开发用于卫星通信中超低噪声数据传输的W波段接收模块

为了满足全球快速增长的数据消耗和不断增加的带宽需求，卫星通信正在转向更高的频率。W波段(75–110GHz)非常适合在太空中使用，但迄今为止一直缺乏技术组件。

出于这个原因，FraunhoferIAF启动了BEACON项目：与RPG-RadiometerPhysics的研究人员一起，一个新颖的W波段接收前端模块将作为ESAARTES计划的一部分实现。目标是开发一种噪声低于任何以前的W波段放大器模块的技术，从而能够通过空间传输极高的数据速率。

由于带宽有限，在具有极高数据吞吐量的卫星系统中满足对更高数据速率不断增长的需求变得越来越困难。使用更高的频率有助于满足这种日益增长的需求。W波段(75-110GHz)非常适合卫星通信应用：它不仅在高空和太空中使用时提供高数据吞吐量，而且还可能显着增加系统容量，减少网关地球站，从而降低整体系统成本。然而，迄今为止，一直缺乏适用于W波段频率范围应用的技术和硬件。

弗劳恩霍夫应用固态物理研究所IAF与RPGRadiometerPhysicsGmbH一起在“BEACON—W波段集成有源接收前端”项目中接受了这一挑战：项目合作伙伴正在开发集成的有源W波段接收前端的工作频率为81至86GHz，可实现极高的数据速率或低功耗的长距离数据传输。

高数据吞吐量时噪声最小

接收模块基于FraunhoferIAF的极低噪声MMIC技术(MMIC——单片微波集成电路)。“FraunhoferIAF在过去几年中在mHEMT工艺方面做了大量的开发工作，并获得了开发全球噪声最低的放大器的核心竞争力。基于此，该项目旨在将噪声系数降低到3.5dB以下，从而显着提高提高技术水平，”FraunhoferIAF的项目协调员兼研究员PhilippNeininger博士解释道。

此外，接收模块设计用于隔离左旋和右旋圆极化，并使用两个独立通道(LHCP和RHCP)对其进行放大，从而有效地使数据吞吐量翻倍。

BEACON项目的一个主要挑战是在非常小的模块区域上进行组件的新颖排列。新方法涉及在非常小的占地面积内集成大量功能：其中包括偏振器、波导转换到两个单独的放大器、两个同轴输出连接器和相关的直流电路。“这些特性的组合——极低的噪声、两种不同的偏振和创新的阵列——在W波段组件领域带来了巨大的技术进步，”Neininger总结了项目提案。

来自太空的W波段数据传输已经成功测试

仅在去年，W波段频率范围内的卫星信号才首次从太空接收到。W-Cube纳米卫星于2021年夏天搭乘猎鹰9号火箭开始了极地轨道之旅，此后一直成功地从500公里的高度以75GHz的频率向地球传输卫星信号。对于这次任务，FraunhoferIAF已经开发了卫星的发射器模块以及相应地面站的接收模块。