連接需求無處不在，衛星通信行業也隨之迅速擴張。許多公司紛紛開發先進的系統，并部署在地球同步軌道(GEO)、低地球軌道(LEO)和中地球軌道(MEO)中。這一發展將滿足不同的連接需求，也必將大幅改變全球通信現狀。

不斷發展的衛星市場

地球同步軌道(GEO)系統

無處不在的連接需求持續攀升，衛星通信行業即將迎來爆炸式增長，多個大容量衛星系統已在軌運行或計劃在不遠的未來進入軌道運行。在軌的地球同步軌道系統有ViaSat-1和ViaSat-2，容量分別為140GBPS和300GBPS。ViaSat-3衛星也已于近期公布，將提供1TBPS的數據容量，這顆衛星的數據容量將超過全球其他GEO衛星的容量總和。其他的GEO衛星包括Jupiter-1/Echostar-17和Jupiter-2/Echostar-19，容量分別為100GBPS和220GBPS，而2023年7月發射的Jupiter-3/Echostar-27的容量為500GBPS。

低地球軌道(LEO)系統

除了GEO衛星，其他衛星也為航空行業貢獻了巨大容量。目前，Telesat、OneWeb、SpaceX、Iridium和LeoSat等多個低地球軌道衛星系統已進入設計階段。這些系統組成的星座將環繞著地球，同時能夠覆蓋地球上以前未接收過衛星服務的地區。這些星座的規模從數百顆到數千顆衛星不等，總容量將十分可觀。最近，SpaceX/Starlink獲得美國聯邦通信委員會(FCC)批準，除了已獲批的4,000顆衛星，還將發射另外7,000顆互聯網傳輸衛星。這將使他們的星座總數達到12,000顆衛星。除這些低地球軌道衛星外，OneWeb星座計劃再增加約600顆衛星。Telesat將運行292顆LEO衛星，并有可能增加至512顆LEO衛星。其他公司的規劃類似，也將發射更多衛星。這些LEO衛星系統將為個人用戶提供全球互聯網寬帶服務。這些衛星運營公司計劃為數百萬目前無法接入寬帶的潛在偏遠用戶提供寬帶接入服務。

中地球軌道(MEO)系統

在中地球軌道系統，人們可以看到O3b(O3b mPOWER是SES所有并負責運行的通信衛星系統)正在擴大其緯度50度赤道軌道衛星群，從16顆增加至42顆，新衛星將部署在傾斜軌道上，為南北兩極提供服務。最新發射的7顆衛星將單獨提供10TBPS的總數據容量。

LEO、MEO和GEO系統的優缺點

這三種不同的軌道衛星系統將全面覆蓋我們的日常需求。每個軌道系統各有優缺點，同時又作為一個整體工作。地球同步軌道弧線距離地球最遠，位于赤道正上方約35,800公里處，位置相對于地球固定，只需少量衛星即可覆蓋較大地理區域，這是其優勢所在。然而，距離越遠，延遲時間越長，對于GEO而言，延遲時間約為600 到800毫秒。毋庸置疑，該技術非常適合用于電視、無線電、氣象通信和廣播服務。

相比之下，低地球軌道衛星的軌道與地球相距500公里至1,500公里。這些衛星的體積較小，制造和發射成本也較低，而生命周期較短，因此實現全球覆蓋需要許多這樣的衛星。由于距離地球較近，這些衛星的移動速度更快，因此需要更多的衛星才能覆蓋整個地球。LEO衛星常常在海洋上空運行，因此效率較低，但它們確實能為遠離海岸的船舶提供更好的通信覆蓋。相較于GEO系統，與LEO/MEO衛星的通信往往更為復雜，因為地面站需要跟蹤多顆衛星，并在多顆衛星之間切換。與GEO衛星相比，LEO衛星的另一大優勢是延遲。后者的延遲顯著縮短，介于30至50毫秒之間，因此更適用于游戲、視頻流傳輸、音頻和快速互聯網通信等應用。

MEO衛星的軌道位于地球上空約5,000至12,000公里，延遲為125 至250毫秒，因而非常適合用于全球定位系統(GPS)應用以及可以承受適度傳播延遲的服務。

如此巨大的容量將產生數量空前的用戶終端，其中大多數終端必須具備可轉向天線技術。衛星或衛星終端在運行時離不開可轉向天線。因此，LEO和MEO系統需借助可轉向天線來滿足固定用戶和移動用戶的需求。同樣，GEO系統需要可轉向天線來滿足移動用戶或自動指向應用的需求。對于后者，天線波束可自動指向GEO衛星，從而獲得非常高的吞吐量性能。

