十年開啟萬億級市場，以核心射頻技術共赴衛(wèi)星通信的星辰大海
2024-10-29 10:11 Qorvo半導體
隨著中國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座項目“千帆星座”成功首發(fā)，全球將見證一個由數(shù)萬顆衛(wèi)星組成的龐大網(wǎng)絡的建設，這將為全球用戶提供可靠的高速互聯(lián)網(wǎng)連接服務。中國將作為全球通信網(wǎng)絡的關鍵參與者之一，與其他國家共同推動全球航天技術的進步和發(fā)展，全球航天產(chǎn)業(yè)的競爭格局將進一步優(yōu)化，推動整個行業(yè)實現(xiàn)更高水平的創(chuàng)新與發(fā)展。
接下這“潑天”的通信熱度，
須從這幾大核心技術入手
全球衛(wèi)星通信主要涵蓋L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V等波段，許多公司并沒有專注于較低的頻率范圍，而是專注于更高頻率的Ka波段，以及V波段（40-75 GHz），為互聯(lián)網(wǎng)接入和5G等應用提供了更多的分配頻譜。由于視頻帶寬要求的增加以及支持多載波系統(tǒng)對高線性功率的需求，在Ka等更高波段工作給射頻信號鏈電路設計帶來了新的挑戰(zhàn)。
隨著衛(wèi)星通信技術的持續(xù)演進與廣泛應用，其所帶動的半導體市場需求呈現(xiàn)出顯著的增長態(tài)勢，尤其在射頻前端（RF Front-end）組件的研發(fā)與生產(chǎn)方面，成為市場增量的主要承載領域，包括上行鏈路的功率挑戰(zhàn)與功放技術革新、下行鏈路的靈敏度需求與射頻前端優(yōu)化，以及天線設計的復雜化與共用難題。
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，端側設備（如地面終端、移動設備）向衛(wèi)星發(fā)送信號的上行鏈路，其發(fā)射功率需求遠超傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)。這是因為衛(wèi)星通信鏈路距離長，路徑損耗顯著增加，且受大氣衰減、雨衰等因素影響，需要更高的發(fā)射功率以確保信號抵達衛(wèi)星時仍具有足夠的強度，保證通信質量。這一要求對功率放大器（PA）的設計與制造提出了全新的挑戰(zhàn)，這意味著半導體廠商需要采用先進的工藝技術，如氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等寬帶隙材料，以實現(xiàn)高功率密度和良好的熱管理。另一方面，功放模塊還需具備動態(tài)功率控制能力，能夠在不同環(huán)境條件和通信需求下靈活調整輸出功率，同時兼顧節(jié)能與性能需求。
衛(wèi)星通信的下行鏈路，即衛(wèi)星向地面終端傳輸信號的過程，由于同樣受到長距離傳輸導致的鏈路損耗以及多徑效應、多普勒頻移等問題的影響，對接收端的靈敏度和信噪比（SNR）要求極高。為此，射頻前端的其他關鍵組件，如低噪聲放大器（LNA）和射頻開關，必須進行針對性設計與改進。低噪聲放大器需要在極低的噪聲系數(shù)下提供足夠的增益，以最大限度地提升接收到的微弱衛(wèi)星信號強度，同時保持良好的選擇性，抑制鄰道干擾。這要求采用低溫漂、高穩(wěn)定性的半導體材料和先進封裝技術，以及精細的電路設計，確保在寬工作帶寬內(nèi)維持優(yōu)異的噪聲性能。射頻開關則需要具備快速切換、低插入損耗和高隔離度特性，以在多頻段、多模式通信場景中準確切換接收通道，防止信號串擾。
發(fā)射功率和信噪比的嚴苛要求不僅推動了射頻前端組件的技術創(chuàng)新，也對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的天線設計提出了新的挑戰(zhàn)。特別是當需要在同一設備上集成不同波段（如C、Ku、Ka等）的衛(wèi)星通信天線，甚至與其他無線通信系統(tǒng)（如Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡）共享同一物理天線時，設計難度顯著增加。
