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卫星通信商业化拐点:T/R芯片集成化+GaN赋能,迈入小型化

2025-9-11 9:27:00
  • 卫星通信商业化拐点:T/R芯片集成化+GaN赋能,迈入小型化

卫星通信商业化拐点:T/R芯片集成化+GaN赋能,迈入小型化

近年来,随着新一轮科技革命与空间技术的加速跃迁,卫星通信——尤其是低轨卫星互联网——正从概念期步入产业化深水区。国内产业链上下游协同加速,从射频芯片、终端模组到系统组网与运营,正在形成更完整的生态闭环。其中,作为相控阵天线的核心“积木”,T/R(收发)芯片的技术演进与产业落地,成为竞争焦点。

牌照落地与直连趋势:从“天上组网”到“地面直连”

9月8日,工信部向中国联通核发卫星移动通信业务许可,允许其开展“手机直连卫星”等业务,面向应急通信、海事通信与偏远地区覆盖等场景。这意味着基础电信运营商深度参与卫星通信运营迈出关键一步。

产业应用正加快出圈:除星地宽带接入外,直连手机、车联网与无人系统等开始进入实际验证与早期商用。

例如,今年4月,银河航天与香港应用科技研究院完成低轨卫星互联网支持的网联自动驾驶技术验证:多星接力覆盖下,端到端通信时延小于100 ms,能够满足动态路径下发与实时控制的需求。

在轨资源方面,国内星座组网显著提速。根据第三方统计,2024年我国近地轨道卫星发射数量已处于全球前列。多套星座规划正协同推进,包括面向全球覆盖与高吞吐业务的广域星座,以及面向行业专网、直连业务与物联应用的差异化布局。部分星座采用Ka/V高频段载荷,兼顾高带宽与面向直连终端的可演进性,发射节奏也进入“高频次”窗口期。

为什么T/R芯片如此关键?

在卫星与地面终端的相控阵体系中,T/R组件承担了“每个天线单元可独立收发、放大、移相与控制”的职责,其性能直接决定波束形成质量、方向图控制精度与系统能效。按照行业经验,有源相控阵系统中,T/R组件成本占比可高达总成本的70%-80%,因此其技术路径与集成度,对整机指标与成本优化具有决定性影响。

相控阵以“电子扫描”替代机械转动,通过对各通道相位与幅度的精确控制,实现波束的瞬时重构与快速指向。要做到“快、准、省”,对T/R芯片的噪声系数、线性度、功率密度、热设计与辐射防护都提出了高标准要求。

技术演进三条主线:材料、集成与电源系统

材料升级:GaN 取代部分 GaAs 场景

以GaN(氮化镓)为代表的宽禁带材料,凭借更高击穿场强与功率密度,正在有源相控阵功放侧加速替代传统GaAs方案。

优势体现为更高功率输出、更优热管理与更小器件面积,有助于提升链路预算与探测/通信距离。

产业侧已形成标准电压、高压、低压等多平台产品矩阵,覆盖从标准频段到超宽带的多型功放需求。

集成度提升:从多芯片微组装到系统级封装

传统T/R组件由功放、低噪放、幅相控、开关与控制等多颗芯片微组装而成,体积与功耗压力持续增大。

行业正向高集成化演进:

系统级封装天线(AiP)与异构集成在毫米波与更高频段逐步落地,显著降低剖面与重量。

多通道T/R射频微系统通过三维堆叠,把电源管理、数字控制与射频芯片紧凑布局在小型硅基板上,提升通道密度与隔离度,优化阵面填充与散热路径。

电源管理一体化:小型化与抗辐射并重

传统架构中,波控、电源调制、负压保护与栅压调节等非微波功能“占坑”较多,影响组件小型化与能效。

新一代耐辐射电源管理SoC把上述功能集成为单芯片,支持IP化嵌入微波单片系统:

带来更高的功率利用率与更低布线复杂度;

提升抗辐射与可靠性,适配星载长寿命要求;

为阵列规模化与通道堆叠创造空间,有助于降低整机BOM与装配复杂度。

产业侧进展与量产化信号

有源相控阵T/R组件领域呈现“高通道、高频段、高集成”的产品趋势,多个系列已进入定型与批产阶段,覆盖航天、特种与商用多个场景。

星载相控阵T/R芯片在集成度、功耗与噪声指标上持续优化,适配“直连手机”等新标准诉求,单星载片规模上千的应用案例逐渐增多,累计通道级出货量持续攀升。

GaN射频芯片在T/R组件中的工程化应用加速,相关产品通过原型系统验收并进入批量交付,显示出从“技术样机”向“规模供货”的节奏转换。

低轨直连与网联应用的工程要点

端到端时延:低轨星座通过多星接力可实现亚百毫秒级链路时延,但需要地面网关分布、星间链路与资源编排协同优化。

频谱与资源:Ka/V等高频段容量可观,但对相控阵口径、热管理与波束成形算法提出更高要求。

终端形态:车辆、手机与行业终端的阵列尺寸和功耗约束严苛,促使T/R芯片走向更高的能效密度与更强的波束指向性。

编排与可靠性:星地路由、负载均衡、切换策略与抗干扰/抗辐射设计决定“可用性曲线”,直接影响规模商用体验。

小结:产业进入“工程化冲刺期”

牌照放开与星座密集组网,正在把低轨卫星互联网从“验证期”推向“规模部署期”。

T/R芯片作为价值量与技术难度兼具的核心环节,正沿着“GaN化、高集成、强电源管理”的方向快速进化。

随着更多星座支持直连手机与车载终端,面向应急、海事、偏远地区覆盖与网联出行的应用窗口已经打开。下一阶段的竞争焦点,将从“可用”转向“好用、划算、可持续”,比拼的是系统级协同与规模化交付能力。