Syntetisk apertur är välkänt inom jord­observationsradar. Man skapar högupplösta radarbilder genom att utnyttja rörelsen för att syntetiskt skapa en mycket större antenn.

Kristiaan Pelckmans bolag Fado (registrerat som FADEC) använder samma princip för datakommunikation. En satellit med en antenn på bara några millimeter rusar fram i åtta kilometer i sekunden. Den samlar signaler över tid och kombinerar dem matematiskt så att systemet beter sig som om aperturen vore betydligt större än den är fysiskt. Resultatet blir en smal riktad lob.

Kristiaan Pelckmans

– Det man gör med syntetisk apertur är att man betraktar samma antenn men lite senare i tiden. Så istället för att förflytta sig i rummet, förflyttar man sig i tiden.

Kristiaan Pelckmans tror sig med en antenn på 10 mm² via syntetisk apertur kunna skapa en strålbredd på 0,1°–0,01°.

Han jämför det med antennen på satelliten BlueWalker-3 som vecklar ut en fysisk antennarray på omkring 64 kvadratmeter för att nå ungefär en grads strålbredd. Med miljontals gånger mindre fysisk area ska strålen ändå kunna bli upp till hundra gånger smalare.

Fado har fyra ingenjörer i teamet, bland dem en heltidsanställd RF-ingenjör.

Kristiaan Pelckmans lämnade i fjol in tre patentansökningar med delvis olika tillämpningsområden. Affärsidén är licensiering – så det är i princip upp till dig hur du vill utnyttja tekniken. Men det som Kristiaan Pelckmans pratar mest om är datakommunikation mellan satellit och markstation.

– Kommunikation mellan satelliter går numera över till laserkommunikation. Så det är en annan arena.

– Vi arbetar med radiokommunikation – alltså med antenner och mer traditionella tekniker. Man måste göra en hel del digital signalbehandling, för att få det att fungera. Och det är där vårt företag kommer in.

Tricket med syntetisk apertur ersätter fasstyrda antenner – hundratals eller tusentals antennelement med en sammanlagd storlek som ett rum – med en liten enpolig antenn.

Kommunikationen blir strömsnål eftersom en smal lob innebär att mindre energi spills utanför mottagaren. Samtidigt minskar sannolikheten att någon annan ens upptäcker signalen.

Förbindelsen är svår att avlyssna eftersom den är så försvinnande liten. Inte bara rumsligt utan också i tid, frekvens och signalnivå. Enligt Kristiaan Pelckmans är tekniken därmed ett alternativ till kryptering.

Ni behöver inte kryptera?

– Vi behöver inte kryptera. Vissa vill förstås ändå ha kryptering eftersom det ger en extra säkerhetsnivå. De vill kunna bocka av den rutan. Men det är inget problem det heller.

Den enorma storleken på dagens fasstyrda antennarrayer i satelliter gör dem besvärliga att bygga och att skjuta upp. Att ersätta dem med syntetisk apertur på en millimeterstor antenn har ett pris i form av beräkningskraft. Dock inte mer än att en vanlig dsp kan hantera det.

– När man är där uppe rör sig saker extremt snabbt. Och då måste man göra mycket beräkningar på väldigt kort tid.

Bandbredden blir inte imponerande. Trots att en enda användare har hela strålen. Och trots att alla förbindelser kan använda samma frekvensband eftersom sändningarna är oberoende av varandra och riktas olika.

Kristiaan Pelckmans tipsade Elektroniktidningen om Fado redan i höstas men har inte känt sig mogen för att prata förrän nu. Patentansökningarna är inlämnade och därmed är prior art säkrad gentemot andra inom området. Men han är fortfarande lite försiktig med vad han vill berätta.

– Om vi blir för tekniska måste vi upprätta en NDA, skojar han.

Tre innovationer krävs för att få idén att flyga och Fado har patentsökt dem. Den första gäller tidssynkronisering.

– Den som kan få till tid rätt kan göra mycket. Man kan få enheter att samarbeta, bygga svärmar och så vidare.

Från Cernlaboratoriet har Kristiaan Pelckmans erfarenhet av protokollet White Rabbit för synkronisering på nanosekund-nivå. Det är dock inte tillämpligt här utan Fado använder en mindre komplex lösning som minimerar synkroniseringsbehoven.

Det andra patentet är för låsningen av strålen (beam lock).

– Du känner säkert till phase lock – här handlar det om att låsa själva strålen och uppdatera den tillräckligt snabbt för att hålla den stabil.

Det tredje patentet är om syntetisk apertur för kommunikation.

– Det är där de mest konkreta tillämpningarna finns.

Här handlar det om protokollet för det fysiska skiktet i kommunikationen – hur signalerna ska utbytas och kombineras för att den syntetiska aperturen ska fungera för kommunikation.

I slutänden utvecklar Fado firm­ware för det fysiska skiktet i ett protokoll för syntetisk apertur.

Tillämpningar för den syntetiska aperturen kan finnas i rymdbaserade datacenter, i jord­observationssatelliter eller i direkt kommunikation mellan satellit och användarenhet.

Och för något helt annat: rymdbaserad solkraft. För en bärvåg kan bära energi.

– Det låter som science fiction. Man placerar solpaneler i rymden och strålar ner energin till jorden.

Det finns utveckling av rymdbaserad solkraft i Japan. Men den teknik som används för att skicka energi i smala strålar har ett problem just med att hålla dem exakt riktade mot målet.

– Om du bor nära en sådan mottagarstation kan du då och då få en mycket stark stråle i trädgården – något som folk inte uppskattar.

– En del talar om att använda lasrar i stället, men där är problemen ännu större. Om en sådan hamnar fel blir det i praktiken ett vapen.

Men syntetisk apertur för energiöverföring är inget som det i dag går att få finansiering för. Både Nasa och Esa säger nej.

– Det finns inget kommersiellt genomslag. Därför har vi riktat vårt erbjudande mot kommunikation.

En demonstration i rymden är bortom det möjligas gräns för en ung startup som Fado.

Men de förbereder en mer jordnära demonstration. Två flygande drönare ska kommunicera med varandra i 2 ✕ 1 Mbit/s och pricka varandras position med precision över smala lober.

Demonstratorn är i en mening svårare än verkligheten.

– När man gör det med satelliter vet man exakt vart man ska rikta sig, det är väldigt förutsägbart var man kommer att sikta. Och destinationen är mycket tydligt definierad.

I demonstrationen måste drönarna spåra varandra i realtid. Demonstrationen i sig – drönar-drönarkommunikation – är en möjlig tillämpning av Fados teknik för militärt bruk. Förbindelsen blir lika avlyssningssäker som om man dragit en kabel till drönaren – som militären fysiskt gör i Ukraina.

Fados finansiering kommer från EU:s innovationsfond. Kristiaan Pelckmans kastar ut en krok till Elektroniktidningens läsare om eventuella partnerskap.

– Vi vill gärna att de som gillar det de ser ska höra av sig till oss och inleda en diskussion. Vi befinner oss i en fas där sådana diskussioner blir avgörande.