 浙江省微波毫米波射频产业联盟 简介 卫星互联网是基于卫星通信的互联网技术，通过在低轨道部署一定数量的卫星形成规模组网，为一定区域范围内提供宽带互联网接入等通信服务。低轨卫星由于轨道低，具备传输延时小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、制造成本低等优点，且可通过增加卫星数量提高系统容量，因而非常适合应用于卫星互联网。 相控阵天线具有体积小、质量轻、损耗少等特点，且可以同时满足多点波束、敏捷波束、波束重构和宽角扫描等需求，其灵活的波束指向特性可以避免传统的卫星抛物面天线转动给卫星姿态控制系统带来的干扰，这一系列优势使得相控阵天线成为卫星天线技术的重要发展方向之一。目前，世界主要国家都在大力发展相控阵天线技术，并已应用于卫星互联网星座，如SpaceX的Starlink卫星。 浙江省微波毫米波射频产业联盟旗下的浙江铖昌科技股份有限公司针对星载卫星互联网相控阵天线应用开发了射频前端套片产品，包括K波段高线性功率放大器（芯片型号G1720）、Ka波段高性能低噪声放大器（芯片型号G2809）、K/Ka波段多波束模拟波束赋形芯片（K波段芯片型号S4709/Ka波段芯片型号S4813）。其中，K波段高线性功率放大器饱和输出功率大于23dBm，功率附加效率大于45%，三阶交调IMD3达到22dBc的线性输出功率大于19dBm，线性效率大于30%。Ka波段高性能低噪声放大器带内增益大于30dB，噪声系数小于1.8dB，功耗低于50mW。K/Ka波段多波束模拟赋形芯片采用四入四出架构，包含十六个移相衰减通道，可以同时支持四个波束，芯片尺寸小于6.5mm 5.5mm，单通道功耗分别低于15mW（发射）和17mW（接收）。 该套片为目前国内性能指标最高的卫星互联网低轨通信相控阵芯片产品，且国内主流科研院所和企业均采用该套片研制了卫星互联网相控阵天线载荷，目前已累计出货数万通道。本公司致力于从元器件层面助力我国卫星互联网事业的快速、高效发展，为相关企事业单位提供先进、完整的套片解决方案。  图1 K/Ka波段多波束模拟波束赋形芯片 ✦ ✦  收发套片架构  图2 K波段发射套片框图 K波段发射套片和Ka波段接收套片的架构框图分别如图2和图3所示。其中发射模拟波束赋形芯片每个通道集成了6位移相器（步进5.625°）和4位衰减器（0.5dB/1dB/2dB/4dB），接收模拟波束赋形芯片每个通道集成了6位移相器（步进5.625°）和6位衰减器（0.5dB/1dB/2dB/4dB/8dB/8dB）。  图3 Ka波段接收套片框图 套片电源品种见下表，除功放芯片采用+5V和-5V供电外，其余芯片均采用+3.3V单电源供电，并且在发射和接收波束赋形芯片内部还分别集成了四路+3.3V功放芯片调制信号输出和四路低噪放电源输出，方便组件进行供电设计。  ✦ ✦ 波束赋形芯片控制协议 模拟波束赋形芯片所使用控制协议采用一级缓存结构，并根据不同应用场合的需求，可将串行数据配置在 16×13（reg_shift1，Mode=0） 16×19（reg_shift2，Mode=1） 两种模式下，芯片上电后默认工作在Mode=0的状态。 1. 对于reg_shift1（Mode=0），每个通道输入13位串行数据，其中包含6位移相控制位、6位衰减控制位、1位通道使能控制位。DOUT为串行数据输出端口，将DATA端输入的数据依次串行输出； 2. 对于reg_shift2（Mode=1），每个通道输入19位串行数据，其中包含12位移相控制位、6位衰减控制位、1位通道使能控制位。DOUT为串行数据输出端口，将DATA端输入的数据依次串行输出； 数字逻辑电路原理图如图4所示。  图4 数字逻辑电路原理图 逻辑接口定义见下表。  ✦ 串行接口时序 串行接口时序如图5所示。  图5 串行接口时序图 DATA为串行数据输入，数据在CLK下降沿时输入移位，DOUT为移位寄存器串行输出端。SEL为片选信号，默认为低电平，串行输入数据有效，高电平时不接收输入信号。 DARY信号为二级数据锁存信号，上升沿进行锁存。 套片性能指标 高线性功率放大器G1720性能指标汇总见下表: 高线性功率放大器G1720典型测试曲线 饱和输出功率 饱和附加效率 Pout vs. Pin @ 19GHz IMD3 vs. Pout @ 19GHz ✦ 低噪声放大器G2809的典型测试曲线 驻波 增益 噪声系数 P1dB输出功率 ✦ 多波束模拟波束赋形芯片 S4709、S4813的典型测试曲线 S4709增益 S4709移相误差RMS S4709衰减误差RMS S4813增益 S4813移相误差RMS S4813衰减误差RMS ✦ |
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