GaN/GaAs的一小步,太空网络的一大步!

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目前在地球上的许多地方,我们已经能够流畅使用无线网络。但是当我们向从未有人到过的星球发送信号时,又会发生什么呢?
 
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太空网络是地球上的基站与无人太空探测器、行星探测车、轨道卫星或载人航天飞船之间的双向通信。这些无线电信号传回消息、图像和科学发现。有朝一日它们会用于地球聚居地与月球或火星之间的通信。当然,这不只是“打电话”到火星这么简单,外太空网络与我们在地球上的体验大不相同。信号以光速传播,这意味着无线电信号可能需要 20 分钟或更长的时间才能到达火星探测车,这就如同回到拨号式联网。
 
除了极其缓慢的通信之外,太空网络还面临可靠性的挑战。如果太空探测器在冥王星附近发生故障,科学家无法准确地命令其返回实验室;或是当火星探测车在火星表面停止不动时,也无法打开后备箱并取出备用件。
 
因此,太空通信系统中的所有组件必须能够承受高辐射水平、剧烈温度波动,并具有长使用寿命。Space.com 的报告称:“即使是在最短的地球-火星往返行程中,宇航员接收到的辐射剂量也将近有 66 雷姆。这个量相当于每五六天接受一次全身 CT 扫描。”
 
温度也会影响可靠性。在地球大气层外,阳光照射下的物体温度可达 248 华氏度,而阴影下的物体温度可达零下 148 华氏度。根据 NASA 数据,火星上的温度变化范围在 -284 至 86 华氏度之间。
 
对于火星探测车等系统来说,功效是另一个挑战。在将数据或图像传回地球之前,探测车能多有效地充分利用电源?
GaN(和 GaAs)的一小步,太空网络的一大步
 
深太空的严苛环境是砷化镓(GaAs) 和氮化镓 (GaN) 理想的用武之地。对太空探索以及最重要的回传地球的通信所固有的挑战性条件来说,这两种化合物半导体技术必不可少。
 
GaAs 是一种化合物半导体,几十年来一直是太空应用领域的实际标准。GaAs 放大器和开关稳固可靠,并且已经用于包括通信和导航卫星在内的多个太空平台上。然而,新兴标准是 GaN。GaN 解决方案可在更高温度下可靠运行,寿命比传统技术长 100 倍。GaN 还能在更小的封装内提供更高的输出功率和数据吞吐量,能耗降低高达 20%。
 
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成百上千种基于 GaAs 和 GaN 的网络解决方案已经在太空应用中推出。这些解决方案包括用于支持关键项目的轨道卫星,如用于宽带数据、电信和 GPS 的 Boeing Spaceway。
 
NASA 也一直依靠网络技术来传送其发现。1997 年 NASA、欧洲航天局和意大利航天局在一项合作任务中向土星发射了卡西尼-惠更斯号太空飞船。卡西尼-惠更斯号探测器包含关键设备,旨在使其在土星卫星泰坦表面执行任务期间,与太空飞船进行通信。Qorvo 的砷化镓 (GaAs) 技术是将研究结果发回地球的关键所在。
 
几年之后,火星成为 NASA 勇气号和机遇号两部探测车的目的地,它们也配备了 GaAs 放大器。这两部探测车于 2004 年抵达火星,凭借卓越设计与星际装置的结合,勇气号持续运行并与地球保持通信直至 2010 年。它的姐妹探测车机遇号至今仍在运行,并向全球科学家发送数据。
 
随后,NASA 于 2006 年向冥王星发射新地平线号太空飞船。通信系统组件帮助新地平线号持续运行九年,并将首批冥王星高分辨率图像传回地球。新地平线号是第一艘访问柯伊伯带的太空飞船,这是一个距离海王星至少超过 10 亿英里的大区域,包含小型绕行冰体。
 
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2012 年,火星科学实验室 (MSL) 的天空起重机着陆雷达和好奇号探测车也搭载了类似的组件。在著名的恐怖七分钟航程中,网络对好奇号安全着陆火星表面是必不可少的。
 
对于科幻爱好者们来说,我们也在监控无线电波以寻找智能生命,搜寻外星人最好的方法就是用 RF!太空要求外星网络的可靠性和效率提升到全新的“超尘世”水平,借助合适的 RF 技术,飞向宇宙,浩瀚无垠!
 
Qorvo 在太空

冥王星新地平线号:Qorvo 帮助将图像从冥王星发送回地球
通过 Qorvo 实现太空通信:土星卡西尼-惠更斯号、火星勇气号与机遇号
Qorvo 技术帮助好奇号探测车着陆火星
Qorvo 已在轨运行二十年(并将继续运行)

 

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未来几年会出现哪些GaN 创新技术?

现在GaN很火 ,人们似乎忘记了GaN 依然是一项相对较新的技术,仍处于发展初期,还有较 大的改进潜力和完善空间。本文将介绍多项即将出现的 GaN 创新技术,并预测未来几年这 些创新技术对基站设计和发展的影响。

为什么说 GaN 是 5G 的超级“动力”

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GaN射频技术发展趋势

以5G为代表的Sub 6G通信射频系统非常复杂,尤其是那些需要使用高载波频率和宽频带的新技术,包括载波聚合、Massive MIMO等。为此,很多半导体公司在技术上全面开花希望利用先进的半导体工艺技术应对甚至引领新一代的通信技术需求。以ADI为例,该公司全面拥有GaN、GaAs和SiGe以及28纳米CMOS等完整工艺,努力打造更具高集成度、低功耗和低成本的整合系统解决方案。 然而,在下一步的5G系统部署以及高端测试应用和卫星及航天应用中,无疑以高带宽和大功率为优势的GaN是其中的佼佼者,正在进入许多应用

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GaN:实现 5G 的关键技术

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