通訊衛星和飛行天線平台可以為第五代和第六代（5G、6G）全球行動網路的全面、彈性運作做出貢獻。然而，由於必須為此目的重新分配大部分毫米波 (mmW) 頻譜，因此 Ka- (27-31 GHz)、Q- (37.5-37.5 GHz) 衛星通訊需要更強大的射頻技術。頻段（71-76 GHz）。

這些頻段為行動衛星互聯網（SatCom on the Move，SOTM）以及饋線鏈路和衛星間鏈路（ISL）提供更高的功率效率。為了開發必要的技術，專案Magellan – 用於 GEO 和 LEO 主動天線應用的高效毫米波 GaN 電晶體高功率放大器 – 於 2024 年推出。

在麥哲倫，弗勞恩霍夫應用固體物理研究所 IAF 正在代表歐洲太空總署 (ESA) 開發高電子遷移率電晶體 (HEMT) 和放大器電路，用於基於寬帶隙化合物半導體的高效衛星通訊氮化鎵（ GaN）。

這些衛星旨在近地軌道（LEO，距離地球表面 200-2,000 公里）和地球靜止軌道（GEO，距離赤道 35,786 公里）運行。麥哲倫的其他計畫合作夥伴包括 United Monolithic Semiconductors GmbH 和 TESAT-Spacecom GmbH & Co. KG。該項目將於2024年至2027年運行。

具有卓越效率和線性度的 GaN 基 HEMT 和高功率放大器 MMIC

「我們希望開發一種 GaN 技術，與目前最先進的技術相比，其效率顯著提高。為了實現這一目標，電晶體的閘極長度應減小到小於 100 nm，」Dr. Philipp Döring，弗勞恩霍夫IAF 麥哲倫計畫協調員。

然而，非常小的結構尺​​寸會引起破壞性的短溝道效應，這對元件的可靠性和性能產生負面影響。

因此，研究團隊將重點放在截止頻率超過 140 GHz 的新技術節點。透過這種待開發的 GaN07 技術，研究人員可以避免大部分短溝道效應，並且仍然滿足該組件的專案要求。

第二個總體專案目標是使用新開發的 GaN HEMT 實現 Ka、Q 和 W 頻段固態功率放大器 (SSPA) 的單晶片微波積體電路 (MMIC)。

SSPA 的特點是結構緊湊、堅固耐用且成本低廉。使用 GaN07 HEMT 製造的 SSPA 也應該比現有硬體更有效率、更線性並且更能抵抗宇宙輻射。這種整體封裝使得 GaN07 SSPA 對於太空應用非常有吸引力。

從技術開發到產業化

弗勞恩霍夫 IAF 正在協調麥哲倫計畫。該研究所還利用其廣泛的研究基礎設施來開發新的 GaN07科技，基於它實現 HEMT 和 MMIC，並對所生產的硬體進行表徵和評估。

合作夥伴 TESAT 和 UMS 貢獻了他們在 MMIC 在衛星通訊中的應用以及組件商業化方面的專業知識。其目標是建立從半導體開發到太空應用的歐洲價值鏈。

提供者：弗勞恩霍夫應用固體物理研究所