十年開啟萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)，以核心射頻技術(shù)共赴衛(wèi)星通信的星辰大海
2024-10-29 10:11 Qorvo半導(dǎo)體
隨著中國(guó)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座項(xiàng)目“千帆星座”成功首發(fā)，全球?qū)⒁娮C一個(gè)由數(shù)萬(wàn)顆衛(wèi)星組成的龐大網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這將為全球用戶提供可靠的高速互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)。中國(guó)將作為全球通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參與者之一，與其他國(guó)家共同推動(dòng)全球航天技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，全球航天產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局將進(jìn)一步優(yōu)化，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)實(shí)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(shù)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(yīng)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(duì)高線性功率的需求，在Ka等更高波段工作給射頻信號(hào)鏈電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)與廣泛應(yīng)用，其所帶動(dòng)的半導(dǎo)體市場(chǎng)需求呈現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，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(chǎng)增量的主要承載領(lǐng)域，包括上行鏈路的功率挑戰(zhàn)與功放技術(shù)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(shè)計(jì)的復(fù)雜化與共用難題。
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，端側(cè)設(shè)備（如地面終端、移動(dòng)設(shè)備）向衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)的上行鏈路，其發(fā)射功率需求遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)。這是因?yàn)樾l(wèi)星通信鏈路距離長(zhǎng)，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(hào)抵達(dá)衛(wèi)星時(shí)仍具有足夠的強(qiáng)度，保證通信質(zhì)量。這一要求對(duì)功率放大器（PA）的設(shè)計(jì)與制造提出了全新的挑戰(zhàn)，這意味著半導(dǎo)體廠商需要采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，如氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）等寬帶隙材料，以實(shí)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(dòng)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(shí)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(hào)的過(guò)程，由于同樣受到長(zhǎng)距離傳輸導(dǎo)致的鏈路損耗以及多徑效應(yīng)、多普勒頻移等問題的影響，對(duì)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(guān)鍵組件，如低噪聲放大器（LNA）和射頻開關(guān)，必須進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)與改進(jìn)。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(hào)強(qiáng)度，同時(shí)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(dǎo)體材料和先進(jìn)封裝技術(shù)，以及精細(xì)的電路設(shè)計(jì)，確保在寬工作帶寬內(nèi)維持優(yōu)異的噪聲性能。射頻開關(guān)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(chǎng)景中準(zhǔn)確切換接收通道，防止信號(hào)串?dāng)_。
發(fā)射功率和信噪比的嚴(yán)苛要求不僅推動(dòng)了射頻前端組件的技術(shù)創(chuàng)新，也對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。特別是當(dāng)需要在同一設(shè)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(wú)線通信系統(tǒng)（如Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)）共享同一物理天線時(shí)，設(shè)計(jì)難度顯著增加。
以關(guān)鍵射頻技術(shù)賦能衛(wèi)星通信，
Qorvo的產(chǎn)品陣列再擴(kuò)增
作為全球航空航天產(chǎn)業(yè)中射頻核心技術(shù)與解決方案的領(lǐng)軍企業(yè)，Qorvo深度涉足衛(wèi)星通信領(lǐng)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(dú)立式射頻開關(guān)、精密濾波器、數(shù)字式步進(jìn)衰減器、混頻器、倍頻器、移相器等一系列關(guān)鍵組件，憑借卓越的可靠性樹立行業(yè)標(biāo)桿，為衛(wèi)星通信技術(shù)創(chuàng)新提供了堅(jiān)實(shí)支撐。
事實(shí)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(hào)火星探測(cè)器著陸系統(tǒng)（2011 年發(fā)射）提供雷達(dá)組件；2015年新視野號(hào)深空探測(cè)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(hào)太空探測(cè)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(shí)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(shí)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(gè)IC都支持4個(gè)雙極化輻射元件，具有充分的極化靈活性。每個(gè)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(shè)計(jì)的商用CMOS硅基工藝，確保性能和成本實(shí)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(shí)。
空天一體通信時(shí)代開啟，
商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)即將走向星辰大海
年初的全國(guó)兩會(huì)期間，以“商業(yè)航天”為代表的新興科技產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注，并首次寫入《政府工作報(bào)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(wàn)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(chǎng)按下了“加速鍵”。
衛(wèi)星非常適合在5G網(wǎng)絡(luò)中提供額外的回程支持，增強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的冗余度，并為偏遠(yuǎn)和農(nóng)村地區(qū)提供更廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。3GPP標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)將非地面網(wǎng)絡(luò)（包括高空平臺(tái)系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)、NGSO和GEO衛(wèi)星）視為5G技術(shù)發(fā)展的重要方向。我們將在未來(lái)看到一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，整合地面5G網(wǎng)絡(luò)和多軌道衛(wèi)星群，大幅提升通信網(wǎng)絡(luò)的接入規(guī)模和范圍。
這些趨勢(shì)需要利用毫米波平板AESA（有源電子掃描陣列）來(lái)同時(shí)支持地面和衛(wèi)星系統(tǒng)。今年，在航天、衛(wèi)星通信及5G應(yīng)用的智能有源陣列天線技術(shù)領(lǐng)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(jìn)一步增強(qiáng)Qorvo在衛(wèi)星通信領(lǐng)域的產(chǎn)品與技術(shù)實(shí)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(bǔ)性、全球影響力和市場(chǎng)占有率方面的優(yōu)勢(shì)，為實(shí)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(shù)普及開來(lái)。
隨著物聯(lián)網(wǎng)和邊緣智能爆發(fā)增長(zhǎng)，全球連接的需求從未如此迫切，如果沒有對(duì)廣泛海洋和偏遠(yuǎn)地區(qū)衛(wèi)星星座的協(xié)助，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。最近幾年來(lái)，衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量屢創(chuàng)新高，基于衛(wèi)星的應(yīng)用日益增多，商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)前景一片光明。這些投資也同步推動(dòng)了數(shù)量空前的用戶終端，空天一體大趨勢(shì)下商業(yè)衛(wèi)星和終端通信市場(chǎng)即將迎來(lái)持久的爆發(fā)增勢(shì)。
