對(duì)數(shù)據(jù)不斷增長(zhǎng)的需求正在推動(dòng)衛(wèi)星通信（衛(wèi)星通信）的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，特別是在更高頻段。但是，許多公司沒有專注于較低的頻率范圍，而是專注于更高頻率的Ka-Band，它為互聯(lián)網(wǎng)接入和5G等應(yīng)用提供了更多分配的頻譜。

由于視頻帶寬要求增加以及對(duì)高線性功率以支持多載波系統(tǒng)的需求，在Ka波段工作給RF功率放大帶來了新的挑戰(zhàn)。由于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，GaN PA的性能得到了提高，現(xiàn)在是高功率真空管放大器的有吸引力的替代品。

這篇文章提供了對(duì)當(dāng)前衛(wèi)星通信趨勢(shì)和Ka波段功率放大方法的見解。

衛(wèi)星通信在全球通信中的角色變化

衛(wèi)星通信設(shè)備在世界各地人們的日常生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它支持電信、天氣監(jiān)測(cè)、航空通信、海上和軍事用途以及導(dǎo)航方面的各種應(yīng)用。商業(yè)航空中的衛(wèi)星通信滿足了始終與機(jī)上連接服務(wù)連接的需求。

根據(jù)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)，消費(fèi)者數(shù)據(jù)流量，5G，大數(shù)據(jù)和人工智能的爆炸性增長(zhǎng)將進(jìn)一步推動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)和服務(wù)的全球擴(kuò)張，該市場(chǎng)預(yù)測(cè)市場(chǎng)將以每年5.4%的速度增長(zhǎng)，到93年將達(dá)到6億美元以上。

這種增長(zhǎng)正在推動(dòng)整個(gè)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的變化，一些公司計(jì)劃建造龐大的高通量衛(wèi)星星座來支持需求。

Ka-Band在衛(wèi)星通信中的領(lǐng)導(dǎo)作用

為了應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的需求，衛(wèi)星通信行業(yè)已轉(zhuǎn)向更高頻段，那里有更多的帶寬可用。在Ka波段，3.5 GHz的帶寬可用于衛(wèi)星通信 - 比其他常用頻段高出4倍以上。它已被廣泛使用，特別是對(duì)于上行鏈路（地球到衛(wèi)星）連接。

下表描述了衛(wèi)星通信行業(yè)中使用的頻段。在Ka-Band中，許多知名用戶包括Elon Musk的SpaceX和亞馬遜的Project Kuiper等初創(chuàng)公司。這兩個(gè)組織計(jì)劃發(fā)射數(shù)千顆小型衛(wèi)星，為全球消費(fèi)者和企業(yè)提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入，包括覆蓋其他寬帶服務(wù)無法覆蓋的偏遠(yuǎn)和服務(wù)不足的地區(qū)。此外，還有其他組織遵循類似的途徑來利用衛(wèi)星通信市場(chǎng)開辟的新收入來源。

由于Ka-Band支持許多收入來源，如固定和移動(dòng)設(shè)備，包括衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)，機(jī)載和海洋系統(tǒng)以及便攜式衛(wèi)星通信人員包，因此它是可以利用的關(guān)鍵頻段。

Ka波段上行鏈路功率放大挑戰(zhàn)

Ka波段傳輸帶來了射頻功率放大挑戰(zhàn)：衛(wèi)星通信設(shè)備必須能夠在寬帶寬上以高功率傳輸，同時(shí)保持高線性度。此外，調(diào)制方案正在增加，以實(shí)現(xiàn)每秒更多的傳輸數(shù)據(jù)位。傳統(tǒng)上，QPSK調(diào)制滿足了數(shù)據(jù)吞吐量與信號(hào)噪聲的權(quán)衡。然而，最近在16至64正交幅度調(diào)制（QAM）中對(duì)更高調(diào)制方案的推動(dòng)推動(dòng)了對(duì)更高性能線性放大的需求。

傳統(tǒng)上，行波管放大器（TWTA）是一種真空管，由于其能夠在保持高效率的同時(shí)產(chǎn)生高功率，因此一直是衛(wèi)星通信應(yīng)用中功率放大的支柱。

