微型卫星群有望像一个整体天线那样协同工作，实现与普通智能手机的直接通信。日本研究人员近期展示，绕地球编队飞行的多颗微型卫星可以各自携带独立的相控阵天线单元，并通过无线方式实现同步。相关原理验证实验已经证明，这种方式能够实现稳定且高质量的数据传输，为构建更便宜、更可靠的全球网络覆盖提供了新路径。

近年来，“直接到设备”（D2D）的卫星通信概念备受关注，即让普通智能手机无需专用终端就能直接连上卫星。其目标是在全球几乎任何地点提供通信服务，包括传统地面网络难以覆盖的海洋、沙漠等偏远区域。

太空中的相控阵天线

要在轨道卫星与智能手机之间建立稳定链路，相控阵天线是一种成熟且关键的技术方案。相控阵由大量小型辐射单元组成，这些单元协同工作，通过精确控制各单元发射或接收信号的时间与相位，实现电子方式的波束扫描与指向，从而在无需机械转动的情况下快速改变覆盖区域。

但在太空部署大型相控阵天线存在明显问题：

• 需要体积庞大的卫星平台，发射成本高昂；
• 关键部件一旦故障，可能导致整星失效；
• 相控阵要求所有天线单元高度同步，而在轨环境下，要在没有物理电缆连接的前提下协调数千个天线元件，是一项极具挑战的工程难题。

基于卫星群的相控阵新思路

为应对上述挑战，日本东京理科大学科学技术未来跨学科研究实验室副教授白根敦带领的团队提出了一种全新方案：不再依赖单颗搭载大型相控阵天线的卫星，而是利用数万颗微型卫星组成编队，共同构成一个巨大的相控阵系统。

相关研究成果已在 2026 年 2 月 15 日至 19 日举行的 2026 年 IEEE 国际固态电路会议（ISSCC）上发表，详细介绍了这一构想的架构与实验结果。

该方案的核心是一种“非有线”相控阵架构，被称为“空间无线合成与分配技术”。在这一架构中：

• 一颗网关卫星负责广播参考信号；
• 所有微型卫星接收该参考信号，用于保持相位与时间同步；
• 各卫星虽然在空间中分散分布，却能像一个整体阵列那样协同工作。

通过这种方式，研究团队解决了在无物理电缆条件下，如何在空间中进行同步参考信号的分发，以及如何完成通信信号的合成与分配等关键问题。由于每颗卫星不再需要本地高精度振荡器或复杂同步模块，整体能耗和硬件复杂度显著降低。

“这种架构让每个单元可以做到非常小型化，”白根表示，“更紧凑的尺寸意味着可以充分利用火箭的搭载机会，从而大幅压缩发射成本。”

原型芯片与波束控制实验

为验证这一概念，研究团队基于标准硅 CMOS 工艺设计并制造了一款紧凑型收发芯片。CMOS 工艺广泛应用于日常电子产品，具备成熟、易于量产的优势。借助这类芯片，每颗分布式微型卫星都能独立承担相控阵天线单元的功能。

研究人员利用这些芯片构建了小型无线模块，并在地面进行了模拟卫星编队的原理验证实验。实验采用与现代智能手机兼容的长期演进（LTE）标准信号，结果显示：

• 系统能够实现精确的波束控制，即对相控阵天线指向进行准确调节；
• 即便采用较为复杂的高阶调制方式，仍能保持高质量的数据传输性能。

除了成本优势，这一方案在可靠性方面也表现突出。由于天线单元分布在大量卫星上，系统不再依赖某一颗关键卫星。

“我们的方案具备很高的鲁棒性。与传统单体大型卫星不同，即使部分卫星出现故障，整体网络仍能维持正常运行，”白根解释道。

面向未来的 D2D 卫星网络

综合来看，这项研究展示了一条通过卫星编队实现 D2D 卫星通信系统的新路径。如果后续技术持续推进并实现规模化部署，未来有望构建能够直接连接日常智能设备的卫星网络：

• 在全球范围内扩展覆盖，尤其是偏远和极端环境区域；
• 同时降低系统建设与发射成本；
• 并减少单点故障带来的整体风险。

这为下一代面向大众终端的卫星通信基础设施提供了一个具有现实可行性的技术方向。