的声学滤波器解决方案

传统声学滤波器一般来说，抑制在55~60db，功率在1~2W，插损在1.5db左右，难以直接用于卫星射频通道前端取代腔体或者介质滤波器，但声学滤波器在重量上的绝对优势，使得花时间解决上述三个问题是值得的，瑞宏研发团队通过1年多时间，从材料，电极镀膜工艺，电路模型，封装工艺，电磁泄露对消等多方面迭代优化，推出业界第一款可用于S波段卫星射频前端的SAW滤波器，尺寸2016，重量小于0.1g，通带：2120~2200MHz，抑制70db+， 耐受功率39dbm@20MHz 5G NR信号，通带平均插损小于1db。

B65 TX滤波器性能(RBG1C1807)

除发射通道的高抑制大功率滤波器外，瑞宏同步还推出与之配套的接收通道低损耗SAW滤波器，通带：1930~2010MHz，抑制60db+，通带平均插损小于1db，满足2025近端20db+抑制要求。

B65 RX滤波器性能(RBF1C1806)

除B65频段外，瑞宏还推出B3频段高性能卫星射频前端SAW滤波器，尺寸2016，重量小于0.1g，抑制70db+，耐受功率40dbm@CW信号，插损0.5db。

B3 TX滤波器性能(RBG1C1829)

B3 RX滤波器性能(RBF1C1828)

为了确保器件在轨可靠性，宇航用半导体器件需进行额外的地面抗辐射测试以及热真空功率测试。

器件抗辐照实验

宇航用半导体器件抗辐照试验核心是覆盖总剂量效应与单粒子效应两大类型，按相关标准值行，确保器件在轨可靠。RBG1C1807_B65TX滤波器参与总剂量效应测试，依据QJ10004A-2018，GB/T 4937.6-2018 行业标准，关注累计计量以及重要参数漂移。

辐射源采用钴源，对RBG1C1807_B65TX型射频芯片进行辐照，测得样品的Insertion Loss（插入损耗），Amplitude Ripple（损耗波动），Group Delay Ripple（群延时波动），VSWR ANT Port（天线口驻波比），VSWR TX Port（ TX输入口驻波比），Attenuation（抑制）正常，器件工作正常，判定器件的抗辐照能力OK。

再回头看看SpaceX的动作，作为低轨卫星通信的领导者，SpaceX的Starlink星座已部署超过7000颗卫星，服务全球数百万用户。然而，Starlink并未止步于Ku/Ka波段的宽带接入，而是积极布局S波段手机直连市场。2025年9月，SpaceX宣布170亿美金收购Echostar S波段频谱用于未来手机直连，按照规划其后续发射专用V3卫星，将配置大规模S波段相控阵。

更值得关注的是，Starlink在滤波器领域的垂直整合动作。2025年5月，SpaceX通过旗下子公司Tune Holdings，以3020万美元收购了射频滤波器公司Akoustis的几乎全部运营资产。Akoustis成立于2014年，由Qorvo前员工创立，专注于声学滤波器技术，不难看出Starlink 未来在S波段滤波器方案上的选择。

结语

从AST SpaceMobile的223平方米S波段超大规模相控阵，到Starlink对Akoustis的收购；滤波器，这个看似微小的元器件，正成为决定竞赛胜负的关键一环。 瑞宏公司高性能卫星SAW滤波器的突破，是中国在这场全球竞赛中迈出的坚实一步。我们期待，更多的技术突破将从这里诞生，共同编织空天地一体化的通信网络，让连接无处不在。