對數據不斷增長的需求正在推動衛星通信（衛星通信）的強勁增長，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，它為互聯網接入和5G等應用提供了更多分配的頻譜。

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

這篇文章提供了對當前衛星通信趨勢和Ka波段功率放大方法的見解。

衛星通信在全球通信中的角色變化

衛星通信設備在世界各地人們的日常生活中發揮著至關重要的作用。它支持電信、天氣監測、航空通信、海上和軍事用途以及導航方面的各種應用。商業航空中的衛星通信滿足了始終與機上連接服務連接的需求。

根據Strategy Analytics的數據，消費者數據流量，5G，大數據和人工智能的爆炸性增長將進一步推動衛星系統和服務的全球擴張，該市場預測市場將以每年5.4%的速度增長，到93年將達到6億美元以上。

這種增長正在推動整個衛星通信領域的變化，一些公司計劃建造龐大的高通量衛星星座來支持需求。

Ka-Band在衛星通信中的領導作用

為了應對不斷增長的需求，衛星通信行業已轉向更高頻段，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，特別是對于上行鏈路（地球到衛星）連接。

下表描述了衛星通信行業中使用的頻段。在Ka-Band中，許多知名用戶包括Elon Musk的SpaceX和亞馬遜的Project Kuiper等初創公司。這兩個組織計劃發射數千顆小型衛星，為全球消費者和企業提供高速互聯網接入，包括覆蓋其他寬帶服務無法覆蓋的偏遠和服務不足的地區。此外，還有其他組織遵循類似的途徑來利用衛星通信市場開辟的新收入來源。

由于Ka-Band支持許多收入來源，如固定和移動設備，包括衛星網關，機載和海洋系統以及便攜式衛星通信人員包，因此它是可以利用的關鍵頻段。

Ka波段上行鏈路功率放大挑戰

Ka波段傳輸帶來了射頻功率放大挑戰：衛星通信設備必須能夠在寬帶寬上以高功率傳輸，同時保持高線性度。此外，調制方案正在增加，以實現每秒更多的傳輸數據位。傳統上，QPSK調制滿足了數據吞吐量與信號噪聲的權衡。然而，最近在16至64正交幅度調制（QAM）中對更高調制方案的推動推動了對更高性能線性放大的需求。

傳統上，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產生高功率，因此一直是衛星通信應用中功率放大的支柱。

氮化鎵半導體的進步正在改變這一趨勢。這部分是由于RF性能的改進，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，以實現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的典型衛星通信RF配置。

LEO和相控陣

GaN PA還與衛星通信架構的重大變化非常匹配：從單天線到多天線相控陣的轉變。這種變化正在衛星和地面終端內發生。

一些最雄心勃勃的新應用在低地球軌道（LEO）中使用數千顆衛星 - 距離地球表面100-500英里 - 比大多數傳統衛星更接近地球。見下圖。LEO 的一大優勢是延遲較低——往返大約 20 毫秒——這對于互聯網接入等應用至關重要。

LEO衛星繞地球運行的速度比高軌道衛星快得多 - 從地平線到地平線僅需15分鐘。為了與這些衛星保持持續的通信聯系，地面設備必須在它們在天空中放大時跟蹤它們。

這帶來了新的挑戰。傳統上，基于地球的衛星通信設備使用機械操縱天線來跟蹤衛星。但這種方法對LEO衛星來說并不實用，因為系統每15分鐘必須從地平線掃到地平線，可能會磨損;支持非常大的LEO星座所需的設備的維護和保養可能會破壞銀行。

電控相控陣避免了這個問題，因為它們消除了跟蹤衛星的機械運動的需要。相反，這些相控陣系統有許多小天線，可以通過調整陣列內各個天線的相位來連續改變信號的方向。

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

設計未來：更高的線性功率、更高的頻率和更大的帶寬

展望未來，衛星通信架構正處于變革狀態。在更寬的帶寬上更高的線性功率是Ku/K/Ka波段的當前軌跡。系統運營商的頻率甚至更高，達到V波段（40-75 GHz），其帶寬甚至大于Ka波段。由于Ka-Band曾經是衛星通信的前沿，它現在是一個成熟而強大的細分市場，擁有許多運營商和設備供應商。V波段被視為衛星通信的新前沿。隨著我們在整個衛星行業看到的持續創新，V波段從采用到成熟的持續時間可能比任何人預期的都要快。預計GaN也將在這個更高頻率的市場中發揮作用。

Qorvo GaN 技術正在迅速發展，以應對衛星通信市場的需求。連續幾代氮化鎵提供不斷增加的線性功率輸出，提高效率，使設備制造商能夠將氮化鎵PA用于傳統上需要TWTA的更高功率應用。每個GaN PA不斷增長的功率能力也意味著設備制造商可以用更少的GaN器件構建放大器，從而提供低成本的解決方案來提供所需的功率。功能更強大的設備有助于使系統更小、更易于構建且更可靠。

審核編輯：郭婷