5G NTN 陸空整合：地面閘道站射頻傳輸的硬體挑戰與市場契機

隨著 3GPP Release 17完成第一階段 NR-NTN 與 IoT-NTN 規範，並由 Release 18 持續強化覆蓋、移動性、頻譜運用與系統效能， 非地面網路（NTN, Non-Terrestrial Network）正逐步由技術驗證走向實際 佈署。NTN 將低軌衛星（LEO）、中軌衛星（MEO）、地球同步軌道衛星（GEO）及高空平台系統（HAPS）納入行動通訊架構使地面行動網路得以延伸至海洋、山區、離島、極地及災害通訊等傳統基地台難以覆蓋的區域。

對於電信營運商、衛星營運商 與系統整合商而言，實現真正的陸空整合，除了衛星與空中介面技術外，地面端的NTN Gateway、天線系統、射頻前端與基頻網路同樣是關鍵。尤其在採用高容量feeder link或 Ka 頻段衛星鏈路時，地面站內部的連接器、電纜組線、波導轉接與機箱穿牆介面，都會直接影響鏈路損耗、相位一致性、接收雜訊與整體 Link Budget。

傳統衛星通訊通常採用專用終端、特定頻段與封閉式網路架構。5G NTN 的重要價值，是將衛星或高空平台納入 3GPP 標準化網路，使行動終端、車載設備及物聯網裝置能在合適的頻段、天線能力與網路條件下接取非地面網路。

需要注意的是，「Direct-to-Device」或「Direct-to-Cell」並不代表所有既有智慧型手機都能在所有衛星系統中直接連線。終端仍須符合相應的頻段、射頻功率、天線、協定版本、營運商網路及法規要求。Release 17 的 NR 衛星接取規範主要涵蓋特定 FR1-NTN 頻段，而 Ka 頻段更多見於高容量衛星服務鏈路或 feeder link，實際架構須依系統設計判定。

NTN 可應用於遠洋航運、災害應變、智慧物流、偏遠地區通訊、能源設施監控、航空通訊及無人載具等場景，補足地面網路覆蓋不足，但不應將 NTN 描述為完全取代地面行動網路，而是作為地面網路的延伸與互補。

在 5G NTN 架構中，gNodeB 負責NR無線接取、基地台協定處理與 5G Core Network 的連接，是地面網路的重要控制節點。依衛星酬載能力不同，NTN架構 主要可分為兩種模式：

• 透明轉發模式（Transparent Payload）： 衛星主要負責接收、濾波、頻率轉換、功率放大與轉發射頻訊號，本身不執行完整的基地台基頻處理，因此亦稱為 Bent-Pipe（彎管式）架構。終端訊號經衛星轉送至地面 NTN Gateway，再由地面網路中的 gNodeB 完成無線接取協定與核心網處理。
• 再生式酬載（Regenerative Payload）： 衛星端部署部分或完整的基地台功能，可執行訊號解調、解碼、重新編碼與調變等基頻處理，甚至整合部分或完整的 gNodeB 功能。 地面 NTN Gateway 則透過 Feeder Link 與衛星建立高容量回傳鏈路，連接至 5G Core Network 。

無論採取透明轉發或再生式酬載架構，地面 NTN Gateway 與相關射頻設備皆需處理高頻寬、大容量且高可靠度的射頻訊號傳輸。隨著部分系統採用 Ku 或 Ka 頻段作為 Feeder Link，射頻互連系統的插入損耗、回波損耗、相位穩定度及環境可靠度，將直接影響整體 Link Budget 與系統服務品質。

NTN Gateway或衛星地面站可能部署於沿海、高山、沙漠、離島、極地或無人維運站點。其射頻互連系統除了要控制插入損耗與回波損耗，還必須承受溫度、濕氣、鹽霧、紫外線、風載、振動及污染物等環境應力。

射頻連接器與同軸線纜通常由不鏽鋼、黃銅、鈹銅、銅合金、PTFE、PEEK、矽橡膠及氟矽橡膠等不同材料組成。 各材料的熱膨脹係數不同，在反覆高低溫循環下，可能產生：中心導體軸向位移、介電體蠕變或收縮、接觸正向力下降、外導體接觸界面微動、O-ring 壓縮量改變、連接器與 PCB 或機箱之間的熱機械應力。

