在最近對 17.7-21.2 GHz 的 Ka Satcom Rx 頻段中的新型 1.5dB 噪聲系數低噪聲放大器 IC 進行的實驗室測試中，我們成功地實現了 1.6dB 的整體級聯噪聲系數，而當今最先進的和功耗僅為 31 mW/ch。這一行業記錄為用于具有兩個同步波束的電子控制相控陣天線 （ESA） 中的有源波束成形 IC 建立了新的性能基準，與不太靈活、重量更大的單波束機械控制天線相比，大大提高了 ESA 的價值主張。

這些工程原型的測試結果被用于鞏固下一代產品的生產性能目標，這些產品將與廣泛設計的瑞薩 F692x、F612x 和 F62x2 系列 Ka 波段衛星通信接收 IC 引腳兼容（如圖所示） 1 ）。憑借完整的接口和引腳兼容性，現有客戶將能夠升級他們的天線產品，從而以最少的重新設計工作和更快的上市時間實現顯著改善的噪聲和功率性能。

圖 1 – F612x 和 F692x 產品系列的分立波束成形和 LNA IC（左），具有異構集成波束成形和 LNA 裸片的 F62x2 Ka Satcom 多芯片模塊（中），所有三款 IC 都以 25 美分的價格進行尺寸比較（右） ）。

對系統性能的影響

在衛星通信中，實現所需的吞吐量和容量完全取決于天線及其電子設備。在衛星的 EIRP 固定的情況下，下行鏈路預算由地面終端天線的 G/T（天線增益與噪聲溫度比）控制。這一重要的品質因數直接影響所有應用中通信鏈路可實現的頻譜效率，包括飛行中連接 （IFC）、住宅/企業寬帶互聯網、海事和移動衛星通信 （SOTM）。

更高的 G/T 可以通過增加 ESA 輻射元件的數量來實現，以實現更高的天線增益 （G）。然而，這是以更大的尺寸、重量和功耗為代價的。提高 G/T 的另一種方法是降低 LNA 的噪聲系數，從而降低天線噪聲溫度 （T）。圖 2顯示了企業級 58 cm / 4，000 單元 ESA 天線的 G/T 和 LNA NF 之間的關系。LNA NF 對 G/T 影響的放大系數約為 2.5:1，導致我們新展示的 LNA 設計的 G/T 顯著提高了 +1dB （22%）。

圖 2 – 與行業最先進的技術相比，新 LNA 設計的 G/T 提高了 25%

對于 G/T 已經足夠高的應用，改進的 LNA NF 可以將 ESA 的尺寸和功耗降低 20%，如圖 3和圖 4 所示。這種降低是可能的，因為對于恒定的 G/T，LNA 噪聲系數每提高 10dB，元件數量和功耗就會降低約 5%。這反過來又減少了 PCB 尺寸、BOM 數量和熱管理復雜性，從而降低了整體系統解決方案的成本。

圖 3 – 與當前最先進的設計相比，新 LNA 設計所需的元件減少了 20%

圖 4 – 采用新 LNA 設計的相同 G/T 功耗降低 20%

注意：圖 2、3 和 4 中給出的計算關系假設圓形天線孔徑具有三角形陣列點陣，其大小可在 Fmax、頻帶中心工作頻率和固定極化條件下以 90 度無柵瓣運行。

總之，LNA 是 ESA 平板天線中最關鍵和影響最大的組件。利用瑞薩電子獨特的異構偽芯片 IC 架構以及單獨的 LNA 和波束成形芯片，我們能夠快速發展完整的Rx波束成形解決方案，以滿足對經濟實惠的相控陣天線日益增長的商業需求，同時還為新穎多樣的天線架構提供設計靈活性。

審核編輯：郭婷