摘要：Starlink终端采用平板相控阵天线而非传统"锅盖"天线，主要因为其电子扫描特性可实时追踪高速运动的低轨卫星，无需机械转动。相比机械天线，相控阵具有超薄、快速响应优势，但面临高成本和发热问题。通过CMOS工艺、AIP封装等技术，Starlink将相控阵成本从军用级别降至消费级。未来可能发展液晶超表面等更低成本方案。相控阵通过精密算法控制上千个辐射单元的相位实现波束转向，是车载卫星通信的理想选择。

相控阵天线 (Phased Array)

为什么 Starlink 的终端是一个扁平的板子，而不是我们在电视里看到的“锅盖”？ 因为只有平板相控阵才能在不转动机械结构的情况下，追踪满天乱飞的低轨卫星。

1 机械碟形天线 vs 平板相控阵

1. 机械天线 (Parabolic / Mechanical Steering)

• 形态： 类似于“船载动中通”，一个圆圆的白色大圆顶（Radome），里面藏着一个机械转动的锅。

• 原理： 靠电机驱动天线物理转动，对准卫星。

• 优点： 增益高，技术成熟，便宜。

• 致命伤：

• 太高： 像个大瘤子顶在车顶，风阻巨大，不仅丑，还过不了限高杆。

• 反应慢： 机械转动有惯性，很难跟上 7.8km/s 的低轨卫星，更难应对车辆的剧烈颠簸。

2. 平板相控阵 (Flat Panel Phased Array)

• 形态： 像一块 iPad，或者贴在车顶的一块薄板。

• 原理： 电子扫描。 天线本身不动，靠改变电磁波的相位来改变波束方向。

• 优点：

• 超薄： 可以做得非常平，完美贴合车顶流线。

• 极速： 波束切换只需 微秒级，完全无视车辆颠簸和卫星高速运动。

• 致命伤： 贵！发热大！

2 波束成形（Beamforming）：用算法控制电磁波“转头”

相控阵的魔法在于数学。

1. 阵列结构

一个相控阵天线面板上，密密麻麻排列着 1000+ 个 微小的辐射单元（小天线）。

2. 相位控制

• 原理： 如果让所有单元同时发射信号，波束垂直向上。

• 波束偏转： 如果让第1个单元先发，第2个单元延迟 1ps 发，第3个延迟 2ps 发……

• 这些微小的时间差（相位差）会导致电磁波在空中叠加干涉。

• 结果： 合成的波前会向某个方向倾斜。

• 效果： 就像你转动淋浴喷头一样，水流（电磁波）的方向改变了，但喷头（天线）本身没动。

3. 算法挑战

车端芯片必须实时计算：

1. 车在哪？姿态如何？ (IMU 数据)。

2. 卫星在哪？ (星历数据)。

3. 计算相位： 瞬间算出 1000 个单元各自应该延迟多少纳秒，才能让波束精准打在卫星上。

3 成本之殇：如何将几十万的相控阵降到几千块？

在军用领域（如宙斯盾雷达），相控阵天线造价高达数百万美元。在 Starlink 之前，民用相控阵也是几十万元起步。 要把这玩意装在 20 万的汽车上，成本必须降到 3000 元人民币以内。

1. 工艺革命：CMOS 工艺

• 过去： 使用 砷化镓 (GaAs) 工艺制造射频芯片。性能好，但贵得离谱。

• 现在： 使用 硅基 CMOS 工艺。

• 虽然单个芯片功率低一点，但极其便宜，适合大规模量产。

• Starlink 的终端里就集成了大量的自研 CMOS 波束赋形芯片。

2. 封装革命：AIP (Antenna in Package)

• 把天线阵列和射频芯片集成封装在一起，减少 PCB 走线损耗，降低组装难度。

3. 架构降级：模拟波束赋形 vs 数字波束赋形

• 全数字 (Digital)： 每个单元都有独立的 ADC/DAC。性能无敌，但贵且功耗爆炸。

• 模拟 (Analog)： （车载主流）。多个单元共用一个通道，只在射频端做简单的移相。虽然灵活性差一点，但成本和功耗都在可接受范围内。

4. 液晶超表面 (Liquid Crystal Metasurface) —— 潜力股

• 黑科技： 不用昂贵的移相器芯片，而是利用液晶材料（像 LCD 屏幕一样）来改变介电常数，从而偏转波束。

• 优势： 成本极低（像造屏幕一样造天线）。

• 缺点： 响应速度慢（毫秒级），目前还在实验室阶段。

小结

• 相控阵 是 LEO 卫星通信上车的唯一解。

• 它的核心能力是**“电子摇头”**，彻底抛弃了机械结构。

• 成本 是目前最大的拦路虎，CMOS 工艺和大规模量产是降本的关键。

• 未来，你的车顶全景天窗玻璃里，可能就埋着一整块透明的相控阵天线。

硬核拆解：从天通模块到 Starlink 碟盘

拆解对象 A：Starlink Dishy V2 (矩形碟盘)

