เมื่ออินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียมกลายเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลใหม่ ความต้องการสำหรับ ชิป RF ประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก และใช้พลังงานต่ำ กำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ชิป RF คือ องค์ประกอบหลัก ของสถานีสื่อสารดาวเทียม ซึ่งสามารถกำหนดประสิทธิภาพการส่งสัญญาณและประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้โดยตรง.

บทความนี้ อ้างอิงจากผลการวิจัยของ “ชิปสวิตช์กำลัง Ka-Band สำหรับอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียม” นำเสนอ การออกแบบและการดำเนินการ ของ ชิป RF ความถี่ Ka-band ประสิทธิภาพสูงแบบบูรณาการสูง, ให้การสนับสนุนทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับการสร้างสถานีรับส่งดาวเทียมอินเทอร์เน็ตที่กะทัดรัดและเชื่อถือได้.

1. ข้อกำหนดทางเทคนิคของชิป RF สำหรับอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียม

ระบบอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียมมักถูกติดตั้งใน วงโคจรต่ำของโลก (LEO), มีการครอบคลุมที่กว้างขวาง, อัตราการส่งผ่านสูง, และความหน่วงต่ำ. สถานีภาคพื้นดินและอุปกรณ์ในอวกาศต้องทำงานภายใน ช่วงความถี่ Ka-band (27–40 GHz) เพื่อให้บรรลุการส่งและรับสัญญาณที่เสถียร.

สิ่งนี้กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดต่อ ชิป RF:

การรวมระบบสูง: ลดวงจรภายนอกและส่วนประกอบแบบแยกเพื่อลดความซับซ้อนของระบบ.

ประสิทธิภาพสูง: ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เพิ่มเข้าไป (PAE) และลดการใช้พลังงานทั้งหมด.

การย่อขนาด เปิดใช้งานการออกแบบเทอร์มินัลที่เบาและกะทัดรัดยิ่งขึ้น.

ความสม่ำเสมอสูง ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอของแอมพลิจูดและเฟสในหลายช่องสัญญาณเพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างเชื่อถือได้.

2. สถาปัตยกรรมชิป RF และการเลือกกระบวนการ

The ชิป RF แบนด์ Ka ในการศึกษานี้ใช้ 90 นาโนเมตร GaAs PHEMT (ทรานซิสเตอร์ที่มีอัตราการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูงแบบจำลอง) กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูง ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า และคุณสมบัติความถี่สูงที่ยอดเยี่ยม — ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขยายกำลังและวงจรสวิตช์ในย่านความถี่ Ka-band.

ชิปนี้รวมเอา เพาเวอร์แอมปลิไฟเออร์ (PA) และ a สวิตช์แบบสลับสองทางหนึ่งขั้ว (SPDT) บนลูกเต๋าเพียงลูกเดียว ทำให้เกิดการขยายสัญญาณแบบโมโนลิธิกและการสลับช่องสัญญาณ.

จุดเด่นของการออกแบบที่สำคัญ ได้แก่:

• แอมปลิไฟเออร์กำลังสามขั้นตอน

ขั้นตอนสุดท้ายใช้ เครือข่ายการจับคู่ที่มีการสูญเสียต่ำสุด, ในขณะที่การจับคู่ของอินพุตและการจับคู่ระหว่างขั้นตอนใช้ วงจรตอบสนองแบบผ่านต่ำ, เพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่รักษาความเสถียรของอัตราขยาย.

• สวิตช์ SPDT แบบขนาน

A การกำหนดค่าแบบขนานของเส้นที่มีความยาว ¼ ความยาวคลื่น เมื่อรวมกับระบบควบคุมแรงดันบวก จะจำกัดการสูญเสียการแทรกให้ต่ำกว่า 1 เดซิเบล, พร้อมด้วย เวลาสลับ ≤ 500 นาโนวินาที.

• การออกแบบแบบร่วมมือแบบลำดับชั้น

โดยการฝัง การจับคู่และกรองเครือข่าย ระหว่างโมดูลแอมพลิฟายเออร์และสวิตช์ ความสอดคล้องของอิมพีแดนซ์ได้รับการปรับให้เหมาะสม การสูญเสียจากการเชื่อมต่อแบบลำดับชั้นลดลง และประสิทธิภาพโดยรวมของชิปได้รับการปรับปรุง.

3. ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักและผลการทดสอบ

ชิป RF วัดได้เพียง 2.25 มม. × 1.40 มม., แสดงให้เห็นถึงผลงานที่โดดเด่นใน 27–31 กิกะเฮิรตซ์ ย่านความถี่:

อัตราขยายสัญญาณขนาดเล็ก > 22 เดซิเบล, ความเรียบแบน ±1 dB

กำลังขับที่ 1 dB การบีบอัด > 21.5 เดซิเบลเอม

ประสิทธิภาพการเพิ่มกำลัง (PAE) > 32%, ทำงานได้ดีกว่าชิป RF ในย่านความถี่ Ka ที่คล้ายคลึงกันส่วนใหญ่

ความสม่ำเสมอของความกว้างของคลื่นในช่อง < 0.5 เดซิเบล, ความสอดคล้องของเฟส < 4 องศา

การใช้พลังงานทั้งหมด < 0.5 วัตต์, เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานีภาคพื้นดินดาวเทียมที่ใช้พลังงานต่ำ

การทดสอบยืนยันว่าชิป RF บรรลุเป้าหมายการออกแบบในแง่ของ ประสิทธิภาพ, การบูรณาการ, และ ความสม่ำเสมอของช่อง, ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ เครื่องส่งสัญญาณส่วนหน้าอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียม.

4. คุณค่าของชิป RF ในระบบสื่อสารดาวเทียม

สถานีดาวเทียมแบบดั้งเดิมอาศัย เครื่องขยายกำลังไฟฟ้าแบบแยกส่วนและสวิตช์, ซึ่งส่งผลให้มีขนาดใหญ่ขึ้น การสูญเสียที่อินเทอร์เฟซสูงขึ้น และความสม่ำเสมอของช่องสัญญาณที่แย่ลง.

ข้อเสนอ ชิป RF แบบโมโนลิธิกในย่านความถี่ Ka แก้ไขปัญหาเหล่านี้ผ่าน การเพิ่มประสิทธิภาพในระดับกระบวนการและระดับวงจร:

การย่อขนาดระบบ: ชิปเดียวแทนที่โมดูลหลายตัว ลดขนาดส่วนหน้า.

ประสิทธิภาพที่เพิ่มมากขึ้น: การออกแบบที่มีประสิทธิภาพสูงและสูญเสียต่ำช่วยปรับปรุงคุณภาพการสื่อสารโดยรวม.

ความสม่ำเสมอในการผลิตจำนวนมาก: กระบวนการผลิต GaAs PHEMT รับประกันประสิทธิภาพของชิปที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้.

สิ่งเหล่านี้ ชิป RF สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางใน ขั้วต่อภาคพื้นดิน, สถานีติดตั้งบนยานพาหนะ, ระบบสื่อสารทางอากาศ, และอื่นๆ อีกมากมาย รวมกันเป็น ฐานฮาร์ดแวร์ เพื่อเครือข่ายแบบบูรณาการระหว่างอวกาศและภาคพื้นดินที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้.

5. สรุปและแนวโน้ม

เอกสารฉบับนี้แนะนำ ชิป RF แบนด์ Ka ประสิทธิภาพสูง ปรับแต่งสำหรับอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียม. ตามแบบ เทคโนโลยี GaAs PHEMT, ชิปนี้รวมเอาวงจรขยายกำลังและสวิตช์เข้าด้วยกันโดยใช้การออกแบบแบบลำดับชั้นซึ่งบรรลุ กำลังขยายสูง, ประสิทธิภาพสูง, และขนาดกะทัดรัด.

ผลการทดลองยืนยันถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของมันใน ย่านความถี่ 27–31 GHz, แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่แข็งแกร่งสำหรับการนำไปใช้ในทางวิศวกรรมศาสตร์ในโลกจริง.

มองไปข้างหน้า เมื่ออินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียมผสานกับ เครือข่าย 5G/6G, ชิป RF จะยังคงพัฒนาต่อไปสู่ ความถี่ที่สูงขึ้น, ความกว้างของแบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้น, การรวมหลายช่องทาง, และสถาปัตยกรรมที่สามารถปรับเปลี่ยนได้. การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่ ชิป RF ที่มีกลไกความปลอดภัยฝังในตัวและคุณสมบัติการปรับทิศทางลำแสงอัจฉริยะ, ขับเคลื่อนระบบสื่อสารดาวเทียมยุคใหม่.