十年開啟萬億級市場，以核心射頻技術共赴衛星通信的星辰大海
2024-10-29 10:11 Qorvo半導體
隨著中國低軌衛星互聯網星座項目“千帆星座”成功首發，全球將見證一個由數萬顆衛星組成的龐大網絡的建設，這將為全球用戶提供可靠的高速互聯網連接服務。中國將作為全球通信網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展，全球航天產業的競爭格局將進一步優化，推動整個行業實現更高水平的創新與發展。
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），為互聯網接入和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。
隨著衛星通信技術的持續演進與廣泛應用，其所帶動的半導體市場需求呈現出顯著的增長態勢，尤其在射頻前端（RF Front-end）組件的研發與生產方面，成為市場增量的主要承載領域，包括上行鏈路的功率挑戰與功放技術革新、下行鏈路的靈敏度需求與射頻前端優化，以及天線設計的復雜化與共用難題。
在衛星通信系統中，端側設備（如地面終端、移動設備）向衛星發送信號的上行鏈路，其發射功率需求遠超傳統的蜂窩通信系統。這是因為衛星通信鏈路距離長，路徑損耗顯著增加，且受大氣衰減、雨衰等因素影響，需要更高的發射功率以確保信號抵達衛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，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功率控制能力，能夠在不同環境條件和通信需求下靈活調整輸出功率，同時兼顧節能與性能需求。
衛星通信的下行鏈路，即衛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下提供足夠的增益，以最大限度地提升接收到的微弱衛星信號強度，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維持優異的噪聲性能。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新，也對衛星通信系統的天線設計提出了新的挑戰。特別是當需要在同一設備上集成不同波段（如C、Ku、Ka等）的衛星通信天線，甚至與其他無線通信系統（如Wi-Fi、蜂窩網絡）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星通信，
Qorvo的產品陣列再擴增
作為全球航空航天產業中射頻核心技術與解決方案的領軍企業，Qorvo深度涉足衛星通信領域，構筑起跨越L波段至Ka波段的全方位射頻產品矩陣，產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標桿，為衛星通信技術創新提供了堅實支撐。
事實上，Qorvo一直在衛星通信和太空探索中發揮著重要作用：為好奇號火星探測器著陸系統（2011 年發射）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 年發射）能夠繪制土星及其光環和衛星的地圖。
借助Qrovo提供的硅基衛星通信IC，可以實現高性能、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而設計的商用CMOS硅基工藝，確保性能和成本實現理想平衡，讓衛星通信的平板有源電子掃描天線的商業化成為現實。
空天一體通信時代開啟，
商業衛星市場即將走向星辰大海
年初的全國兩會期間，以“商業航天”為代表的新興科技產業備受關注，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星“G60 星鏈”，擬布局1.2萬顆衛星組成的組網……這些都為以衛星通信為主的商業航天市場按下了“加速鍵”。
衛星非常適合在5G網絡中提供額外的回程支持，增強關鍵環節的冗余度，并為偏遠和農村地區提供更廣泛的網絡覆蓋。3GPP標準機構將非地面網絡（包括高空平臺系統、無人機、NGSO和GEO衛星）視為5G技術發展的重要方向。我們將在未來看到一個統一的網絡基礎設施，整合地面5G網絡和多軌道衛星群，大幅提升通信網絡的接入規模和范圍。
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星系統。今年，在航天、衛星通信及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在衛星通信領域的產品與技術實力，Anokiwave創新的有源天線IC產品組合，結合Qorvo在產品互補性、全球影響力和市場占有率方面的優勢，為實現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。
隨著物聯網和邊緣智能爆發增長，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衛星星座的協助，移動網絡本身無法實現全球覆蓋。最近幾年來，衛星發射數量屢創新高，基于衛星的應用日益增多，商業衛星運營前景一片光明。這些投資也同步推動了數量空前的用戶終端，空天一體大趨勢下商業衛星和終端通信市場即將迎來持久的爆發增勢。
