世界正稳步迈向通过卫星星座实现的无缝全球互联。重量在10至100公斤之间的小型卫星凭借其灵活性和可扩展性，进一步增强了互联互通。然而，小型卫星的应用往往面临着接收通信波束能力的重大挑战。

卫星通信使用通信波束，即电磁波。在某些波中，电场呈螺旋状旋转，这些波被称为圆偏振波束。

根据旋转方向，光束可以是右旋圆极化 (RHCP) 或左旋圆极化 (LHCP)。重量数十公斤的小型卫星只能处理单极化光束，而体积更大的卫星通常需要更高的功率才能处理双极化光束。

在此需求的推动下，日本东京工业大学(已并入日本东京科学研究所)副教授白根厚志领导的团队成功开发出用于小型卫星通信系统的新型Ka波段无线芯片，该芯片可以独立控制两个圆偏振光束——这是传统技术无法实现的特性。

该研究由日本 Axelspace 合作开展，研究成果于 2025 年 2 月 16 日至 20 日在加利福尼亚州旧金山万豪酒店举行的IEEE 国际固态电路会议 ( ISSCC 2025 ) 上发表。Shirane 博士解释说：“传统的卫星通信接收器通常难以独立处理 RHCP 和 LHCP 波束。为了解决这个问题，我们在无线芯片内设计了一种开关型正交混合电路，可以接收左旋和右旋圆极化信号。”

正交混合电路是一种特殊的电路，它将信号分成两部分，其中一部分略微延迟，以产生90度的相位差。它将圆极化信号分解成两个直信号，并允许芯片进行比较。这有助于确定信号是左旋还是右旋，从而使芯片能够识别卫星通信中使用的两种极化类型。

能够独立控制两种圆极化波束，从而提高通信灵活性，这对于卫星网络而言至关重要，尤其是在服务匮乏和偏远地区宽带接入需求激增的背景下。此外，这项创新还使卫星可处理的可控波束数量翻了一番，显著提升了系统容量。

该芯片的一个显著优势是采用广泛采用的互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术制造，这是一种用于构建集成电路的低功耗、快速且紧凑的技术。这提高了接收器的成本效益和可扩展性，这对于实际部署至关重要。

“我们的接收芯片工作在Ka波段，该波段以高速数据传输而闻名，”Shirane博士强调道。“事实上，它与SpaceX的Starlink等尖端卫星网络所采用的频段完全相同。”

为了验证其性能，接收芯片在卫星通信原型设备中进行了测试，并进行了无线测量。这证实了该芯片在处理圆极化光束方面的性能，同时满足了卫星通信系统的基本要求。

这项技术是全球互联互通的一次根本性飞跃，预计将对卫星通信基础设施产生深远影响。进一步的发展将实现更广泛的高速连接，覆盖此前无法覆盖的广阔地理区域。

在日益互联的世界里，这一创新标志着卫星通信的新篇章——它有望弥合数字鸿沟，使全球通信高效、经济、人人可用。

更多信息： Sena Kato 等，11.1 用于小型卫星星座的采用开关型正交混合优先架构的 256 单元 Ka 波段 CMOS 相控阵接收机，2025 年 IEEE 国际固态电路会议 (ISSCC) (2025)。