傳統上，在下行鏈路，全球大容量衛星常用頻段為10.7-12.75GHz或17.7-20.2GHz;而在上行鏈路，常用頻段為13.75-14.5GHz和 27.5-30.0GHz。若要充分利用正在部署的大量航天資源，衛星行業應如何大規模生產具有可轉向波束的高頻有源天線?高性能、小尺寸、僅需使用二維制造方法且尺寸可擴展的天線是關鍵，以便滿足各種用例需求，包括大型高吞吐量終端和較小低吞吐量終端。

電掃有源相控陣天線在衛星通信中的應用

相控陣天線可以解決許多類似挑戰。相控陣天線是一個由不同相位和振幅信息組成的輻射元件陣列，利用不同的相位和振幅上形成波束指向特定方向。因此，波束以電子方式掃描，無需移動部件。由于不需要笨重的機械萬向架，所以這類天線更小、更可靠，維護成本更低。

任何無線電系統要想獲得最高性能，功率放大器和低噪聲放大器都必須盡可能地靠近天線，以盡量減少前端饋電損耗。在相控陣天線中，需要為輻射元件提供發射端/接收端+波束控制功能。陣列中輻射元件(晶格)之間的距離通常為半個波長，因此相控陣天線電子器件的實際可用空間相當有限，特別是在波長非常短的較高頻率下。硅技術是少數能夠提供所需射頻、模擬和數字功能充分集成的單片技術。幸運的是，根據摩爾定律，硅已經發展到陣列中不再需要GaAs等III-V族半導體元件，這大大節省了成本并簡化了結構。

平面相控陣的典型結構使用多層印刷電路板(PCB)，其中PCB一側是用金屬印刷的天線元件，另一側則是硅控制電子器件。PCB的內層提供波束成形網絡、直流電壓和控制信號路由。借助這種結構，制造商可使用貼片機和紅外回流焊進行簡單的表面貼裝。要想獲得出色的性能，就要在匹配、損耗和功率方面優化整體布局。Qorvo的產品旨在以最低的電路板成本和復雜性實現優化布局。

平面相控陣天線的尺寸可擴展，可使用較大的天線以支持品質因素 (G/T)或有效全向輻射功率(EIRP)更高的應用，或者可使用較小的天線以支持G/T或EIRP較低的應用。無論天線陣列的尺寸如何，位于天線晶格內的硅基IC發生階躍，并在整個陣列中重復。

Qorvo IC助力實現下一代有源相控陣平板

Qorvo的第二代衛星通信IC專為本文所述的大批量、低成本相控陣終端設計。這些器件經過巧妙設計，可用于覆蓋全球衛星通信Ku、K和Ka頻段的FDD(頻分雙工)操作。該系列中的每一款IC都支持四個具有完整極化靈活性的雙極化輻射元件。每個信道可單獨控制相位和增益，以實現極大的靈活性。通過每個元件的增益控制，客戶還可以調整每個元件的增益，以達到所需的旁瓣電平。此外，每個發射端元件上提供帶有ADC(模數轉換器)的功率檢測器電路，用于估測發射輸出功率。這些IC采用1.2V單電源供電，提供高增益、低噪聲和出色的直流效率。其他功能包括溫度增益補償、溫度報告和陣列零點校準。所有這些功能集成在4.4x3.6mm的WLCSP小型封裝中，可輕松安裝到平面相控陣天線中。

Qorvo的零校準(ZERO-CAL)技術無需校準陣列，從而縮短客戶的測試時間，并降低復雜性和成本。這些IC還提供快速波束控制，以便在移動環境中實現快速角度跟蹤并在LEO/MEO衛星之間快速切換波束。溫度補償設計允許在-40攝氏度至+85攝氏度溫度范圍內實現恒定的增益性能。最后，該系列IC可向主機系統提供遙測數據，支持系統運營商進行主動維護，減少昂貴的出車維修成本。

Qorvo的衛星通信IC采用300mm CMOS硅片，兼具高性能與低成本，從而讓用于衛星通信的有源電子掃描天線真正實現商業化。

結論

Qorvo在各個5G毫米波、衛星通信和雷達頻段提供IC，從而確保為真正的低成本、高性能平板解決方案帶來更大規模經濟效應。憑借 Ku波段和K/Ka波段第二代衛星通信IC，Qorvo為LEO、MEO和 GEO衛星通信地面終端和移動衛星應用中的大規模商業部署樹立了高性能、低成本平板天線的標桿。