水蒸气和氧气都会使得射频信号大幅度衰减，水蒸气的吸收频段是在22183和323GHz，氧气的吸收频段则在60和118GHz，在LEO卫星通信中，避开信号易衰减的频段，就以轻松将信号传递到地面接收设备。但这个任务并不轻松，卫星通信系统需要克服一系列特殊的链路预算障碍。这些障碍包括多普勒频移、大气畸变、时延、极端温度波动、大功率电平驱使放大器进入到非线性区域，以及太空环境极其恶劣的条件。因此无论是设计、制造还是部署，每一个阶段都需要小心，才能确保卫星每次都能做到一次成功。随着LEO卫星不断升空，相关的关键技术也得到进步成长的机会。
激光通讯技术
在卫星数据落地过程中，由于无法不计成本在全球密布地面接收装置，因此需要依靠卫星之间的通信，构筑数据传输链。相较于既有的射频（RF）通信系统，激光通信设备不仅重量轻、体积小、容量大而且还有高速和信息安全（不易被拦截）等优势。
激光通信技术可以大幅度提高LEO卫星的通信能力和整个网络的容量，目前，业者主要布局在5000公里到10000公里传输距离的卫星间通信的项目研发。
软件定义无线电，SDR（Software Defined Radio）
传统的卫星客制化程度非常高，一旦进入轨道投入工作（工作时间5通常为5~20年），在任务需求有变动的时候就很难进行大幅度的调整。而采用SDR的卫星则能够动态修改波束、容量、功率分配等参数。例如：波束重新配置，可为救灾、应急灯远程操作目的提供信号覆盖，而不必等到卫星退役或者再发射新星的高成本方式进行调整。在乌克兰战场，星链系统就是透过这样的技术抵抗住了俄军大规模的干扰和数据攻击。
Airbus计划在2023年将SDR卫星送上轨道。OneWeb、Boeing、Amazon都有相应的产品计划推出。业者希望，未来的卫星可以向智能型手机那样，透过增加APP的方式来添加和调整卫星的任务，且能够自主侦测和防御网络安全威胁。
相位阵列天线技术
相位阵列天线技术同样是信号传递的关键技术之一，这项技术将许多无线电发射/接收模块放置在一个阵列中，使用电子方式控制波束以追踪卫星，而不是机械地移动卫星的碟形天线。这项技术的优势包括：转向速度快，追踪迅速、具有较长时间的可靠性和稳定性，维护需求少，还能同时生成多个光是实现多功能操作，使得在高速行驶的交通工具中实现宽频数据传输成为可能。
Intellian、Thinkom、Kymeta、Hughes等公司正在与天线领域与卫星服务商展开合作，以实现更具性能和成本效益的天线系统，降低卫星宽频应用的用户成本。
卫星在轨测试技术
传统的卫星测控与通信业务是独立实施的。通常，采用X频段支持商业卫星的测控，在开展通信业务时需要有一个X频段测控站提供服务，在LEO大量在轨的今天，这种方式无论在运营成本或实时性方面都不是最佳的工作模式。
“低轨卫星通信星座的发展也在改变卫星的在轨测控与运行，新型低轨卫星集成了诸多的前沿技术，如通信基带处理技术、数字波束形成(DBF)等，使得卫星在轨的可重配置能力大大增强，要求在有限的星地连接时间内，更自动、更灵活的进行在轨的测试、控制与数据传输。通用设备平台将发挥其灵活、开放的优势，助力卫星技术的迭代创新，并加速测控与在轨运行融合的探索。” NI亚太区商业航天负责人刘金龙说
NI将通用化仪器设备用于在轨射频测试，与友商合作开发出测控数传软硬件一体化解决方案，同时实现桌面测试和在轨测试双项测试目标。在无人值守站控平台的支持下，测控数传基带能够与测运控远端平台进行无缝的遥测、遥控数据交互、远程对测控数传基带进行状态监视和参数配置，为测控任务提供有效保障。
LEO应用对元器件提出了新的要求
对卫星来说，太空的射线辐射是其内部电子元器件的主要杀手，辐射产生的影响包括临时故障、长期退化、灾难性故障等。卫星设备适用的防御措施是使用经过辐射加固和测试的电子设备，它们经过专门的辐射性能和生存能力测试。
“如今，商业航天卫星市场（主要为低成本LEO卫星）快速扩张，现已成为市场发展的驱动力。大批量商业航天市场不能承担成本较高、要求严格、耐辐射，并且符合航天标准的“传统”芯片、组件和设备，并且通常也不需要。“ADI公司航空航天、防务和RF产品总经理 Yasmine King《商业航天卫星的新时代》一文中指出。
ADI认为：在卫星市场中，15至20年的抗辐射飞行任务的市场份额只占一小部分。如今新太空商业市场有着不同的结构——任务持续时间只有几年，甚至几个月，因此在太空辐射威胁相对较低的地方辐射加固水平的要求也更低。
今天的小型卫星需要创新的设计解决方案，减小尺寸、重量、功率和成本，但是仅使用COTS器件可能无法满足许多新航天事业的保护、测试和可靠性需求。
