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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

導讀:十年前的2014年,那一年國務院及多個部委相繼出臺支持商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策,并明確鼓勵民營企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天。短短十年間,國內(nèi)已經(jīng)有超過20家充滿活力的民間火箭發(fā)射企業(yè),而它們的背后是一個衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模組網(wǎng)需求爆發(fā)的大時代,是一個超萬億的巨大市場。據(jù)艾媒咨詢預估,2024年商業(yè)航天市場規(guī)模約達2.34萬億元。這一龐大的市場規(guī)模不僅反映了中國市場的需求潛力,也突顯了中國在全球商業(yè)航天領域中的重要地位。

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?qū)⒁娮C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。

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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)。

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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(cè)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(zhì)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(diào)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(gòu)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。

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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(gòu)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。

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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(jié)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。