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在深海监测领域，卫星通信面临诸多挑战。研究人员针对 SONDA 项目展开卫星天线研究，测试多种天线及涂层，确定合适方案。结果表明该方案可行，但存在通信延迟等问题。此研究推动了自主海洋监测发展。
海洋，这片广袤而神秘的领域，对地球的气候调节、生物多样性维持和人类生活起着至关重要的作用。然而，深海，这个深度超过 200 米的区域，却如同隐藏在黑暗中的宝藏，充满了未知。为了揭开深海的神秘面纱，获取深海的物理和环境数据，科学家们可谓是绞尽脑汁。但从海洋区域获取可靠且连续的数据谈何容易，传统通信方法在偏远的海洋环境中 “水土不服”，卫星通信虽被寄予厚望，却也困难重重。比如，海水对电磁波的吸收和衰减，使得信号在水下传输极为困难；海洋表面的动态特性，如波浪、水流等，不仅会干扰信号传播，还可能导致天线与卫星失准。而且，海洋的高腐蚀性和深海的极端压力、低温环境，也时刻威胁着监测设备的 “健康” 。在这样的背景下，SONDA 项目应运而生。
SONDA 项目的研究人员来自国外，他们致力于开发一种创新的深海监测系统。该系统借助高空气球（HABs）部署探测仪，这些探测仪能从高空坠入深海，收集数据后再浮出水面，通过卫星通信系统将珍贵的数据传输回来。然而，项目面临着独特的设计挑战，高空气球的有效载荷能力有限，这就要求探测仪必须采用低成本、轻量化的材料和紧凑的设计，传统的密封外壳和可伸缩天线杠杆等方案都无法满足这些严格要求。
为了解决这些问题，研究人员围绕卫星天线展开了一系列深入研究。他们用到的主要关键技术方法包括：首先对多种商业和定制天线进行评估测试，通过在模拟深海高压环境的高压舱（Hyperbaric chamber）和电波暗室（Anechoic chamber）中进行实验，测试天线的性能；其次，选用多种涂层材料对天线进行处理，研究涂层对天线性能的影响；最后，通过实地部署（Deployment at sea）探测仪，检验天线在真实海洋环境中的表现。
在研究结果方面，研究人员首先对选定的商业天线进行高压舱测试，模拟 1500 米深度的压力环境。结果发现，未经额外保护的商业天线在高压下表现不佳，如 IAA.01.121111 天线在测试后频率发生偏移，内部进水；M1621HCT-P-SMA 天线直接失效；MEA-1621-CM 天线虽在干燥后性能有所恢复，但在真实海洋环境中仍可能面临损坏风险。这一结果凸显了为深海应用的天线提供额外保护的必要性。
接着，研究人员对陶瓷贴片天线（W3228）进行涂层材料测试。他们使用环氧树脂、“白色” 聚氨酯、“黑色” 聚氨酯和硅酮这四种材料，以不同厚度（1 - 3cm）对天线进行涂层处理。结果显示，涂层会影响天线的共振，导致频率偏移和回波损耗（Return loss）幅度降低，且在 1cm 涂层厚度时，天线在铱频段就已接近失效边缘，2cm 时完全无法用于铱传输。由于这四种材料的介电常数相近，所以难以确定哪种材料是最合适的涂层。
随后，研究人员对陶瓷贴片天线和定制单极线天线进行高压舱和电波暗室测试。他们发现，这两种天线在本质上对高压环境有一定抗性，薄涂层（如 1mm 的聚氨酯涂层）不会使天线失效，且经过测试的天线组合都能承受高压环境，涂层材料对其性能影响不大。从辐射特性来看，贴片天线的辐射方向图更均匀，能更好地覆盖整个天空，相比单极天线更适合该应用场景。
研究人员还将定制天线与 RockBlock 9603 模块自带天线进行性能对比。通过在户外记录模块的网络可用性状态（Relative Signal Strength Indicator，RSSI）来评估天线性能。结果表明，定制天线与原天线性能相当，部分定制天线的表现甚至更优，这说明定制天线适用于 SONDA 探测仪。
在确定天线高度的研究中，研究人员通过在不同高度（0 - 65cm）测试陶瓷贴片天线，发现天线位于水面（0cm）时性能明显下降，而高于水面的不同高度（10 - 65cm）在平静海况下性能差异不显著。综合考虑，最终选定 30cm 作为天线高度，以平衡信号性能和有效载荷的紧凑性。
最后，研究人员制作了 SONDA 探测仪原型并进行高压舱测试和海上部署。在首次高压舱测试中，由于同轴电缆与聚氨酯涂层的连接处变形，导致海水渗入，天线失效。经过重新设计，将同轴电缆穿过垂直碳管并完全封装在聚氨酯中后，问题得到解决。在海上部署中，探测仪成功传输了潜水和漂移数据，但存在通信延迟和数据损坏的问题。尽管如此，这次部署证明了探测仪在现实海洋环境中的可行性。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发出一种带有聚氨酯保护涂层的定制陶瓷贴片天线，能满足 SONDA 项目在深海环境中的需求。然而，研究也存在一些局限性，如实验环境不能完全模拟真实的深海条件，部分实验在浅水环境中进行，高压舱测试使用的是合成水，且实地部署时的天气条件较为理想。未来的研究应在更广泛的海洋环境中进行长期试验，探索更优的材料和涂层几何形状，以进一步优化天线性能。
这项研究成果发表在《Applied Ocean Research》上，它为自主海洋监测系统的发展做出了重要贡献。该探测仪的模块化设计和适应性，使其在长期漂流研究、海洋学研究以及偏远海洋区域的实时监测等领域具有广阔的应用前景，有望为人类深入了解海洋、保护海洋资源和应对气候变化提供有力支持。