ADI公司的商业航天产品弥合了低端COTS器件与传统全航天级气密QML V产品之间的差距。商业航天产品实现了可靠性与低成本之间的平衡，以达到可接受的风险水平。其他功能包括晶圆批次统一性和可追溯性、辐射监测器和强化测试，以及COTS商用级产品不支持的功能。
图:根据可靠性要求ADI细分了商业航天产品的等级 图片来源：ADI
ADI公司建立了两个新的产品等级组合，商用航天低轨道卫星(CSL)和商用航天高轨道卫星(CSH)，分别应对不同的市场需求，主要解决在低辐射环境中运行的近地卫星和巨型卫星群，以及传统地球同步轨道卫星不断变化的成本压力。
新太空时代需要新的方案
与发射到地球静止轨道的传统卫星相比，LEO低轨道卫星受到的大气保护更多，受辐射程度更低。此外，低轨道卫星设计寿命较短。虽然 LEO低轨道卫星对电子组件的性能和质量保证要求与传统卫星相近，但抗辐射能力要求较低。从历史上看，航天用元器件一直被安装在密封的陶瓷封装内，以通过严格的 QML 或 ESCC 认证和生产流程测试，导致这些通常小批量生产的元器件成本相对较高，对成本敏感型的LEO卫星市场成长不利。
制造商们开始研发测试更有针对性的产品，以满足商业航天卫星时代的设备制造需求。
ADI针对用户终端的Ku和Ka频段UDC
LEO卫星在不断移动，因此，终端内上/下变频器的频率合成器必须实现快速锁定以提供不间断连接。频率合成器用于辅助上变频和下变频。它们在赋能终端在运行期间连接和重新连接不同卫星方面发挥着至关重要的作用，因为从一颗卫星到另一颗卫星，空中频率在工作频段（即Ka和Ku频段）内不断变化。
卫星用户终端对IC集成度提出了很高要求，ADI利用硅工艺技术的性能和集成能力来响应这一需求。这些解决方案需要非常高的IC集成度，以实现尺寸非常小的无线电终端，同时保持非常低的功耗，并严格遵守优化的无线电成本要求。
上/下变频器(UDC)是用户终端中的基础产品，它们将调制解调器IF或基带信息直接连接到Ku频段或Ka频段。这些UDC包含众多RF和IF信号调理功能，例如滤波器、放大器、衰减器、PLLVCO和功率检测。所有IC的设计都考虑到了用户终端的信号链性能。ADMV4630/ADMV4640是Ku上下频段UDC，支持卫星调制解调器的IF接口。
图：高度集成的Ku频段变频器 图片来源:ADI
Microchip推出面向LEO应用的耐辐射电源管理器件
2023年1月，在现有耐辐射产品组合的基础上，Microchip宣布推出首款商用现货（COTS）耐辐射电源器件MIC69303RT 3A低压差（LDO）稳压器。MIC69303RT是新型大电流、低电压的电源管理解决方案，专为低地轨道和其他空间应用而设计。新推出的器件可提供塑料和密封陶瓷原型样品，以满足不同任务要求。
图：Microchip MIC69303RT
MIC69303RT基于成熟的COTS器件，更易于进行初步评估和早期开发。该器件支持1.65至5.5V单一低电压电源运行，在大电流下可提供低至0.5伏的输出电压，在极端条件下可提供高精度和500毫伏的超低压差电压。MIC69303RT是Microchip耐辐射宇航级单片机（如SAM71Q21RT）和PolarFire® FPGA（包括RTPF500TLS）的配套电源解决方案。
德州仪器数字隔离技术满足LEO卫星的高抗辐射和抗干扰要求
以前，设计人员采用光耦合器和脉冲变压器等隔离技术来隔离航天器应用中的信号和电源，不过，这些技术的局限性会给隔离式子系统带来挑战。对于光耦合器，这些限制包括较差的抗辐射性能、有限的电气性能和每个封装的通道数有限，同时脉冲变压器的尺寸较大，可能难以用于设计。
从信号隔离的角度而言，ISOS141-SEP可提供600V的更高连续工作电压、100Mbps的更快数据速率、低传播延迟以及10.7ns和4ns（最大值）的通道间延迟，并提供100kV/μs的CMTI。该隔离性能可以提高各种航天器应用中的信号隔离，这些应用包括电源系统、电池管理系统(BMS)和通信有效载荷。
图：航天器BMS中使用ISOS141-SEP数字隔离器隔离UART和GPIO信号。
采用塑料封装的数字隔离器可以隔离多个航天应用（从电力系统到通信有效载荷）中的信号。这些隔离器有助于简化设计，提供抗辐射功能并在单个封装中提供多通道解决方案，同时与现有解决方案相比保持高隔离完整性。这些先进特性将对与地球通信的LEO卫星的发展发挥重要作用。
瑞萨电子推出商用的双波束有源波束成形器IC产品
用于Ku波段卫星通信的F6121、用于Ka波段卫星通信的F6122、用于Ku波段雷达和视距通信的F6123
