搞射频、做卫星、钻研半导体芯片的同行们还有所有电子相关专业的在校同学以及对低轨卫星感兴趣、想入行的小伙伴我是鲸鹏芯海的謓泽。 咱们《唠透低轨卫星相控阵芯片十件事》正式更新了搞卫星毫米波芯片有多折磨人懂的都懂不讲晦涩理论我会尽量采用大白话讲解一层层拆解干货降低理解门槛看完绝对不打瞌睡。鲸鹏芯海低轨卫星相控阵芯片技术与产业实践 · 系列开篇一颗低轨卫星从你头顶飞过只要 10 分钟。要在这么短的窗口里建立通信连接传统机械天线根本来不及转过头来。这就是低轨卫星互联网面临的第一道硬件门槛。过去几十年我们打电话、上网靠的是地面基站一个接一个地铺。但海洋、沙漠、高空基站铺不过去信号就到不了。低轨卫星星座要解决的就是这片信号盲区 — 把通信基础设施搬到天上用成百上千颗卫星组一张覆盖全球的网。但天上的网和地上的网玩法完全不同。卫星在飞速度很快地面的天线得能跟着它转。传统的 大锅盖 天线靠电机转动转得太慢根本追不上卫星。这就引出了一个新的技术方向 — 相控阵天线。它不用转动靠芯片控制信号方向毫秒级就能切换跟踪目标。而相控阵天线里最核心的部件就是相控阵芯片。它决定了天线好不好用、终端贵不贵。鲸鹏芯海微电子科技上海有限公司就是一家专门做这块芯片的公司。2024 年 8 月成立芯片设计覆盖 Ku、Ka、Q、V、E、W 六大主流卫星通信频段从 10GHz 到 110GHz 的毫米波频段是卫星通信的主力波段两条技术路线一条用成熟 SOI-CMOS 工艺目前最主流、成本最低的芯片制造工艺压低价格另一条把 BiCMOS 和 GaN氮化镓一种适合做大功率射频器件的材料拼在一起兼顾大功率和低成本。怕大家听着有点迷糊我用通俗易懂的形式描述SOI-CMOS 路线全程依托成熟硅芯片成本压到最低但大功率射频性能很差BiCMOSGaN 混合路线则分工明确硅芯片负责运算控制氮化镓承载大功率射频两种材料的优势兼备性能强劲成本也不会过高。SOI‑CMOS主打性价比、大批量适合功率需求不极端的场景。BiCMOSGaN 异构集成瞄准大功率射频需求在性能和成本之间做折中平衡。这篇是系列开篇。鲸鹏就带大家先聊清楚两件事低轨卫星为什么必须用相控阵鲸鹏芯海在这条赛道上卡的核心优势。一、低轨卫星为什么需要相控阵1.1 从地面铺网到天基组网不少同学一碰到专业术语就会感到茫然。如果想要理解低轨卫星互联网是什么不妨看鲸鹏打个比方。它能帮助大家直观认识卫星互联网其实这项技术并没有大家想象中那么高深。这个思路听起来简单但在落地过程中会遇到几个无法回避的难题第一卫星飞得太快。低轨卫星的运行高度在 400-2000 公里绕地球一圈不到两小时。相对地面的速度是每秒 7.8 公里 — 比子弹还快十倍。一颗卫星从地平线升起到落下往往只有 10-20 分钟的可见时间。要在这么短的窗口里建立连接、完成通信对天线的反应速度要求极高。第二单颗卫星覆盖有限必须组网。一颗低轨卫星的覆盖范围相比地面基站并没有优势它的价值在于 数量接力。一个星座动辄几百上千颗卫星靠星间链路互相连接数据在天上就能从一颗星传到另一颗星。这也是为什么 Starlink、千帆、GW 星座都在往大规模组网方向走。第三地面通信那套技术体系搬不到天上去。地面通信面对的是静止或低速移动的用户卫星通信面对的是高速运动的卫星。多普勒频偏波源运动导致的频率偏移类似救护车经过时声音的变化、星地频繁切换、波束实时追踪 — 这些都是地面通信不用操心的难题。1.2 传统天线追不上相控阵是唯一出路那么讲到这里不少同学心里都会产生一个疑问卫星飞行速度这么快地面天线究竟是如何持续对准并跟上它的这个疑问非常好其实传统做法是用抛物面天线 — 就是那种常见的 大锅盖靠电机驱动整个天线转动来对准卫星。问题在于转得太慢。