星地融合通信网络的发展正在推动天线技术从单一的有源相控阵架构向有源相控阵与智能超表面协同的方向演进。有源相控阵通过控制每个辐射单元的馈电相位实现波束的电子扫描，在第五代移动通信系统的地面基站与低轨卫星中已获得广泛应用。其波束形成精度高、响应速度快，但每个天线单元均需配备独立的射频收发通道与移相器，使系统的功耗、成本与热耗散随阵元数量线性增加。在星地融合场景中，地面终端与卫星之间的链路需要波束具有大角度扫描范围与多波束同时服务能力，纯有源相控阵方案在阵元数量扩展时面临工程可行性边界。智能超表面作为可编程的反射面，通过调整其单元结构的电磁响应来改变入射波的反射方向，无需射频通道与功率放大器，功耗远低于有源相控阵。将智能超表面部署于建筑物外立面或卫星反射面周边，与有源相控阵形成协同工作模式，由有源相控阵负责高精度跟踪与数据收发，由智能超表面负责覆盖补盲与波束指向辅助，在系统层面降低了波束管理的功耗与成本。
星地融合场景中波束管理的复杂性来源于地面终端与卫星之间的相对运动以及传播环境的多样性。低轨卫星轨道高度约数百至一千余公里，其相对地面终端的仰角与方位角在单次过顶过程中从低仰角上升至最高仰角再下降至另一侧低仰角，角度变化速率可达每秒数度。有源相控阵需要以与角度变化速率匹配的频率更新波束指向，波束指向更新涉及各移相器的相位重配置，相位重配置的建立时间决定了波束跟踪的连续性。当终端处于城市峡谷或室内深遮蔽区域时，卫星信号被建筑物阻挡，有源相控阵即使将波束指向卫星方向也无法建立有效链路。此时部署在建筑物外立面的智能超表面可将来自卫星的信号反射至遮蔽区域内的终端位置，或者将终端的上行信号反射至卫星方向，等效于在有源相控阵的覆盖盲区内建立了反射路径。超表面的反射方向由其单元相位分布决定，相位分布的计算基于卫星位置与终端位置的几何关系，当卫星位置随时间变化时，超表面的相位分布需相应更新以保持反射路径的有效性。
有源相控阵与智能超表面之间的波束管理协同在空间上形成了分工机制。有源相控阵的波束赋形能力集中在其阵列法线方向附近的扫描范围内，大角度扫描时阵元间的相位差增大，波束宽度展宽且增益下降。智能超表面由于独立部署于相控阵的侧向或后方，可以覆盖相控阵大角度扫描时增益下降的方向区域。当终端位于相控阵扫描范围的边缘时，系统将相控阵波束指向该方向作为主通信链路，同时调整超表面的反射方向使来自卫星的信号能量汇聚至终端所在方向，两条链路在终端处以信号叠加的方式合并，提高了接收信噪比。这种空间分集协同在终端位置变化时，系统持续监测相控阵链路与超表面链路的信号质量，根据两者的相对强度动态分配发射功率比例。若相控阵链路质量下降，系统增加超表面链路的功率分配比例，同时调整相控阵波束指向次优方向以降低其与超表面链路之间的相互干扰。功率分配比例与波束指向的联合优化在系统层面等效于在空间维度上生成了一个具有更高自由度的复合波束。
智能超表面的波束控制响应时间是有源相控阵与超表面协同的关键约束。有源相控阵的波束重配置时间为微秒级，能够跟踪卫星快速运动与终端移动引起的角度变化。智能超表面的单元相位调整取决于其控制电路的工作频率与单元结构的响应时间，基于电子开关或变容二极管的超表面相位切换时间通常在微秒至毫秒级。当卫星角度变化速率较高时，超表面的相位更新可能滞后于卫星位置的变化，导致反射波束指向滞后于真实卫星方向，链路增益下降。为缓解这一问题，超表面的波束控制可采用预测跟踪方式，根据卫星轨道参数预先计算未来一段时间内的卫星位置序列，将对应的相位分布提前加载至超表面的控制存储器中，在时间到达时依次切换。预测跟踪消除了实时计算的延迟，但要求卫星轨道预报的精度在波束宽度对应的角度范围内，轨道预报误差超过波束半角时预测失效。在预报误差较大的情况下，超表面需要额外的闭环跟踪机制，通过接收来自相控阵或终端反馈的信号质量指示来微调相位分布，闭环跟踪的收敛速度应与角度变化速率匹配。
星地融合网络中多个超表面与多个有源相控阵共存时，波束管理的协同范围从单节点内部扩展至网络层面。密集城区中每一栋高层建筑的外立面均可部署智能超表面，低轨卫星的波束覆盖范围内包含多个超表面与多个地面终端。系统侧统一协调各超表面的反射方向与各相控阵的波束指向，避免超表面之间或超表面与相控阵之间产生有害的信号叠加或抵消。在网络层面的波束管理架构中，中央控制单元收集各节点的位置信息、信道状态以及终端分布，计算全局最优的波束配置方案。全局最优方案的计算涉及优化超表面的相位分布与相控阵的波束指向，使得所有终端接收到的信号功率之和最大化或特定优先级的终端获得最佳链路质量。优化计算的复杂度随节点数量与终端数量的乘积增加，在包含数十个超表面与数百个终端的场景中，全局优化计算的时间可能超出信道状态的相干时间，使优化结果在应用时已与当前信道状态失配。为降低计算复杂度，网络层面的协同采用区域划分策略，将覆盖区域划分为子区域，各子区域内的超表面与相控阵独立协调，子区域之间的干扰通过时频资源隔离，使全局优化分解为多个并行的局部优化问题。
有源相控阵与智能超表面的协同重构了星地融合场景中波束管理的性能边界。有源相控阵提供高精度、快速响应的主波束，满足数据通信对链路质量的严格要求。智能超表面以低功耗方式扩展覆盖范围并辅助波束指向，在有源相控阵的扫描盲区或遮蔽区域提供反射路径。两种技术协同的系统在功耗方面优于纯有源相控阵方案，因为超表面的单位功耗远低于有源相控阵的射频通道功耗。在波束覆盖的灵活性方面，协同方案可同时保持多个方向的波束指向，而有源相控阵在同时多波束模式下面临功率分配与互调产物的约束。在部署密度更高的地面网络中，协同方案通过超表面分担部分波束管理功能，降低了对有源相控阵阵元数量的要求，使天线系统的整体成本与复杂度维持在可实施的范围。这种架构上的变化反映了波束管理从依赖单一天线技术的高性能实现向多技术协同的工程化实现转移的趋势，为星地融合通信的规模化部署提供了天线层面的可行路径。
