Nu satellietinternet een essentieel onderdeel wordt van de nieuwe digitale infrastructuur, zal de vraag naar hoogwaardige, geminiaturiseerde en energiezuinige RF-chips neemt snel toe. RF-chips zijn de kerncomponenten van satellietcommunicatieterminals, die direct de efficiëntie van de signaaloverdracht en de algehele systeemprestaties bepalen.

Dit artikel, gebaseerd op de onderzoeksresultaten van “Ka-Band Power Switching Chips voor satellietinternet,” presenteert de ontwerp en implementatie van een zeer geïntegreerde, zeer efficiënte Ka-band RF-chip, die belangrijke technische ondersteuning biedt voor de bouw van compacte en betrouwbare satelliet-internetterminals.

1. Technische vereisten voor RF-chips voor satellietinternet

Satellietinternetsystemen worden doorgaans ingezet in Lage baan om de aarde (LEO), met een brede dekking, hoge transmissiesnelheden en lage latentie. Grondterminals en ruimteapparatuur moeten binnen de Ka-band frequentiebereik (27–40 GHz) om een stabiele signaaloverdracht en -ontvangst te bereiken.

Dit stelt strenge eisen aan RF-chips:

Hoge integratie: Verminder het aantal externe circuits en discrete componenten om de complexiteit van het systeem te minimaliseren.

Hoge efficiëntie: Verbeter de Power Added Efficiency (PAE) en verlaag het totale energieverbruik.

Miniaturisatie: Maak lichtere, compactere terminalontwerpen mogelijk.

Hoge consistentie: Zorg voor amplitude- en fase-uniformiteit over meerdere kanalen voor betrouwbare systeemprestaties.

2. RF-chiparchitectuur en processelectie

De Ka-band RF-chip in deze studie wordt een 90 nm GaAs PHEMT (Pseudomorfe hoge elektronenmobiliteitstransistor) proces, bekend om zijn hoge elektronenmobiliteit, vermogensdichtheid en uitstekende hoogfrequente karakteristieken — waardoor het ideaal is voor Ka-band vermogensversterking en schakelcircuits.

De chip integreert een Eindversterker (PA) en een Enkelpolige dubbel-omschakelschakelaar (SPDT) op één chip, waardoor monolithische signaalversterking en kanaalschakeling wordt bereikt.

Belangrijke ontwerphoogtepunten zijn:

• Drie-traps eindversterker

De laatste fase maakt gebruik van een minimaal verlies matching netwerk, terwijl de input en inter-stage matching gebruik maken van laagdoorlaat reactieve circuitswaardoor de efficiëntie aanzienlijk wordt verhoogd, terwijl de versterkingsstabiliteit behouden blijft.

• Parallelle SPDT-schakelaar

A ¼-golflengte lijn parallelconfiguratie gecombineerd met een positief spanningsregelsysteem beperkt het invoegverlies tot onder 1 dB, met een schakeltijd ≤ 500 ns.

• Samenwerkend cascadeontwerp

Door in te sluiten matching- en filternetwerken tussen versterker- en schakelmodules wordt de impedantieconsistentie geoptimaliseerd, cascadeverlies geminimaliseerd en de algehele chipprestatie verbeterd.

3. Belangrijkste prestatie-indicatoren en testresultaten

De RF-chip meet alleen 2,25 mm × 1,40 mm, die uitstekende prestaties leverde in de 27–31 GHz frequentieband:

Kleine signaalversterking > 22 dB, vlakheidswinst ±1 dB

Uitgangsvermogen bij 1 dB compressie > 21,5 dBm

Toegevoegde energie-efficiëntie (PAE) > 32%, en presteert beter dan de meeste vergelijkbare Ka-band RF-chips

Consistentie van de kanaalamplitude 0,5 dB, faseconsistentie 4°

Totaal stroomverbruik 0,5 W, ideaal voor satellietterminals met een laag vermogen

Tests bevestigen dat de RF-chip voldoet aan de ontwerpdoelstellingen op het gebied van efficiëntie, integratie, En kanaaluniformiteitwaardoor het zeer geschikt is voor satelliet internet front-end zenders.

4. De waarde van RF-chips in satellietcommunicatiesystemen

Traditionele satellietterminals vertrouwen op discrete eindversterkers en schakelaars, wat resulteert in een groter formaat, hogere interfaceverliezen en een slechtere kanaalconsistentie.

Het voorgestelde monolithische Ka-band RF-chip lost deze problemen op door optimalisatie op proces- en circuitniveau:

Systeemminiaturisatie: Één enkele chip vervangt meerdere modules, waardoor de front-end kleiner wordt.

Verbeterde prestaties: Een ontwerp met een hoge efficiëntie en weinig verlies verbetert de algehele communicatiekwaliteit.

Consistentie in massaproductie: Het GaAs PHEMT-proces garandeert uniforme en betrouwbare chipprestaties.

Deze RF-chips kan breed worden toegepast in grondterminals, op voertuigen gemonteerde stations, luchtcommunicatiesystemenen meer, het vormen van een hardware fundering voor efficiënte en betrouwbare ruimte-grond geïntegreerde netwerken.

5. Conclusie en vooruitzichten

In dit artikel wordt een hoogwaardige Ka-band RF-chip op maat gemaakt voor satellietinternet. Gebaseerd op GaAs PHEMT-technologiede chip integreert een eindversterker en een schakelcircuit met behulp van een cascadeontwerp dat hoge versterking, hoge efficiëntie en compact formaat.

Experimentele resultaten bevestigen de uitstekende prestaties ervan in de 27–31 GHz-band, wat een groot potentieel laat zien voor praktische technische toepassingen.

Kijkend naar de toekomst, nu satellietinternet samensmelt met 5G/6G-netwerkenRF-chips zullen zich blijven ontwikkelen in de richting van hogere frequenties, bredere bandbreedtes, multi-channel integratie en herconfigureerbare architecturenToekomstig onderzoek zal zich richten op RF-chips met ingebouwde beveiligingsmechanismen en intelligente beamforming-mogelijkheden, waarmee de volgende generatie satellietcommunicatiesystemen wordt aangestuurd.