StarLink卫星的相控天线可以形成并发射几十个独立的波束。在向国际电联提交的最新版StarLink中，统计了一下有48种波束配置。它们全部同时工作并不是事实，也许这些只是卫星天线具备的多波束能力。
可以肯定的是，关口站在每个极化大约2000 MHz（8个480 MHz的波束）向Ka波段的卫星发送信号，从卫星到用户终端的一个波束的宽度为240 MHz。总共，我们可以同时从卫星发射16条波束，宽度为240 MHz（用户终端只能以一种极化方式进行接收）。
星下位置覆盖地表波束区域的直径沿线大约为24 km-3dB（出自SpaceX报告）。随着波束的偏离，其直径增加，因为相控天线阵列的方向图的角度略有增加。在对应于用户终端仰角25度仰角，波束覆盖直径超过70 km。
如果我们采用的波束直径为24 km（或452平方公里的面积），并且每颗卫星上16束波束，那么对于美国（或53个平行线之间的区域）的覆盖率为100％，我们将需要41480颗卫星。这显然是错误的，因为SpaceX承诺将在该项目的第一阶段使用1584颗卫星来做到这一点（覆盖美国大陆100％的覆盖率）。
在测试过程中测得的StarLink网络中的最大速度为240 Mbps。这是在2020年秋季，频段为240 MHz，几乎没有负载，最近（2021年初），当用户越来越多时，再也没有这样的“记录”了。几乎看不到测试结果超过170Mbps（这是240 MHz带宽）的结果。StarLink网络中的信噪比为9-10 dB，对应于8PSK调制和3位/ Hz的频谱效率。也就是说，从卫星到用户终端的方向上的信息速度大约在720 Mbit左右，而用户现在获得的速度不到200 Mbit。
这么少的波束和卫星如何覆盖这么大的面积？StarLink网络与标准卫星网络的明显差异。波束一定范围内按小区跳跃，15秒内（这是在重新计算卫星相对于终端的位置以及重新分配哪个终端给哪个卫星时间周期）每个波束指向在某个范围（凝视）。比如跳跃图案可以是：小区交替为7-8-9-7-8-9-7-8-9，期间会涉及到关口站的切换，每个区域的操作时间不应短于框架（数据包）的长度。例如，假设帧/数据包的长度是10毫秒。这样的帧包含720Mbit * 0.01秒= 7.2兆比特= 900千字节的信息。您还可以将轮询速率提高到每1毫秒1次，然后数据包/帧大小将为100 kB信息。在这种情况下，帧/分组将包含该波束中所有用户终端的信息。但是，如果某小区中只有一个终端在线，那么所有这些kB都是他的。根据每波束的负载，理论上可能会更改小区跳跃图案：由7-8-9-7-8-9切换为7-8-9-8-7-8-9-8，这样第8单元中的终端的速度比第7或9单元中“终端”的速度快2倍。
接受beta版的用户严格按照地理位置接收邀请-居住在SpaceX认可为“已服务”的小区中，并且用户接受每天中断几分钟网络，随着在轨卫星的数量及其上的带宽资源的增加，SpaceX“打开”一个个新的“小区”进行服务，并将邀请发送给居住在其中的用户。
其它相关内容：
Starlink网络的关口站有8个天线，每个天线都可以向其“自己的”卫星发送信息
通常，关口站也有用户终端，用于控制目的，检查在给定不同天气条件服务区域内调制方式。
星间激光链路切换、跟踪、瞄准的时间应该在秒级以上，StarLink星间激光采取的是4个方向固定式激光链
一、外部结构
图片来源：视频截图
图片来源：视频截图+后期备注
在终端的背面安装了支架、驱动电机、网线等结构。两侧两个驱动电机齿轮比较大，同时转速很低，因此只是用来做系统固定安装、卫星空域粗对准时候的微调工作。实质的对星通信、跟星、切星等一些列通信操作都需要用相控阵阵面终端来实现。
同时在外形结构中，整个Dish的边缘、网线的接入口、支架的固定位置、后盖的安装都做了非常细致、严谨的防腐、防潮、防水的设计。（这里就不介绍了）
拆开背板可以看到整个终端系统的覆盖着一层金属背板，大概就是如下所示：
图片来源：视频截图+后期备注
在上面的图中，背板上面留着一个SMA接口，猜测是用来做最后的校准测试的接口，因为在实际的使用中并没有接入任何的线缆。其他的四个孔就只是用来固定支架的四个螺钉孔而已。
可以看到背板上面有横着的金属凹槽，主要设计用来与下层的PCB板子进行粘合，提供固定。当然还需要周围一圈的固定位来实现。