以關鍵射頻技術賦能衛(wèi)星通信，
Qorvo的產(chǎn)品陣列再擴增
作為全球航空航天產(chǎn)業(yè)中射頻核心技術與解決方案的領軍企業(yè)，Qorvo深度涉足衛(wèi)星通信領域，構筑起跨越L波段至Ka波段的全方位射頻產(chǎn)品矩陣，產(chǎn)品陣容囊括了功率放大器、低噪聲放大器、獨立式射頻開關、精密濾波器、數(shù)字式步進衰減器、混頻器、倍頻器、移相器等一系列關鍵組件，憑借卓越的可靠性樹立行業(yè)標桿，為衛(wèi)星通信技術創(chuàng)新提供了堅實支撐。
事實上，Qorvo一直在衛(wèi)星通信和太空探索中發(fā)揮著重要作用：為好奇號火星探測器著陸系統(tǒng)（2011 年發(fā)射）提供雷達組件；2015年新視野號深空探測器在距離冥王星 8,000 英里的地方發(fā)回了令人嘆為觀止的景色，其中就有Qorvo 的三倍頻器、壓控振蕩器和功率放大器；卡西尼-惠更斯號太空探測器（1997 年發(fā)射）能夠繪制土星及其光環(huán)和衛(wèi)星的地圖。
借助Qrovo提供的硅基衛(wèi)星通信IC，可以實現(xiàn)高性能、小尺寸、低成本的相控陣天線用戶終端。Qorvo的IC用于支持FDD（頻分雙工）操作，但也可以支持TDD（時分雙工）操作，覆蓋全球衛(wèi)星通信Ku和Ka頻段。該系列中的每個IC都支持4個雙極化輻射元件，具有充分的極化靈活性。每個通道都有自己的相位和增益控制，以提供盡可能大的靈活性。這些IC采用專為批量射頻生產(chǎn)而設計的商用CMOS硅基工藝，確保性能和成本實現(xiàn)理想平衡，讓衛(wèi)星通信的平板有源電子掃描天線的商業(yè)化成為現(xiàn)實。
空天一體通信時代開啟，
商業(yè)衛(wèi)星市場即將走向星辰大海
年初的全國兩會期間，以“商業(yè)航天”為代表的新興科技產(chǎn)業(yè)備受關注，并首次寫入《政府工作報告》；上海也于去年提出打造低軌寬頻多媒體衛(wèi)星“G60 星鏈”，擬布局1.2萬顆衛(wèi)星組成的組網(wǎng)……這些都為以衛(wèi)星通信為主的商業(yè)航天市場按下了“加速鍵”。
衛(wèi)星非常適合在5G網(wǎng)絡中提供額外的回程支持，增強關鍵環(huán)節(jié)的冗余度，并為偏遠和農(nóng)村地區(qū)提供更廣泛的網(wǎng)絡覆蓋。3GPP標準機構將非地面網(wǎng)絡（包括高空平臺系統(tǒng)、無人機、NGSO和GEO衛(wèi)星）視為5G技術發(fā)展的重要方向。我們將在未來看到一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡基礎設施，整合地面5G網(wǎng)絡和多軌道衛(wèi)星群，大幅提升通信網(wǎng)絡的接入規(guī)模和范圍。
這些趨勢需要利用毫米波平板AESA（有源電子掃描陣列）來同時支持地面和衛(wèi)星系統(tǒng)。今年，在航天、衛(wèi)星通信及5G應用的智能有源陣列天線技術領域深耕二十多年并有深厚布局的Anokiwave加入了Qorvo，其高性能硅基集成電路將進一步增強Qorvo在衛(wèi)星通信領域的產(chǎn)品與技術實力，Anokiwave創(chuàng)新的有源天線IC產(chǎn)品組合，結合Qorvo在產(chǎn)品互補性、全球影響力和市場占有率方面的優(yōu)勢，為實現(xiàn)高度集成和高性能的有源天線提供了新的選擇，有望將有源相控陣天線技術普及開來。
隨著物聯(lián)網(wǎng)和邊緣智能爆發(fā)增長，全球連接的需求從未如此迫切，如果沒有對廣泛海洋和偏遠地區(qū)衛(wèi)星星座的協(xié)助，移動網(wǎng)絡本身無法實現(xiàn)全球覆蓋。最近幾年來，衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量屢創(chuàng)新高，基于衛(wèi)星的應用日益增多，商業(yè)衛(wèi)星運營前景一片光明。這些投資也同步推動了數(shù)量空前的用戶終端，空天一體大趨勢下商業(yè)衛(wèi)星和終端通信市場即將迎來持久的爆發(fā)增勢。