氮化鎵半導(dǎo)體的進(jìn)步正在改變這一趨勢(shì)。這部分是由于RF性能的改進(jìn)，盡管與電子管放大器相比，它也歸因于魯棒性和可靠性。固態(tài)功率放大器客戶將許多最新的GaN功率放大器組合在一起，以實(shí)現(xiàn)100W +的RF輸出功率，使GaN成為替代TWTA的有吸引力的替代品。

下圖顯示了使用GaN PA的典型衛(wèi)星通信RF配置。

LEO和相控陣

GaN PA還與衛(wèi)星通信架構(gòu)的重大變化非常匹配：從單天線到多天線相控陣的轉(zhuǎn)變。這種變化正在衛(wèi)星和地面終端內(nèi)發(fā)生。

一些最雄心勃勃的新應(yīng)用在低地球軌道（LEO）中使用數(shù)千顆衛(wèi)星 - 距離地球表面100-500英里 - 比大多數(shù)傳統(tǒng)衛(wèi)星更接近地球。見下圖。LEO 的一大優(yōu)勢(shì)是延遲較低——往返大約 20 毫秒——這對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)接入等應(yīng)用至關(guān)重要。

LEO衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的速度比高軌道衛(wèi)星快得多 - 從地平線到地平線僅需15分鐘。為了與這些衛(wèi)星保持持續(xù)的通信聯(lián)系，地面設(shè)備必須在它們?cè)谔炜罩蟹糯髸r(shí)跟蹤它們。

這帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，基于地球的衛(wèi)星通信設(shè)備使用機(jī)械操縱天線來跟蹤衛(wèi)星。但這種方法對(duì)LEO衛(wèi)星來說并不實(shí)用，因?yàn)橄到y(tǒng)每15分鐘必須從地平線掃到地平線，可能會(huì)磨損;支持非常大的LEO星座所需的設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)可能會(huì)破壞銀行。

電控相控陣避免了這個(gè)問題，因?yàn)樗鼈兿烁櫺l(wèi)星的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的需要。相反，這些相控陣系統(tǒng)有許多小天線，可以通過調(diào)整陣列內(nèi)各個(gè)天線的相位來連續(xù)改變信號(hào)的方向。

雖然基于單個(gè)TWTA的設(shè)計(jì)非常適合高功率單天線系統(tǒng)，但基于GaN PA的設(shè)計(jì)是多天線相控陣的自然匹配。GaN還可以構(gòu)建成本更低、重量更輕、更緊湊的系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)未來：更高的線性功率、更高的頻率和更大的帶寬

展望未來，衛(wèi)星通信架構(gòu)正處于變革狀態(tài)。在更寬的帶寬上更高的線性功率是Ku/K/Ka波段的當(dāng)前軌跡。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的頻率甚至更高，達(dá)到V波段（40-75 GHz），其帶寬甚至大于Ka波段。由于Ka-Band曾經(jīng)是衛(wèi)星通信的前沿，它現(xiàn)在是一個(gè)成熟而強(qiáng)大的細(xì)分市場(chǎng)，擁有許多運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備供應(yīng)商。V波段被視為衛(wèi)星通信的新前沿。隨著我們?cè)谡麄€(gè)衛(wèi)星行業(yè)看到的持續(xù)創(chuàng)新，V波段從采用到成熟的持續(xù)時(shí)間可能比任何人預(yù)期的都要快。預(yù)計(jì)GaN也將在這個(gè)更高頻率的市場(chǎng)中發(fā)揮作用。

Qorvo GaN 技術(shù)正在迅速發(fā)展，以應(yīng)對(duì)衛(wèi)星通信市場(chǎng)的需求。連續(xù)幾代氮化鎵提供不斷增加的線性功率輸出，提高效率，使設(shè)備制造商能夠?qū)⒌塒A用于傳統(tǒng)上需要TWTA的更高功率應(yīng)用。每個(gè)GaN PA不斷增長(zhǎng)的功率能力也意味著設(shè)備制造商可以用更少的GaN器件構(gòu)建放大器，從而提供低成本的解決方案來提供所需的功率。功能更強(qiáng)大的設(shè)備有助于使系統(tǒng)更小、更易于構(gòu)建且更可靠。

審核編輯：郭婷