這些變化可能改變局部電容與電感，形成阻抗不連續，駛回波損耗、VSWR、插入損耗及相位穩定性惡化。

戶外設備長期暴露於凝露、雨水、鹽霧及大氣污染物中。若連接器的材料配對、電鍍厚度或密封設計不足，可能發生：接觸介面氧化、電偶腐蝕、孔蝕與縫隙腐蝕、微動腐蝕、水氣沿電纜編織層或毛細間隙滲入。

在高頻條件下，集膚效應使電流集中於導體表面。表面粗糙度、氧化物與鍍層劣化會增加導體損耗，但不能簡化為「表面凹凸直接造成接觸電阻急速上升」，更精確的說法是：腐蝕會同時增加表面電阻、接觸電阻及界面非線性，進而造成插入損耗增加、 相位偏移、互調失真與接收靈敏度下降。

頻率範圍應依 Service Link 與 Feeder Link 分別評估  5G NTN 並非所有鏈路都工作於 20GHz 以上。 終端與衛星間的 service link 可位於 L、S 或其他授權頻段；地面Gateway 與衛星間的 feeder link 則可能採用 Ku、Ka 或其他微波頻段。因此，連接器選型應根據實際鏈路頻率、功率、損耗與環境需求選擇：

• SMA：一般型多用於 18 GHz 以下，高頻優化型可延伸至約 26.5 或 27 GHz；
• 3.5 mm：可用於約 33 GHz 等級的精密互連；
• 2.92 mm：常用於最高約 40 GHz 的 K／Ka 頻段互連；
• 2.4 mm、1.85 mm：適用於更高毫米波頻率；
• N-Type、TNC、7/16 或其他介面：適用於較低頻、高功率或戶外饋線系統。

半硬性電纜通常採用實心金屬外導體，具備良好的屏蔽、 尺寸穩定性與可重複成形能力，適合機箱內固定路徑、高頻模組及相位匹配線組。

5G NTN 的發展，將行動通訊由傳統地面網路延伸至衛星、高空平台、海洋及偏遠區域。對地面站而言，射頻連接器與線纜組件雖然體積小，卻會直接影響鏈路損耗、回波損耗、相位穩定性、屏蔽效能及長期環境可靠度。

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Q1：什麼是 5G NTN？
A：5G 非地面網路（Non-Terrestrial Network, NTN）是將低軌衛星(LEO)、中軌衛星(MEO)、高軌衛星(GEO)、高空平台（HAPS）等非地面通訊節點，整合至 3GPP 標準化的 5G 網路架構中的通訊技術。其主要目的是延伸傳統地面基地台的覆蓋範圍，提供海洋、沙漠、山區、偏遠地區及空域等地面網路難以涵蓋區域的連線能力，實現全球化且更完整的陸空整合通訊服務。

Q2：gNodeB 在衛星通訊中扮演什麼角色？
A：gNodeB是 5G無線接取網路（RAN）的  基地台。在 5G NTN架構中，它負責無限資源管理、協定處理、排程控制及5G核心網(5GC)的連接。依部署方式不同，可分為兩種模式：

• 透明轉發模式（Transparent Payload）： gNodeB 部署於地面站，由衛星僅負責射頻訊號透明轉發。
• 再生處理模式（Regenerative Payload）：部分或完整的 gNodeB 功能經過適當的太空環境設計後部署於衛星平台，使衛星可直接完成部分無線接取網路（RAN）功能，再透過 Feeder Link 與地面核心網連接。

Q3：為什麼地面站連接器與電纜組件需要支援 27GHz 以上頻寬？
A：因為 5G NTN 的 Feeder Link（地面站與衛星之間的骨幹傳輸）廣泛採用 Ka 頻段（約17.7-31GHz，實際頻率依系統與法規而異），因此地面站的射頻互連元件必須支援高頻寬運作。如果連接器或電纜組件的頻率性能不足，或在高低溫、濕度及長期戶外環境下造成阻抗失配、VSWR 上升、插入損耗增加或 相位穩定度下降，都可能降低鏈路品質，進而影響衛星通訊效能。

因此，地面站通常硬採用支援 27GHz 以上（甚至 40 GHz 或更高） 、具備低 VSWR、低插入損耗及優異環境可靠性的高性能射頻互連產品。

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