图片来源：视频截图
图片来源：视频截图+后期备注
拆开背板翻过来可以看到，金属背板上有一个个蓝色的圆形泡沫，正的位置刚好是PCB板上面的芯片的位置，所以作用就很明显了：用于散热，传导到金属快速散热。将整体的热量传导到边缘实现快速散热、降温。
图片来源：视频截图
这一块金属背板的厚度大约在1.3mm。拆去背板之后可以从视频中看到整个系统的厚度也是非常薄的。
二、电路拓扑结构
图片来源：视频截图+后期处理
接下来就是电路结构的部分。从视频中可以看到整个背面是倒装表贴了很多芯片。从边缘顺时针的方向依次是：
-
网口：前面提到的网线的插入口；
-
POE：Power Over Ethernet，以太网供电，主要基于IP终端传输数据信号时候的供电；
-
电源管理：为整个板子提供电源，负责不同部件的电源的供电、管理工作；
-
计算单元：是整个系统的大脑，包括了核心的RAM芯片，EMMC flash等，保存了系统的文件、软件算法等信息；
-
GPS：包括了一个GPS接收机芯片、2M的Flash等；
图片来源：视频截图
核心处理器采用了意法半导体的芯片
在板子的中间偏左的位置有一个芯片，猜测是分布式的时钟放大芯片，用于放大时钟信号，给板子上所有通道的芯片提供统一的时钟（60MHz的晶振），板上的所有同步信号共享时钟。
三、射频链路
图片来源：视频截图+后期处理
射频链路部分，由两种芯片构成。如上图所示，8个小芯片和其中的一个大芯片构成。根据系统的架构可以初步判断，小的芯片应该是负责T/R的前端芯片，有两个通道，分别带有低噪放和末级功放；大的芯片负责8个小芯片，具有8通道带有调幅、调相、混频等功能。
芯片部分的比例是1:8，总共有79个大芯片，632个小芯片，结合阵面天线单元数量接近1300个阵元，可以猜出每个小芯片覆盖2个单元。其基本的收发链路如下所示。
四、天线阵面
图片来源：视频截图
天线阵面的宽度约50cm，斜宽约54.5cm，阵面的单元采用了三角布局的方案实现。结合其宽度尺寸、宽边单元数量，可以大概猜出其对应波长在25mm左右。因此网上说的接收10.7-12.7GHz、发射14.0-14.5GHz应该是匹配的。
天线单元采用了多层贴片结构，从两个角度拓展了天线阵面的带宽（如下图所示）：
-
利用寄生辐射单元提高增益的同时拓展了微带天线的带宽；
-
多层天线结构，中间采用空气介质、PCB板材介质等进一步拓展了天线的带宽，实现了30%的相对带宽,
底层天线单元
图片来源：视频截图
表面寄生辐射单元
图片来源：视频截图
从剖面的结构中可以看到，两层天线中间采用了六边形的中空结构支撑起来，实现单元与单元之间空气填充介质效应（低介电常数的介质一方面能够减少损耗，另外一方面能够有效提高带宽）。
结合视频的信息以及网上的资料显示，小编利用Ansys Electronics Desktop软件对单元和阵面进行了建模，如下图所示。
单元结构如下所示，建模中没有建立出馈电网络的部分，仅做了辐射单元与多层结构之间的关系。
周期拓扑结构如下所示：
为了更方便大家理解多层的结构，小编画了一个侧面的简易示意图，如下所示：
相控阵在扫描过程中经常遇到的问题就是出现扫描盲点的问题（扫到某一个方向就增益突然降低很多）。而这个盲点问题很大程度就是因为阵面单元间的互耦、表面波造成的。采用了这种多层结构的贴片模式，互耦会因为介质原因增强，同时表面波也会在阵面表面形成影响。因此针对这些影响因素，Dish的天线阵面采用了EBG（电子带隙结构）来降低互耦和表面波的影响，从而提高了扫描性能。
图片来源：视频截图
整个天线的上半空余的覆盖角度达到了100°，至于俯仰角度结合机械旋转关节能否覆盖的范围就更广。但是实际应用中机械旋转关节可能在调整好之后就固定不动了，不会利用它来跟星（因为实在是很慢）。
至于网上有其他猜想，该阵面终端不具备切星能力，中断的时候就重新连接，断断续续也可以的说法也是不太靠谱的。整个链路下来，每个单元都可以独立工作，实现波束扫描、多波束等功能，至少是有具备朝这方面扩展的能力。
至于StarLink的专利中提到的结构，更不是现有的Dish采用的结构，所以没有什么可讨论性。
原文始发于微信公众号（太空安全）：星链Starlink终端信号分析
