具有1.5dB NF LNA的Rx波束成形解决方案

在最近对 17.7-21.2 GHz 的 Ka Satcom Rx 频段中的新型 1.5dB 噪声系数低噪声放大器 IC 进行的实验室测试中，我们成功地实现了 1.6dB 的整体级联噪声系数，而当今最先进的和功耗仅为 31 mW/ch。这一行业记录为用于具有两个同步波束的电子控制相控阵天线 （ESA） 中的有源波束成形 IC 建立了新的性能基准，与不太灵活、重量更大的单波束机械控制天线相比，大大提高了 ESA 的价值主张。

这些工程原型的测试结果被用于巩固下一代产品的生产性能目标，这些产品将与广泛设计的瑞萨 F692x、F612x 和 F62x2 系列 Ka 波段卫星通信接收 IC 引脚兼容（如图所示） 1 ）。凭借完整的接口和引脚兼容性，现有客户将能够升级他们的天线产品，从而以最少的重新设计工作和更快的上市时间实现显着改善的噪声和功率性能。

图 1 – F612x 和 F692x 产品系列的分立波束成形和 LNA IC（左），具有异构集成波束成形和 LNA 裸片的 F62x2 Ka Satcom 多芯片模块（中），所有三款 IC 都以 25 美分的价格进行尺寸比较（右） ）。

对系统性能的影响

在卫星通信中，实现所需的吞吐量和容量完全取决于天线及其电子设备。在卫星的 EIRP 固定的情况下，下行链路预算由地面终端天线的 G/T（天线增益与噪声温度比）控制。这一重要的品质因数直接影响所有应用中通信链路可实现的频谱效率，包括飞行中连接 （IFC）、住宅/企业宽带互联网、海事和移动卫星通信 （SOTM）。

更高的 G/T 可以通过增加 ESA 辐射元件的数量来实现，以实现更高的天线增益 （G）。然而，这是以更大的尺寸、重量和功耗为代价的。提高 G/T 的另一种方法是降低 LNA 的噪声系数，从而降低天线噪声温度 （T）。图 2显示了企业级 58 cm / 4，000 单元 ESA 天线的 G/T 和 LNA NF 之间的关系。LNA NF 对 G/T 影响的放大系数约为 2.5:1，导致我们新展示的 LNA 设计的 G/T 显着提高了 +1dB （22%）。

图 2 – 与行业最先进的技术相比，新 LNA 设计的 G/T 提高了 25%

对于 G/T 已经足够高的应用，改进的 LNA NF 可以将 ESA 的尺寸和功耗降低 20%，如图 3和图 4 所示。这种降低是可能的，因为对于恒定的 G/T，LNA 噪声系数每提高 10dB，元件数量和功耗就会降低约 5%。这反过来又减少了 PCB 尺寸、BOM 数量和热管理复杂性，从而降低了整体系统解决方案的成本。

图 3 – 与当前最先进的设计相比，新 LNA 设计所需的元件减少了 20%

图 4 – 采用新 LNA 设计的相同 G/T 功耗降低 20%

注意：图 2、3 和 4 中给出的计算关系假设圆形天线孔径具有三角形阵列点阵，其大小可在 Fmax、频带中心工作频率和固定极化条件下以 90 度无栅瓣运行。

总之，LNA 是 ESA 平板天线中最关键和影响最大的组件。利用瑞萨电子独特的异构伪芯片 IC 架构以及单独的 LNA 和波束成形芯片，我们能够快速发展完整的Rx波束成形解决方案，以满足对经济实惠的相控阵天线日益增长的商业需求，同时还为新颖多样的天线架构提供设计灵活性。

审核编辑：郭婷