KA频段卫星趋势和功率放大挑战

这篇文章首先出现在微波产品消化。

扩大数据的扩大胃口正在推动卫星通信（SATCOM）的强劲增长，尤其是在更高频段中。但是，而不是集中在较低的频率范围内，许多公司专注于较高的频率KA波段，这为互联网接入和5G等应用提供了更多分配的频谱。

由于视频带宽要求的增加以及支持多载波系统的高线性电源，因此在KA波段中运行在RF功率放大中创造了新的挑战。由于半导体技术的进步，GaN PA可以提高性能，现在是高功率真空管放大器的有吸引力的替代品。

该职位为当前的Satom趋势和KA频段功率放大的方法提供了见解。

Satcom在全球通信中的作用变化

Satcom Equipment在世界各地人民的日常生活中起着至关重要的作用。它支持广泛的电信，天气监测，航空通信，海事和军事用途以及导航方面广泛的应用。SATCOM在商业航空中满足了始终需要与飞行中的连接服务相关联。

消费者数据流量，5G，大数据和人工智能的爆炸性增长将进一步推动全球卫星系统和服务的扩展 - 据战略分析- 预测市场将在每年增长5.4％，于2028年达到936亿美元。

这种增长正在推动Satcom景观的变化，一些公司规划巨大的高通量卫星星座以支持需求。

KA乐队在卫星的主导作用

回应需求不断增加，Satom行业已移动到更高频段，其中有更多的带宽。在KA频段，3.5 GHz的带宽可用于SATCOM - 超过4倍，而不是其他常用的乐队。它被广泛使用，特别是对于上行链路（地球 - 卫星）连接。

下表描述了Satom行业中使用的频段。在KA波段中，许多高调的用户包括初创公司，如Elon Musk空间X和亚马逊Project Kuiper.。这两个组织正计划推出数千名小型卫星，以为全球消费者和企业提供高速互联网，包括超越其他宽带服务范围的远程和服务不足的覆盖范围。此外，还有其他组织遵循类似的途径，以利用卫星市场开通的新收入流。

由于KA频段支持许多收入流，如静止和移动设备，包括卫星网关，空中和海洋系统，以及便携式Satcom Man-Pack，它是一个攻击的关键乐队。

KA频段上行链路功率放大挑战

KA频带传输创建RF功率放大挑战：SATCOM设备必须能够在宽带宽的高功率下传输，同时保持高线性。此外，调制方案正在增加以实现每秒的更多传输数据位。传统上，QPSK调制满足了数据吞吐量与信号噪声的权衡。然而，最近推动了16至64个正交幅度调制（QAM）中的更高调制方案推动了需要更高的性能线性放大的需求。

传统上，旅行波管放大器（TWTA）是一种真空管，是SATCOM应用中功率放大的主干，因为它们能够在保持高效率的同时产生高功率。

GaN半导体的进步正在改变这种趋势。这是由于RF性能改进，尽管与管放大器相比，它也归因于鲁棒性和可靠性。固态功率放大器客户将许多最新的GaN功率放大器结合起来实现100W + RF输出功率，使GaN成为有吸引力的替代品而不是TWTA。

下图，使用GaN PA显示了典型的Satcom RF配置。

leos和序列阵列

GaN PAS也与Satcom架构的重大变化相匹配：从单个天线转移到多个天线的相位阵列。这种变化在卫星和地面终端内进行。

一些最雄心勃勃的新应用程序在低地轨道（Leo）中使用数千颗卫星 - 地球表面100-500英里 - 比大多数传统卫星更接近地球。请参阅下图。Leo的一个大优势是延迟较低 - 大约20毫秒的往返 - 这对于互联网访问等应用至关重要。

Leo Satellites在较高轨道上的卫星在卫星上速度更快地轨道 - 仅在15分钟内从地平线到地平线。为了保持与这些卫星的连续通信联系，基于地球的设备必须在横跨天空中追踪它们。

这会产生新的挑战。传统上，基于地球的Satcom设备使用机械转向天线来跟踪卫星。但由于在每15分钟每15分钟从地平线扫过地平线的系统潜在的磨损，这种方法对Leo卫星不实用;支持非常大的Leo星座所需的设备的维护和保养可能会破坏银行。

电动转向相控阵避免了这个问题，因为它们消除了对轨道卫星进行机械运动的需要。相反，这些分阶段阵列系统具有许多小天线，其可以通过调整阵列内的各个天线的相位来连续地改变信号的方向。

虽然基于单个TWTA的设计非常适合高功率单天线系统，但基于GaN PAS的设计是用于多天线相控阵的自然匹配。GaN还可以建立一个较低成本，更轻，更紧凑的系统。

设计未来：更多的线性电源，频率更高，甚至更大的带宽

展望未来，卫星架构处于变革状态。更高线性电源更宽的带宽是KU / K / KA带中的当前轨迹。系统运营商在频率上移动到V波段（40-75GHz），其中带宽甚至大于KA波段。由于KA-BAND曾经是SATCOM的边界，现在是一个具有许多运营商和设备提供商的建立和强大的市场段。V波段被视为卫星通信中的新前沿。随着我们在卫星行业中看到的持续创新，在V波段采用到期时间的持续时间可能比任何人所期望的更快。预计GaN也会在这个更高的频率市场中发挥作用。

Qorvo GaN技术正在迅速发展，以解决Satcom市场。连续的GaN世代提供了越来越多的线性电源输出，提高了效率，使设备制造商能够使用GaN PAS，以便更多的高功率应用程序传统上需要TWTA。每个GAN PA的不断增长的功率能力也意味着设备制造商可以构建具有较少GAN设备的放大器，从而导致较低的解决方案来提供所需的电源。更强大的设备有助于使系统更小，更简单地构建，更可靠。

Qorvo为Satcom地面的应用和卫星提供了广泛的GaN设备。最近添加到我们的投资组合的一些新开发的产品如下所示。

零件号	特征	P.sat	PAE.	小信号增益
QPA2212D	27-31 GHz	> 43.4 dbm.	> 25％	22 DB.
QPA2211D	27-31 GHz	> 41.5 dbm.	> 34％	26 DB.
QPA2210D	27-31 GHz	> 38.4 dbm.	> 32％	25 dB.