Hochleistungsantennen für Kleinsatelliten

Kleinsatelliten verändern die Raumfahrt. Sie machen globale Kommunikation, Erdbeobachtungen und wissenschaftliche Missionen flexibler, kostengünstiger und schneller verfügbar. Doch gerade bei der Kommunikation stoßen diese kleinen Plattformen schnell an physikalische und technische Grenzen: Der Platz ist knapp, die Energie begrenzt. Gleichzeitig müssen große Datenmengen innerhalb kurzer Kommunikationsfenster zur Bodenstation zuverlässig übertragen werden. Hinzu kommen individuelle Missionsziele, dynamische Flugbahnen und extreme Umweltbedingungen im Orbit.

Klassische Rundstrahlantennen bieten zwar eine großflächige Abdeckung, kommen jedoch bei Reichweite, Antennengewinn und Datendurchsatz rasch an ihr Limit. Zudem beanspruchen sie wertvollen Bauraum oder lassen sich nur schwer in kompakte Satellitenstrukturen integrieren.

Und genau hier setzen wir an: Mit unserer Phased-Array-Antenne für das Ka-Band bieten wir eine leistungsfähige, hochintegrierte Lösung, die speziell für die Anforderungen von Kleinsatelliten entwickelt wurde. Sie kombiniert hohe Richtwirkung mit präziser elektronischer Strahlsteuerung und einem skalierbaren, modularen Design. Selbst bei eingeschränktem Energie- und Platzangebot sichert sie eine stabile, zielgerichtete und effiziente Datenübertragung. Damit ist sie bestens gerüstet für die hohen Datenraten, die moderne Satellitenkonstellationen erfordern.

Systemarchitektur: Modularität trifft Effizienz

Modulares Design für maximale Flexibilität

Unser Antennendesign basiert auf einem modularen Konzept bestehend aus sogenannten Kacheln, deren Größe und Anzahl sich flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpassen lässt. Die Basiskonfiguration einer Kachel – ob als Sende- oder Empfangsantenne – besteht aus 72 Antennenelementen, angeordnet in neun Reihen zu je acht Elementen. Das Design kann entweder in seiner Basiskonfiguration genutzt oder an spezifische Satellitenbauformen und Missionsanforderungen angepasst werden.

Modulare Antennenkachel mit 72 Antennenelementen
© Fraunhofer IIS
Modulare Antennenkachel mit 72 Elementen, flexibel skalierbar für unterschiedliche Missionsanforderungen und Satellitenkonfigurationen.
Hochleistung bei ultraflachem Design
© Fraunhofer IIS
Ultraflache Bauweise unter 10 mm Gesamtdicke mit weltraumtauglichen Beamformer- und Verstärkerchips.

Hochleistung auf kleinstem Raum

Für höchste Effizienz bei minimalem Platzbedarf setzen wir auf kommerzielle, weltraumtaugliche Beamformer und Verstärker-Chips. Die aktive Antennenfläche ist flach aufgebaut (< 10 mm Gesamtdicke) und ermöglicht durch nebeneinander platzierte Elemente eine besonders platzsparende Integration. Bis zu vier Beams lassen sich gleichzeitig über vier unabhängige Hochfrequenz-Schnittstellen nutzen. Eine serielle digitale Schnittstelle erlaubt die Programmierungen von bis zu 256 unterschiedliche Ausrichtungen. Eine zusätzliche, asynchrone digitale Steuerleitung ermöglicht einen schnellen, latenzarmen Wechsel zwischen diesen Positionen für dynamische Kommunikationsszenarien mit Bodenstationen oder anderen Satelliten.

Maximale Performance bei minimalem Platzbedarf

Präzise Kommunikation –
leistungsstark und zielgerichtet

 

Unsere Ka-Band Phased-Array-Antennen ermöglichen eine präzise, individuell steuerbare Kommunikation, speziell konzipiert für CubeSats und Kleinsatelliten. Separate, einzeln steuerbare Sende- und Empfangsantennen mit hoher Richtwirkung sichern eine zuverlässige Verbindung zwischen Satellit und Bodenstation, angepasst auf der jeweilige Missionsprofil.

Kompaktes Design –
einfach integrierbar

 

Die Kombination moderner Beamformer mit kommerziellen Hochfrequenzkomponenten sorgt für ein ultraflaches, energieeffizientes Antennensystem. Alle Elemente, vom Array bis zum Verteilnetzwerk, sind auf einer einzigen Grundplatte realisiert. Das vereinfacht die Installation und sorgt für eine effektive Wärmeableitung. 

Skalierbare Architektur –
für jede Missionsanforderung 

 

Dank des modularen Kachelkonzepts lässt sich die Antenne flexibel an unterschiedliche Satellitenplattformen und Missionsziele anpassen. Die Anzahl der Antennenelemente ist variabel, die Steuerung erfolgt über hochintegrierte Beamformer – für maximale Anpassbarkeit bei minimalem Entwicklungsaufwand.

Technische Details auf einen Blick 

Für den Einsatz auf Kleinsatelliten entwickelt, verbindet unsere Antenne kompakte Bauweise mit hoher Leistung und Steuerbarkeit, zu den Hauptmerkmalen zählen:

  • Separate Sende- und Empfangsantenne
  • Optimiert für den Betrieb im kommerziellen Ka-Band:
    • 17,7 bis 20,2 GHz Downlink
    • 27,5 bis 30,0 GHz Uplink
  • Hoher Datendurchsatz:
    • Sendeleistung (EIRP): > 16 dBW in Hauptstrahlrichtung (linearer Betrieb, mit 5 dB Leistungsreserve)
    • Empfangsempfindlichkeit (G/T): > -5 dB/K in Hauptstrahlrichtung
    • 100 Mbps in beide Richtungen mit gängigen VSAT-Bodenstationen
    • 1 Gbps in beide Richtungen mit gängigen Gateway-Bodenstationen
  • Großer Abdeckungsbereich:
    • Strahlsteuerung bis zu +/- 60° zur Mittelachse
    • 360° in Azimutrichtung
  • 1 bis 4 individuell steuerbare Beams
  • Ultrakompakte Bauform: Dicke < 10 mm, Gewicht < 250 g
  • Optionale Software zur Steuerung der Antenne

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