天线从对准一颗卫星切换到对准另一颗往往需要 2-15 秒。而低轨卫星过境就那么十几分钟等天线转过来卫星都快落山了。重点来了相控阵天线的思路完全不同 —不转天线转信号。这种 电扫描 方式有两个关键优势快。波束切换只要毫秒级比机械转动快了一千倍。卫星从东边飞到西边波束瞬间就能跟上。能同时盯多个目标。一套相控阵天线可以同时生成多个波束每个波束对准一个目标。一颗卫星飞过可以同时跟地面上的多个终端通信 — 这对低轨星座的大规模组网至关重要。但相控阵天线要能工作背后离不开芯片。相控阵芯片干两件事控制波束往哪指、把信号放大到够强。它是相控阵天线里最核心、也最贵的部件 — 没有它相控阵天线就是一堆不会动的金属片。这也正是我们鲸鹏芯海所要解决的问题。二、鲸鹏芯海做最难那块芯片的公司2.1 卡在最上游卫星互联网的产业链可以分三层再打个比方最顶层是开网店的星座运营商比如星链、千帆面向用户提供服务中间是做整机的相控阵天线厂商把天线组装成产品最上游是做核心零件的相控阵芯片设计公司给整机厂商提供最关键的元器件。越往上游技术门槛越高能做的公司越少。我们鲸鹏芯海卡的就是最上游 — 相控阵收发芯片。2024 年 8 月成立的公司选了一条难走但值钱的路行业里长期有个痛点芯片要么性能好但贵要么便宜但性能不够两者很难兼得。我们的思路是用两条技术路线并行把这个矛盾拆开解决。2.2 两条路线覆盖所有场景鲸鹏的芯片覆盖 Ku、Ka、Q、V、E、W 六大频段 — 简单说目前主流卫星通信用的频段它全都能做。但光覆盖频段不够还得解决贵的问题。鲸鹏的办法是走两条路路线一SOI‑CMOS 工艺 — 把价格打下来。SOI‑CMOS 是成熟度高、综合量产成本可控的芯片制造工艺民用通信射频芯片大量采用该路线。鲸鹏芯海依托这套工艺研发相控阵芯片优势在于量产成本低、便于大规模扩产推动卫星通信终端实现平民化、真正用得起。这条路线面向中小功率民用场景车载终端、便携设备、各类消费级卫星通信应用。路线二BiCMOS GaN 异质异构集成 — 兼顾大功率与合理成本。不少高端场景仅追求低成本远远不够同时需要更高发射功率。例如地面信关站卫星与地面互联网互通的枢纽节点、大功率车载、船载终端对信号发射功率要求严苛单一 SOI‑CMOS 难以满足指标需求。GaN氮化镓这种材料适合做大功率射频器件但单独用成本太高。鲸鹏芯海的做法是把两者拼在一起CMOS 负责信号控制和逻辑处理GaN 负责功率放大用异质异构集成技术把不同材料的芯片封装到一起做在一颗芯片里。这样既保住了大功率输出又把成本控制在可接受范围。打个比方SOI‑CMOS 像是经济型轿车 — 便宜、省油、够日常用BiCMOSGaN 像是混动车 —— 把发动机GaN 的功率和电控系统BiCMOS 的控制组合起来既跑得快又不会太费油。两条路线对应不同用户但用的是同一套设计能力。三、一句话总结鲸鹏芯海到底在做什么SOI‑CMOS 方案— 让民用卫星终端用得起BiCMOS GaN集成方案— 让大功率终端做得起全频段覆盖— 从 Ku 到 W主流卫星通信频段一张蓝图全覆盖过去相控阵芯片行业有个老难题性能好的太贵便宜的性能不够。鲸鹏芯海用两条路线并行把这个两难选择变成了全都要 — 民用的用 CMOS 方案高端的用集成方案一套设计能力覆盖所有场景。公司能面向低轨巨型卫星星座、星载通信载荷、各类地面卫星终端提供一站式毫米波相控阵芯片解决方案。这篇是系列开篇。后续我们会用十个问题把相控阵芯片的核心技术一个个拆开讲每个问题都从原理说起再对接鲸鹏芯海怎么做。如果本文对你有所帮助欢迎关注鲸鹏。后续我们将持续输出更多行业干货不妨点赞、收藏。若有相关疑问欢迎在评论区交流探讨。我是鲸鹏芯海的謓泽期待与大家在下期文章相遇。