第二代F61xx双波束成形器IC解决了设计人员从笨重的机械扫描天线过渡至重量更轻、外形更精简的有源电子扫描阵列天线（AESA）时所面临的散热、集成与成本挑战。新产品降低了功耗，增加了片上波束状态存储器，可实现双波束操作（亦可配置为单波束，可节省40%的功耗），并大幅提升RF性能。
相较同类产品在功耗、噪声系数、尺寸紧凑程度和易于集成等方面具有优势，可广泛用于航空通信（IFC），海事、移动卫星通信和低地球轨道（LEO）地面终端领域。F61xx Rx产品是率先商用的具有双波束功能的产品，可以在整个Ku和Ka卫星通信波段上进行“先接后断”无缝切换或同时进行多卫星、多轨道操作。
意法半导体发布经济型抗辐射加固芯片，面向新太空”卫星应用
意法半导体的新型 LEO 抗辐射加固塑料封装元器件可以直接用于新太空航天器，在产品认证和制程方面进行了产品优化，具有规模经济效益。新产品不需要用户进行额外的认证或筛选测试，消除了巨大成本和风险。
ST的新系列抗辐射加固功率、模拟和逻辑芯片采用低成本塑料封装，为卫星电子电路提供重要功能。意法半导体刚刚发布了该系列的首批九款产品，包括LEO3910 2A 可调低压差稳压器、LEOAD128 8 通道、1Msps 12 位模数转换器 (ADC)、LEOLVDSRD 400Mbps LVDS 驱动器接收器、LEOAC00四路 2 输入与非门、LEOAC14施密特触发器输入十六进制反相器、LEOA244三态输出八进制总线缓冲器、LEOAC74 双通道D 型触发器、LEOAC08四通道 2 输入与门和LEOAC32四通道 2 输入或门。
这些产品用于整个卫星系统，例如，发电配电、星载计算机、卫星遥感跟踪器、收发器等卫星系统。意法半导体今后几个月继续发布新品，扩大该系列，增加更多功能，以进一步扩大设计师的选择范围。
Teledyne e2v外设丰富的四核ARM®Cortex®-A72宇航处理器
2022年10月18日Teledyne e2v宣布交付其先进的宇航认证的四核Cortex-A72边缘处理平台的飞行正片（FM）——LS1046-Space。对于计算密集型的太空应用，包括高吞吐量卫星、数据压缩以及人工智能和成像，该处理器的性能比现有的方案高出30倍。这款产品是对Teledyne e2v的产品系列的重要补充，可支持大量新的宇航应用。
图：Teledyne e2v的LS1046-Space处理器
LS1046 Space适合在要求最苛刻的太空环境中运行，其工作温度范围从-55到125℃。它可耐受100 krad的总电离剂量。此外，对单粒子栓锁（SEL）和单粒子翻转（SEU）的免疫性能正在验证中。该产品通过了最高NASA 1的认证处理器。它特别适合用于功率受限却需要先进的数据路径设计并访问多个集成外设的立方体卫星和微小卫星平台。
通过使用LS1046-Space，客户可以实现目前市面上性能最高的宇航级边缘计算平台。凭借其先进的处理能力、强大的功能以及在太空系统中的易用性和易实现性，它将是人工智能和机器学习（AI和ML）的重要推动力。它特别适合用于未来的近地轨道（LEO）的任务。"
ADI公司和Keysight Technologies联手 共推相控阵技术加速部署
2022年10月17日，ADI公司和Keysight 宣布合作共同加速相控阵技术的推广与部署。相控阵技术能够简化与创建卫星通信、雷达和相控阵系统相关的开发工作，是实现无处不在的连接和泛在检测的关键。
ADI公司的相控阵平台系列提供了一套完整解决方案，可以利用Keysight的相控阵测试解决方案进行测试和校准，从而帮助客户加快波束成形解决方案的开发速度。此次合作整合了双方生态系统的整体实力，旨在打造集设计、测试和校准的全方位解决方案。其中的相控阵天线亦是推动实现新一代无线通信应用以及信号智能和地球观测应用的关键。
是德科技与高通公司合作加速5G NTN通信助力偏远地区宽带网络连接
是德科技提供先进的设计和验证解决方案，旨在加速创新，创造一个安全互联的世界。
此次端到端5G NTN连接在高通公司的圣地亚哥实验室中通过构建低轨卫星(LEO)模型，将是德科技的5G基站和航空航天仿真解决方案与高通公司的5G移动测试平台(MTP)相连接而完成。高通公司的MTP智能手机参考设计测试平台，可用于实现和验证高通公司研究实验室中最先进的功能特性。此次合作能够助力终端设备制造商加速3GPP Release 17 (Rel-17)的研发设计。
是德科技的高性能仿真解决方案，可以对卫星以7500km/s的速度运行于750km高度的场景进行多普勒频移和时延补偿。航空航天行业使用是德科技以软件为中心的设计和验证解决方案发射了数千颗卫星，这些卫星用于航空、海事和关键任务通信以及环境监测。
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