开发用于毫米波卫星通信的GaN晶体管和高功率放大器

通信卫星和飞行天线平台有助于全球第五代和第六代移动网络(5G、6G)的全面和弹性运行。然而，由于必须为此重新分配大部分毫米波(mmW)频谱，因此卫星通信需要Ka(27-31GHz)、Q(37.5-42.5GHz)和W波段(71-76GHz)更强大的射频技术。

这些频段为移动卫星互联网(SatComontheMove，SOTM)以及馈线链路和卫星间链路(ISL)提供了更高的功率效率。为了开发必要的技术，Magellan项目(用于GEO和LEO有源天线应用的高效毫米波GaN晶体管高功率放大器)于2024年启动。

在麦哲伦，弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)代表欧洲航天局(ESA)开发基于宽带隙复合半导体氮化镓(GaN)的高电子迁移率晶体管(HEMT)和放大器电路，用于高效卫星通信。

这些卫星计划在低地球轨道(LEO，距地球表面200-2,000公里)和地球静止轨道(GEO，距赤道35,786公里)运行。Magellan的其他项目合作伙伴包括UnitedMonolithicSemiconductorsGmbH和TESAT-SpacecomGmbH&Co.KG。该项目将从2024年持续到2027年。

“我们希望开发一种GaN技术，实现比当前最先进的技术更高的效率。为了实现这一目标，晶体管的栅极长度必须减小到小于100纳米的尺寸，”弗劳恩霍夫IAF麦哲伦项目协调员PhilippDöring博士总结道。

然而，非常小的结构尺寸会引起破坏性的短沟道效应，从而对组件的可靠性和性能产生负面影响。

因此，研究团队正致力于开发截止频率超过140GHz的新技术节点。利用即将开发的GaN07技术，研究人员可以避免大部分短沟道效应，同时仍能满足项目对组件的要求。

第二个总体项目目标是利用新开发的GaNHEMT实现用于Ka、Q和W波段固态功率放大器(SSPA)的单片微波集成电路(MMIC)。

SSPA的特点是紧凑、坚固和低成本。使用GaN07HEMT制造的SSPA还应比目前可用的硬件更高效、更线性、更耐宇宙辐射。这种整体封装使GaN07SSPA非常适合太空应用。

从技术开发到产业化

弗劳恩霍夫IAF负责协调Magellan项目。该研究所还利用其广泛的研究基础设施来开发新的GaN07技术，实现基于该技术的HEMT和MMIC，并对所生产的硬件进行特性描述和评估。

合作伙伴TESAT和UMS为MMIC在卫星通信中的应用以及组件的商业化贡献了专业知识。目标是实现从半导体开发到太空应用的欧洲价值链。

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