这是目前全球最先进的民用相控阵天线。它把原本几十万美元的军用雷达技术，做到了几百美元的消费级成本。

1. 外观与散热

• 正面： 一整块光滑的白色塑料（透波材料）。

• 背面： 一整块灰色的铝合金外壳。注意：这不仅是外壳，更是巨大的散热片。 相控阵发热极大，整个背面都在辅助散热。

• 电机： 支架连接处有两个步进电机。虽然是电子扫描天线，但电机用于粗调，确保天线面大致朝向天空开阔处（北半球朝北，南半球朝南）。

2. 核心：相控阵 PCB (The Array)

揭开塑料盖板，你会看到一块巨大的、密密麻麻的 PCB 板。这是人类工程学的奇迹。

• 辐射单元 (Patch Antennas)：

• 板面上蚀刻了约 1280 个 微小的铜片（贴片天线）。

• 它们排列成蜂窝状六边形网格。

• TX/RX 分离： 一部分负责发射（TX，Ku 频段 14GHz），一部分负责接收（RX，Ku 频段 12GHz）。

3. 芯片：ST 的波束赋形魔法

在 PCB 的另一面，对应着这 1280 个天线，密布着几百颗芯片。

• 核心芯片： ST (意法半导体) 定制的波束赋形芯片。

• 每颗芯片控制 8 个 或 16 个 天线单元。

• 功能： 极其精确地调整每个单元的相位 (Phase) 和 幅度 (Amplitude)。

• 原理： 通过让第 1 个天线比第 2 个天线晚 0.1 纳秒发射，电磁波在空中合成的波束就会偏转一个角度。

• 主控 SoC： 一颗 四核 ARM 处理器（类似手机芯片），运行定制的 Linux 系统。它负责计算卫星位置，指挥几百颗波束芯片协同工作。

4. 成本秘密

• 全硅工艺： 以前相控阵用昂贵的 GaAs（砷化镓），Starlink 全面采用廉价的硅基 CMOS 工艺。虽然单颗功率低，但靠数量堆死你。

• 单板集成： 天线、射频、电源、主控全在一块 PCB 上，极大降低组装成本。

拆解对象 B：车载天通一号通信模块

这通常是一个火柴盒大小的金属屏蔽罩模块（如移远 CC660D 或 广和通的相关模块），或者直接做在 T-Box 主板上。

1. 尺寸与接口

• 尺寸： 约 30mm x 30mm（LCC 封装）。

• 接口： UART（接车机发指令）、PCM（接音频）、SIM 卡接口、RF 天线接口。

2. 射频前端 (RF Front-end)

• 核心挑战： 大功率发射。

• PA (功率放大器)： 必须有一颗强力的 PA 芯片。因为天通卫星在 36000km 外，模块发射功率需达到 2W (33dBm) 甚至更高。

• 滤波器 (SAW/BAW)： 关键部件。 为了防止这 2W 的信号把旁边的 GPS 给“震聋”，必须在输出端加一个深度的带外抑制滤波器。

3. 基带芯片 (Baseband)

• 厂商： 通常来自 华力创通 或 中电科。

• 制程： 不需要太先进，40nm 或 28nm 足矣。

• 功能：

• 负责天通专有的空口协议（GMR-1 3G 标准的变种）。

• 负责音频的编解码（AMBE 算法）。

4. 天线设计 (Antenna)

这就是那个装在鲨鱼鳍里的东西。

• 形态： 通常是一个 陶瓷介质圆柱体 或 螺旋弹簧 形状。

• 极化： 圆极化 (Circular Polarization)。为了应对卫星姿态变化和电离层旋转。

• 体积： 直径约 4-5cm，高度 2-3cm。这对于鲨鱼鳍来说已经是非常庞大的“异物”了。

拆解总结

• Starlink 的内部就像一个精密的相控阵雷达，靠成千上万个微小单元的数学计算来追踪卫星。

• 天通模块 的内部更像一个大功率的 2G 手机，靠暴力发射功率和专用协议来连接苍穹。