星链卫星是如何提供互联网服务的看完它的工作原理你就明白了

需要这么一口大锅盖就能进行上网,这就是大名鼎鼎的星链系统。我们打开一个卫星天线,看一下它究竟是如何连接互联网服务的。这是一块铝制结构的背板,背板上面就是天线最重要的核心,一个巨大的PCB电路板。电路板上面安装了640颗小型微芯片以及20颗较大芯片,在PCB的边缘位置上还有主CPU芯片和GPS芯片。PCB的背面是1400个环形铜圈。PCB电路板与其他三层板材一起构成了1280根蜂窝射频天线模块。每个天线模块都非常复杂,这些天线组成一个巨大的相控阵天线。我们现在看看天线是如何向卫星发射电磁波的。射频天线一共由六层组合而成,为了方便理解,我们将天线简化为两层,天线最下面是一个微芯片,芯片连接着一条弯曲的馈电线,上面是一个天线贴片。馈电线能接收微芯片产生的十二千兆赫的高频信。信号每83匹秒一个周期,从而产生电荷正负的变化。当高频信号来到馈电线时,有趣的事情发生了,信号曲线处于波谷时,电子会被推送到馈电线的末端,形成负电荷区,与此同时,上面的天线贴片形成正电荷区,从而在连接线和天线贴片之间形成一个磁场。当信号曲线处于波峰时,正负电荷区发生交换,磁场方向也会发生相应的变化。由于信号会在波峰、波谷不断变化,磁场也会不断来回震荡,通过不断的产生这种震荡磁场,最终会产生一个沿着电场和磁场垂直传输的电磁波,产生的电磁波会向外进行扩散。这只是一个天线,如果想要卫星能接收到地面发射的电磁波,我们需要更多的天线组合在一起,从而产生一个聚焦的强大的电磁波波束。我们看一下波束的产生过程,这是两个简化后相邻的天线,其中一个天线产生电磁波后会向某个方向。散开进行传播,当第二个天线发射电磁波后,电磁波会与第一个电磁波发生叠加,这样我们就得到两个相互叠加的增强信号。我们在加入几个天线可以看到电磁波的香肠干涉进一步聚焦,而接收天线有1280个这样的天线,这些天线聚集在一起就能形成一个非常强大的电磁波波束。如果你对这种3D知识动画感兴趣,可以下载左下角最新推出的APP进行学习,里面有非常专业的优质内容,感兴趣的可以下载了解一下。但是现在有个问题,卫星运行速度非常快,每小时达到2.7万公里,另外播出的指向是有一定范围的,每隔4分钟左右,天线就会在不同的卫星之间切换,但是想在如此高速下瞄准卫星并不简单,那怎么办呢?只能通过改变向位来解决,也就是将信号向左或者向右移动,比如我们将信号进行一个180°的向移,波形会是这样。如果进行315。度的向移,波形又会是这样?现在我们还是以这两个天线为例,将天线二的信号进行45°向移,由于两个天线信号的波峰波谷不一致,那么产生的两个电磁波的香肠干涉的位置偏向左边,如果我们向左不断改变信号二的相位,香肠干涉的位置会慢慢的向右移动,通过不断的改变信号的相位,就能创造出一个相肠干涉的扫描区域。我们现在再加入几个天线,这些天线的电磁波汇聚在一起,通过信号的变化,电磁波的扫描范围也会不断变化,我们具体到整个相控振天线,那么天线产生的电磁波就会在100°的范围内进行不断扫描。有个疑问,信号相位是如何不断改变的呢?这就要用PCB电路板上的卫星片了,电路板上的GPS模块会测量出卫星的位置信息,CPU根据这些信息计算出每一个天线所需要的相宜,然后将相应信息发送给20个波数控制芯片。每个波束控制芯片在与30。二个射频模块进行协调,每个射频模块控制两个天线,CPU每隔几每秒就会重新计算一次天线数据,以便调整波数的位置,并不断的对准星链卫星。问题是这些波数是如何收发数据的呢?其实数据是通过二进制进行发送的,我们只需要改变信号的符值和相位就可以了。不同的符值和相位代表不同的6位二进制数据,6位二进制值可以表示64个不同的值,我们可以将这64个二进制值分布在不同的象限。比如我们现在要传输01101这个数据在原点和01101之间进行连线,这条线段的长度就是符值,线段与X轴的夹角就是相位。然后电磁波的幅值就会按照象限的浮值以及象限的相位进行波动,如果要传101000这个数据也是一样的,先计算出符值,再计算出相位,从而再次改变浮值和相位。这些不同幅值和相位的电磁波组合在一起,就能在卫星和天线之间进行数据。传输了。

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