À medida que a Internet por satélite se torna uma parte essencial da nova infraestrutura digital, a procura de chips RF de alto desempenho, miniaturizados e de baixa potência está a aumentar rapidamente. Os chips RF são os componentes principais dos terminais de comunicação por satélite, determinando diretamente a eficiência da transmissão do sinal e o desempenho global do sistema.

Este artigo, baseado nos resultados da investigação de “Chips de comutação de energia de banda Ka para Internet por satélite” apresenta o conceção e execução de um chip RF de banda Ka altamente integrado e de elevada eficiência, A empresa é uma das principais fornecedoras de apoio técnico para a construção de terminais de Internet por satélite compactos e fiáveis.

1. Requisitos técnicos das pastilhas de RF para a Internet por satélite

Os sistemas de Internet por satélite são normalmente implantados em Órbita terrestre baixa (LEO), com uma ampla cobertura, elevados débitos de transmissão e baixa latência. Os terminais terrestres e os equipamentos espaciais devem funcionar dentro dos limites de Gama de frequências da banda Ka (27-40 GHz) para obter uma transmissão e receção estáveis do sinal.

Este facto impõe requisitos rigorosos a Chips RF:

Integração elevada: Reduzir os circuitos externos e os componentes discretos para minimizar a complexidade do sistema.

Alta eficiência: Melhorar a Eficiência de Potência Acrescentada (PAE) e reduzir o consumo total de energia.

Miniaturização: Permitem designs de terminais mais leves e compactos.

Elevada consistência: Assegurar a uniformidade da amplitude e da fase em vários canais para um desempenho fiável do sistema.

2. Arquitetura do chip de RF e seleção do processo

O Chip RF de banda Ka neste estudo adopta uma PHEMT (Transístor Pseudomórfico de Alta Mobilidade Eletrónica) de GaAs de 90 nm conhecido pela elevada mobilidade de electrões, densidade de potência e excelentes caraterísticas de alta frequência - tornando-o ideal para amplificação de potência e circuitos de comutação em banda Ka.

O chip integra um Amplificador de potência (PA) e um Interruptor monopolar de dupla ação (SPDT) numa única matriz, conseguindo uma amplificação monolítica do sinal e comutação de canais.

Os principais destaques do design incluem:

- Amplificador de potência de três fases

A fase final utiliza um rede de correspondência de perdas mínimas, enquanto a correspondência de entrada e entre fases utiliza circuitos reactivos passa-baixo, aumentando significativamente a eficiência e mantendo a estabilidade do ganho.

- Interruptor SPDT paralelo

A Configuração paralela da linha de ¼ de comprimento de onda combinado com um sistema de controlo de tensão positiva limita a perda de inserção a valores inferiores a 1 dB, com um Tempo de comutação ≤ 500 ns.

- Conceção colaborativa em cascata

Por incorporação redes de correspondência e filtragem entre os módulos do amplificador e do comutador, a consistência da impedância é optimizada, a perda em cascata é minimizada e o desempenho global do chip é melhorado.

3. Principais métricas de desempenho e resultados dos testes

O chip RF mede apenas 2,25 mm × 1,40 mm, demonstrando um desempenho excecional na 27-31 GHz banda de frequência:

Ganho de sinal pequeno > 22 dB, nivelamento do ganho ±1 dB

Potência de saída a 1 dB de compressão > 21,5 dBm

Eficiência de potência acrescentada (PAE) > 32%, superando a maioria dos chips RF de banda Ka semelhantes

Consistência da amplitude do canal < 0,5 dB, consistência de fase < 4°

Consumo total de energia < 0.5 W, ideal para terminais de satélite de baixa potência

Os testes confirmam que o chip de RF cumpre os seus objectivos de conceção em termos de eficiência, integração, e uniformidade do canal, tornando-o altamente adequado para transmissores front-end de internet via satélite.

4. O valor dos chips de RF nos sistemas de comunicação por satélite

Os terminais de satélite tradicionais dependem de amplificadores de potência discretos e comutadores, que resultam em maiores dimensões, maiores perdas de interface e pior consistência do canal.

A proposta chip RF monolítico de banda Ka resolve estes problemas através de otimização ao nível do processo e do circuito:

Miniaturização do sistema: Um único chip substitui vários módulos, reduzindo o tamanho do front-end.

Desempenho melhorado: O design de alta eficiência e baixa perda melhora a qualidade geral da comunicação.

Consistência na produção em massa: O processo GaAs PHEMT garante um desempenho uniforme e fiável do chip.

Estes Chips RF pode ser amplamente aplicado em terminais terrestres, estações montadas em veículos, sistemas de comunicação aéreos, e muito mais, formando um fundação de hardware para redes integradas espaço-solo eficientes e fiáveis.

5. Conclusão e perspectivas

Este documento apresenta um chip RF de banda Ka de elevado desempenho adaptado para a Internet por satélite. Baseado em Tecnologia GaAs PHEMT, O chip integra um amplificador de potência e um circuito de comutação utilizando um design em cascata que atinge alto ganho, alta eficiência e tamanho compacto.

Os resultados experimentais validam o seu excelente desempenho na Banda 27-31 GHz, demonstrando um forte potencial para aplicações de engenharia no mundo real.

Olhando para o futuro, à medida que a Internet por satélite se funde com Redes 5G/6G, Os chips RF continuarão a evoluir para frequências mais elevadas, larguras de banda mais largas, integração multicanal e arquitecturas reconfiguráveis. A investigação futura centrar-se-á em Chips RF com mecanismos de segurança incorporados e capacidades inteligentes de formação de feixes, A tecnologia de ponta, que impulsiona a próxima geração de sistemas de comunicação por satélite.