위성 인터넷이 새로운 디지털 인프라의 필수 요소로 자리 잡으면서 다음과 같은 수요가 증가하고 있습니다. 고성능, 소형화, 저전력 RF 칩 가 빠르게 증가하고 있습니다. RF 칩은 핵심 구성 요소 위성 통신 단말기의 신호 전송 효율과 전체 시스템 성능을 직접적으로 결정합니다.

이 기사는 다음의 연구 결과를 바탕으로 작성되었습니다. “위성 인터넷용 Ka-Band 전력 스위칭 칩,” 는 설계 및 구현 의 고집적, 고효율 Ka 대역 RF 칩, 는 작고 안정적인 위성 인터넷 단말기 구축을 위한 핵심 기술 지원을 제공합니다.

1. 위성 인터넷용 RF 칩의 기술적 요구 사항

위성 인터넷 시스템은 일반적으로 다음 지역에 배포됩니다. 저지구 궤도(LEO), 는 넓은 커버리지, 높은 전송 속도, 짧은 지연 시간을 특징으로 합니다. 지상 단말기 및 우주 장비는 다음 범위 내에서 작동해야 합니다. Ka 대역 주파수 범위(27~40GHz) 를 사용하여 안정적인 신호 송수신을 달성합니다.

이에 따라 다음과 같은 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. RF 칩:

높은 통합성: 외부 회로와 개별 구성 요소를 줄여 시스템 복잡성을 최소화하세요.

높은 효율성: 전력 부가 효율(PAE)을 개선하고 총 전력 소비를 줄입니다.

소형화: 더 가볍고 컴팩트한 단말기 디자인을 지원합니다.

높은 일관성: 안정적인 시스템 성능을 위해 여러 채널에서 진폭 및 위상 균일성을 보장합니다.

2. RF 칩 아키텍처 및 공정 선택

그리고 Ka 대역 RF 칩 이 연구에서는 90nm GaAs PHEMT(유사형 고전자 이동도 트랜지스터) 공정은 높은 전자 이동도, 전력 밀도, 우수한 고주파 특성으로 알려져 있어 Ka 대역 전력 증폭 및 스위칭 회로에 이상적입니다.

이 칩은 전력 증폭기(PA) 및 단극 이중 투척(SPDT) 스위치 를 하나의 다이에 탑재하여 모놀리식 신호 증폭 및 채널 전환을 달성합니다.

주요 디자인 하이라이트는 다음과 같습니다:

- 3단계 전력 증폭기

마지막 단계에서는 최소 손실 매칭 네트워크, 입력 및 스테이지 간 매칭은 저역 통과 리액티브 회로, 를 사용하여 이득 안정성을 유지하면서 효율성을 크게 향상시킵니다.

- 병렬 SPDT 스위치

A ¼ 파장 라인 병렬 구성 양전압 제어 시스템과 결합하여 삽입 손실을 이하로 제한합니다. 1dB, 를 사용하여 스위칭 시간 ≤ 500ns.

- 협업 캐스케이드 디자인

임베딩을 통해 네트워크 매칭 및 필터링 증폭기와 스위치 모듈 간의 임피던스 일관성이 최적화되고 캐스케이드 손실이 최소화되며 전반적인 칩 성능이 향상됩니다.

3. 주요 성능 지표 및 테스트 결과

RF 칩은 다음을 측정합니다. 2.25mm × 1.40mm, 에서 뛰어난 성능을 보여주며 27~31GHz 주파수 대역:

소신호 이득 > 22dB, 이득 평탄도 ±1dB

1dB 압축 시 출력 전력 > 21.5 dBm

전력 부가 효율(PAE) > 32%, 대부분의 유사한 Ka 대역 RF 칩보다 성능이 뛰어납니다.

채널 진폭 일관성 < 0.5 dB, 위상 일관성 < 4°

총 전력 소비량 < 0.5 W, 저전력 위성 단말기에 이상적입니다.

테스트를 통해 RF 칩이 다음과 같은 측면에서 설계 목표를 충족하는지 확인합니다. 효율성, 통합, 및 채널 균일성, 에 매우 적합합니다. 위성 인터넷 프런트엔드 송신기.

4. 위성 통신 시스템에서 RF 칩의 가치

기존 위성 단말기는 개별 전력 증폭기 및 스위치, 를 사용하면 크기가 커지고 인터페이스 손실이 커지며 채널 일관성이 떨어집니다.

제안된 모놀리식 Ka 대역 RF 칩 를 통해 이러한 문제를 해결합니다. 프로세스 수준 및 회로 수준 최적화:

시스템 소형화: 단일 칩이 여러 모듈을 대체하여 프런트엔드 크기를 줄입니다.

향상된 성능: 고효율 저손실 설계로 전반적인 통신 품질이 향상됩니다.

대량 생산 일관성: GaAs PHEMT 공정은 균일하고 안정적인 칩 성능을 보장합니다.

이러한 RF 칩 에 광범위하게 적용될 수 있습니다. 지상 단말기, 차량 탑재형 스테이션, 공중 통신 시스템, 등을 사용하여 하드웨어 기반 효율적이고 안정적인 우주 지상 통합 네트워크를 위한 것입니다.

5. 결론 및 전망

이 백서에서는 고성능 Ka 대역 RF 칩 위성 인터넷에 맞게 조정되었습니다. 기준 GaAs PHEMT 기술, 이 칩은 캐스케이드 설계를 사용하여 전력 증폭기와 스위치 회로를 통합하여 다음을 달성합니다. 고이득, 고효율, 컴팩트한 크기.

실험 결과, 다음과 같은 분야에서 우수한 성능이 입증되었습니다. 27~31GHz 대역, 를 통해 실제 엔지니어링 애플리케이션에 적용할 수 있는 강력한 잠재력을 보여주었습니다.

앞으로 위성 인터넷이 다음과 통합됨에 따라 5G/6G 네트워크, RF 칩은 다음과 같은 방향으로 계속 진화할 것입니다. 더 높은 주파수, 더 넓은 대역폭, 다중 채널 통합, 재구성 가능한 아키텍처를 제공합니다.. 향후 연구는 다음 사항에 중점을 둘 것입니다. 보안 메커니즘과 지능형 빔포밍 기능이 내장된 RF 칩, 차세대 위성 통신 시스템을 주도하고 있습니다.