小型卫星星座的新型发射机设计改进了信号传输

如今，小型卫星星座有许多新兴应用，从星载网络到环境监测。然而，小型卫星在发射器 (TX) 技术方面有特殊需求。其一，它们对功耗有严格的限制，因为它们从太阳能电池板获取能量并且不能轻易散发产生的热量。此外，小型卫星需要与一千多公里以外的快速移动目标进行通信。因此，它们需要高效和精确的波束控制能力，以将大部分发射功率导向接收器。

除此之外，小型卫星 TX 必须根据情况生成不同类型的圆极化 (CP) 信号。简而言之，他们需要忠实地生成左手和右手 CP 信号，以避免干扰另一个具有相反手性的传输信号。此外，它们有时需要生成双 CP 信号以建立高速数据链路。

事实证明，同时满足所有这些要求具有挑战性，尤其是当 TX 旨在进行高速通信时。幸运的是，由东京工业大学(Tokyo Tech)副教授 Atsushi Shirane 领导的日本研究团队一直在研究令人信服的解决方案。他们将在2023 年 IEEE 国际固态电路会议上发表的最新论文描述了一种解决上述所有问题的创新 TX 设计，为更好的基于小型卫星的通信铺平了道路。

拟议的 TX 在用于下一代高速卫星通信的 Ka 频段内工作，工作频率为 25.5 GHz 至 27 GHz。其波束控制能力由 256 元素有源相控阵配置控制。简而言之，TX 驱动 256 个微型天线，它们都发射相同的信号，但它们之间的相位延迟经过仔细计算。这可以通过利用信号之间的建设性和破坏性干扰来精确控制输出光束功率。

要传输到每个天线的信号最初作为两个独立的线性分量出现，因此建议的 TX 集成电路 (IC) 将这两个信号转换为具有所需相位延迟的 CP 信号。由于每个 TX IC 都具有输入信号的集中式和分布式路径，因此可以校准信号相位和幅度，以独立于波束控制校准，极大地提高左手和右手 CP 信号之间的清晰度。

然而，这种 TX 设计最重要的特点是使用有源混合耦合器来选择 CP 传输模式。左、右和双 CP 信号的生成涉及 IC 上的各种元件，包括放大器和移相器。有源混合耦合器可以实时“改变”IC 的布局，关闭所需传输模式中不需要的组件，从而节省过程中的功率。

该团队测试了所提议的 TX 的各种性能指标，结果令人鼓舞。“我们的 TX 实现了 63.8 dBm 的等效全向辐射功率，功耗为 26.6 W，与具有相同等效功率水平的最先进 TX 相比，降低了 62%，”Shirane 强调说。

最重要的是，这款小型 TX 可以使用标准制造技术进行开发。“拟议的相控阵芯片采用 65 nm 体 CMOS 工艺制造，采用晶圆级芯片级封装，芯片尺寸仅为 4.4 mm × 2.5 mm，”他评论道。

运气好的话，这项研究将帮助我们更快地收获小型卫星通信的好处!