По мере того как спутниковый интернет становится неотъемлемой частью новой цифровой инфраструктуры, спрос на высокопроизводительные, миниатюрные и маломощные радиочастотные чипы стремительно растет. Радиочастотные чипы являются основные компоненты терминалов спутниковой связи, напрямую определяя эффективность передачи сигнала и общую производительность системы.

Эта статья, основанная на результатах исследования “Микросхемы коммутации питания в Ка-диапазоне для спутникового интернета”.” представляет разработка и внедрение из Высокоинтегрированный высокоэффективный радиочастотный чип Ka-диапазона, Обеспечивает ключевую техническую поддержку при создании компактных и надежных спутниковых интернет-терминалов.

1. Технические требования к радиочастотным чипам для спутникового интернета

Спутниковые интернет-системы обычно развертываются в Низкая околоземная орбита (LEO), Широкий охват, высокая скорость передачи и низкая задержка. Наземные терминалы и космическое оборудование должны работать в пределах Диапазон частот Ка-диапазона (27-40 ГГц) для достижения стабильной передачи и приема сигнала.

Это предъявляет строгие требования к РЧ-чипы:

Высокая интеграция: Сократите количество внешних цепей и дискретных компонентов, чтобы минимизировать сложность системы.

Высокая эффективность: Повышение эффективности использования энергии (PAE) и снижение общего энергопотребления.

Миниатюризация: Обеспечивают более легкие и компактные конструкции терминалов.

Высокая последовательность: Обеспечьте равномерность амплитуды и фазы по нескольким каналам для надежной работы системы.

2. Архитектура радиочастотных микросхем и выбор технологического процесса

The Радиочастотный чип Ka-диапазона в данном исследовании используется 90 нм GaAs PHEMT (псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов) Процесс, известный высокой подвижностью электронов, плотностью мощности и отличными высокочастотными характеристиками, что делает его идеальным для усиления мощности в Ka-диапазоне и схем переключения.

В чип интегрирован Усилитель мощности (PA) и Однополюсный двухтумблерный переключатель (SPDT) на одном кристалле, обеспечивая монолитное усиление сигнала и переключение каналов.

Основные моменты дизайна включают:

- Трехкаскадный усилитель мощности

На заключительном этапе используется сеть согласования с минимальными потерями, а для входного и межступенчатого согласования используется низкочастотные реактивные цепи, что значительно повышает эффективность при сохранении стабильности усиления.

- Параллельный переключатель SPDT

А Параллельная конфигурация линии ¼ длины волны в сочетании с системой контроля положительного напряжения ограничивает вносимые потери до уровня ниже 1 дБ, с время переключения ≤ 500 нс.

- Совместный каскадный дизайн

Путем встраивания сети согласования и фильтрации между модулями усилителя и коммутатора, оптимизируется согласованность импеданса, минимизируются потери в каскаде и повышается общая производительность микросхемы.

3. Ключевые показатели производительности и результаты тестирования

Радиочастотный чип измеряет только 2,25 мм × 1,40 мм, демонстрируя выдающиеся результаты в 27-31 ГГц частотный диапазон:

Коэффициент усиления малого сигнала > 22 дБ, Плоскость усиления ±1 дБ

Выходная мощность при компрессии 1 дБ > 21,5 дБм

Эффективность с добавлением мощности (PAE) > 32%, превосходит большинство аналогичных радиочастотных чипов Ка-диапазона.

Согласованность амплитуд каналов < 0,5 дБ, фазовая консистенция < 4°

Общая потребляемая мощность < 0.5 W, Идеально подходит для маломощных спутниковых терминалов

Испытания подтверждают, что радиочастотный чип соответствует своим проектным целям с точки зрения эффективность, интеграция, и однородность канала, Это делает его очень подходящим для фронтальные передатчики спутникового интернета.

4. Значение радиочастотных чипов в системах спутниковой связи

Традиционные спутниковые терминалы полагаются на дискретные усилители мощности и переключатели, что приводит к увеличению размеров, увеличению потерь на интерфейсе и ухудшению согласованности каналов.

Предлагаемый монолитный радиочастотный чип Ka-диапазона решает эти проблемы с помощью оптимизация на уровне процессов и схем:

Миниатюризация системы: Один чип заменяет несколько модулей, что позволяет уменьшить размеры фронтальной части.

Повышенная производительность: Высокоэффективная конструкция с низким уровнем потерь улучшает общее качество связи.

Последовательность массового производства: Технология GaAs PHEMT обеспечивает равномерную и надежную работу чипа.

Эти РЧ-чипы может широко применяться в наземные терминалы, станции, установленные на транспортных средствах, воздушные системы связи, и многое другое, образуя аппаратная основа для создания эффективных и надежных интегрированных сетей "космос - земля".

5. Заключение и перспективы

В данной работе представлен Высокопроизводительный радиочастотный чип Ka-диапазона адаптированный для спутникового интернета. На основе Технология GaAs PHEMT, Микросхема объединяет усилитель мощности и схему коммутатора с помощью каскадной конструкции, что позволяет достичь Высокий коэффициент усиления, высокая эффективность и компактный размер.

Экспериментальные результаты подтверждают его превосходную производительность в Диапазон 27-31 ГГц, В них заложен большой потенциал для применения в реальном мире.

В будущем, когда спутниковый интернет объединится с Сети 5G/6G, Радиочастотные чипы будут продолжать развиваться в направлении более высокие частоты, более широкая полоса пропускания, многоканальная интеграция и реконфигурируемые архитектуры. Будущие исследования будут направлены на Радиочастотные чипы со встроенными механизмами безопасности и интеллектуальными возможностями формирования луча, В результате было создано следующее поколение систем спутниковой связи.