亚瑟·克拉克谈到使用地球同步轨道（Geosynchronous Orbit，GEO）卫星的关键原因是GEO 卫星的地面配套设施很简单。他在1945年解释说，GEO 卫星基本上一直都是静止的。这意味着地面站天线可以连续指向天空中的同一位置，也就是说地面天线可以一直保持与卫星的联系，而不需要昂贵的跟踪系统。

随着通信卫星的能力越来越强，功率越来越大，天线增益越来越高，建设小型和低成本的卫星地面站成为可能。现在全球有数百万个甚小孔径电视接收（Television Receive Only，TVRO）终端。

互联网的广泛使用促使人们关注较低轨道的卫星星座。互联网协议对GEO 卫星的信息传输过程很敏感，利用GEO 卫星进行信息传输有0.25 s 的时延。此外，为移动通信服务构建卫星系统的想法和使用非常小的卫星手持设备的需要也促进了发展近地轨道（Near Earth Orbit，NEO）卫星的想法。这不仅是因为低轨道卫星传输时延更短，而且还因为低轨道卫星传输损耗更小。

从卫星天线发射的卫星信号呈圆形扩展，圆形的面积为A=πr2，这表示卫星离地距离缩短到原来的1/40，其信号面和与之对应的信号衰减变化将不是原来的1/40，而是1/1 600。另外，低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）移动卫星对地球表面的覆盖范围要小得多，因此需要更多的卫星。如果LEO 卫星的轨道高度相比GEO 卫星轨道降低了39/40，那么构建一个全球覆盖星座将需要50～60 颗卫星。

要解决地球覆盖率低的问题，要么需要提高跟踪能力，以便在卫星过顶时跟踪它，要么需要非常低增益或灵敏度的设备来接收卫星信号。针对这种问题，现在有些新的地面站使用所谓的超常材料。这使新的地面天线系统能够产生电子波束，跟踪过顶卫星，并在LEO 卫星通过头顶时接收和发送信号。目前该领域的领导者是Kymeta 公司，该公司完善了这项技术（图1.5），目前正在商业化地提供这些新型地面站，从而使LEO 卫星星座方案更具可行性。这家公司还得到了微软联合创始人比尔·盖茨的支持[6]。(www.daowen.com)

图1.5　电子产生的波束和Kymeta 天线（图片由Kymeta 公司提供）

还有其他公司，如Phasor 公司（宽带、电子控制天线系统的先驱开发商）和C-Sat 公司，也在开发具有竞争力的地面天线[7]。

地面系统和基于高度精细的专用集成电路（Application-specific Integrated Circuit，ASIC）的手持式设备所获得的这些进步，对未来几年中卫星通信服务的发展而言，可能同样至关重要。

与这一发展领域紧密相关的是，开发了新的功能用于支持向基于移动平台的地面站（Earth Stations on Mobile Platforms，ESOMP）和移动地面站（Earth Stations in Motion，ESIM）提供卫星服务。现在，这些地面天线也可以使用具有连续指向功能的电子束进行操作，从而使这些移动系统能够跟踪LEO 上的卫星，并与在太空不断运动的以及在接收位置的卫星实现更高增益的链接。