Karena internet satelit menjadi bagian penting dari infrastruktur digital yang baru, permintaan untuk chip RF berkinerja tinggi, miniatur, dan berdaya rendah meningkat dengan cepat. Chip RF adalah komponen inti terminal komunikasi satelit, yang secara langsung menentukan efisiensi transmisi sinyal dan kinerja sistem secara keseluruhan.

Artikel ini, berdasarkan temuan penelitian dari “Chip Pengalih Daya Ka-Band untuk Internet Satelit,” menyajikan desain dan implementasi dari Chip RF Ka-band yang sangat terintegrasi dan berefisiensi tinggi, menyediakan dukungan teknis utama untuk membangun terminal internet satelit yang ringkas dan andal.

1. Persyaratan Teknis Chip RF untuk Internet Satelit

Sistem internet satelit biasanya digunakan di Orbit Bumi Rendah (LEO), yang memiliki cakupan luas, kecepatan transmisi tinggi, dan latensi rendah. Terminal darat dan peralatan ruang angkasa harus beroperasi di dalam Rentang frekuensi Ka-band (27-40 GHz) untuk mencapai transmisi dan penerimaan sinyal yang stabil.

Hal ini menempatkan persyaratan yang ketat pada Chip RF:

Integrasi Tinggi: Kurangi sirkuit eksternal dan komponen terpisah untuk meminimalkan kompleksitas sistem.

Efisiensi Tinggi: Meningkatkan Efisiensi Penambahan Daya (PAE) dan mengurangi konsumsi daya total.

Miniaturisasi: Memungkinkan desain terminal yang lebih ringan dan ringkas.

Konsistensi Tinggi: Pastikan keseragaman amplitudo dan fase di beberapa saluran untuk kinerja sistem yang andal.

2. Arsitektur Chip RF dan Pemilihan Proses

The Chip RF Ka-band dalam penelitian ini mengadopsi pendekatan 90 nm GaAs PHEMT (Transistor Mobilitas Elektron Tinggi Pseudomorfik) yang dikenal dengan mobilitas elektron yang tinggi, densitas daya, dan karakteristik frekuensi tinggi yang luar biasa - menjadikannya ideal untuk amplifikasi daya Ka-band dan sirkuit switching.

Chip ini mengintegrasikan Penguat Daya (PA) dan Sakelar Lemparan Ganda Kutub Tunggal (SPDT) pada satu cetakan, mencapai penguatan sinyal monolitik dan perpindahan saluran.

Sorotan desain utama meliputi:

- Penguat Daya Tiga Tahap

Tahap terakhir menggunakan metode jaringan pencocokan kerugian minimum, sedangkan input dan pencocokan antar-tahap menggunakan sirkuit reaktif low-pass, secara signifikan meningkatkan efisiensi sekaligus mempertahankan stabilitas gain.

- Sakelar SPDT Paralel

A Konfigurasi paralel garis ¼ panjang gelombang dikombinasikan dengan sistem kontrol tegangan positif membatasi kerugian penyisipan hingga di bawah ini 1 dB, dengan waktu pengalihan ≤ 500 ns.

- Desain Bertingkat Kolaboratif

Dengan menyematkan mencocokkan dan menyaring jaringan antara penguat dan modul sakelar, konsistensi impedansi dioptimalkan, kehilangan kaskade diminimalkan, dan kinerja chip secara keseluruhan ditingkatkan.

3. Metrik Kinerja Utama dan Hasil Pengujian

Chip RF hanya mengukur 2,25 mm × 1,40 mm, menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam 27-31 GHz pita frekuensi:

Penguatan sinyal kecil > 22 dB, mendapatkan kerataan ± 1 dB

Daya output pada kompresi 1 dB > 21,5 dBm

Efisiensi Penambahan Daya (PAE) > 32%, mengungguli sebagian besar chip RF Ka-band yang serupa

Konsistensi amplitudo saluran < 0,5 dB, konsistensi fase < 4°

Total konsumsi daya < 0.5 W, ideal untuk terminal satelit berdaya rendah

Pengujian mengonfirmasi bahwa chip RF memenuhi tujuan desainnya dalam hal efisiensi, integrasi, dan keseragaman saluran, sehingga sangat cocok untuk pemancar ujung depan internet satelit.

4. Nilai Chip RF dalam Sistem Komunikasi Satelit

Terminal satelit tradisional mengandalkan amplifier dan sakelar daya diskrit, yang menghasilkan ukuran yang lebih besar, kehilangan antarmuka yang lebih tinggi, dan konsistensi saluran yang lebih buruk.

Yang diusulkan chip RF Ka-band monolitik memecahkan masalah ini melalui pengoptimalan tingkat proses dan tingkat rangkaian:

Miniaturisasi Sistem: Satu chip menggantikan beberapa modul, sehingga mengurangi ukuran front-end.

Peningkatan Kinerja: Desain dengan efisiensi tinggi dan rendah rugi-rugi meningkatkan kualitas komunikasi secara keseluruhan.

Konsistensi Produksi Massal: Proses PHEMT GaAs memastikan kinerja chip yang seragam dan andal.

Ini Chip RF dapat diterapkan secara luas di terminal darat, stasiun yang dipasang di kendaraan, sistem komunikasi udara, dan banyak lagi, membentuk sebuah fondasi perangkat keras untuk jaringan terintegrasi ruang angkasa yang efisien dan andal.

5. Kesimpulan dan Prospek

Makalah ini memperkenalkan sebuah Chip RF Ka-band berkinerja tinggi yang disesuaikan untuk internet satelit. Berdasarkan Teknologi PHEMT GaAs, chip ini mengintegrasikan penguat daya dan rangkaian sakelar menggunakan desain bertingkat yang menghasilkan penguatan tinggi, efisiensi tinggi, dan ukuran yang ringkas.

Hasil eksperimen memvalidasi kinerjanya yang luar biasa dalam Pita 27-31 GHz, menampilkan potensi yang kuat untuk aplikasi teknik dunia nyata.

Ke depannya, seiring dengan penggabungan internet satelit dengan Jaringan 5G/6G, Chip RF akan terus berkembang menuju frekuensi yang lebih tinggi, bandwidth yang lebih luas, integrasi multi-saluran, dan arsitektur yang dapat dikonfigurasi ulang. Penelitian di masa depan akan berfokus pada Chip RF dengan mekanisme keamanan tertanam dan kemampuan beamforming yang cerdas, yang menggerakkan sistem komunikasi satelit generasi berikutnya.