Світ поступово рухається до безперервної глобальної зв’язності через супутникові сузір’я. Малі супутники, які важать від 10 до 100 кг, значно підвищують гнучкість і масштабованість зв’язку. Проте вони часто стикаються з проблемою в прийманні сигналів.
Супутники здійснюють зв’язок за допомогою комунікаційних сигналів, які є електромагнітними хвилями. У деяких з них електричне поле обертається по спіралі, і такі хвилі називаються круговими поляризованими сигналами.
В залежності від напрямку обертання, сигнали можуть бути або з правосторонньою круговою поляризацією (RHCP), або з лівосторонньою круговою поляризацією (LHCP). Малі супутники вагою в декілька десятків кілограмів здатні працювати лише з сигналами однієї поляризації, в той час як більші супутники передбачають використання потужних джерел енергії для підтримки обох типів поляризації.
Враховуючи це, команда під керівництвом доцента Ацуші Ширане з Токійського технологічного інституту, який входить до складу Інституту науки в Токіо, Японія, успішно розробила інноваційний бездротовий чіп Ka-діапазону для супутникових комунікаційних систем малих супутників, здатний незалежно контролювати обидва кругових поляризованих сигнала — властивість, яка була недосяжною для традиційних технологій.
Як пише Tech Xplore, це дослідження було проведено у співпраці з компанією Axelspace в Японії, а результати були представлені на Міжнародній конференції з твердотілих інтегральних схем IEEE (ISSCC 2025), яка відбулась з 16 по 20 лютого 2025 року в готелі Marriott Marquis в Сан-Франциско, Каліфорнія.
“Традиційні супутникові приймачі часто зазнають труднощів з обробкою RHCP і LHCP сигналів окремо,” пояснює доктор Ширане. “Щоб вирішити цю проблему, ми спроєктували комутуючий квадратурно-гібридний модуль у бездротовому чіпі, який здатний приймати як лівосторонні, так і правосторонні круговополяризовані сигнали.”
Квадратурно-гібридний модуль являє собою спеціальну схему, яка розділяє сигнал на дві частини, при цьому одна затримується для створення фазової різниці у 90 градусів. Це дозволяє перетворювати кругові поляризовані сигнали на прямі сигнали, що дає можливість мікросхемі порівнювати їх і визначати напрямок обертання сигналу, допомагаючи розпізнати обидва типи поляризації, що використовуються в супутниковому зв’язку.
Здатність незалежно керувати обома типами кругових поляризованих сигналів надає супутниковим мережам більшу гнучкість у зв’язку, що є надзвичайно важливим у контексті зростаючого попиту на широкосмуговий доступ в слабо обслуговуваних та віддалених районах. Нове рішення також подвоїло кількість керованих сигналів, якими може управляти супутник, значно підвищуючи ефективність системи.
Однією з особливостей є те, що цей чіп виготовлений із застосуванням широко розповсюдженої технології комплементарних метал-оксид-напівпровідників (CMOS), що робить його енергоефективним, швидким і компактним для створення інтегральних схем. Це додає вартості і масштабованості приймача, що є важливим для практичного використання.
“Наш приймач працює у Ka-діапазоні частот, відомому своїми високими швидкостями передачі даних,” наголошує доктор Ширане. “Це той самий діапазон частот, який використовують передові супутникові мережі, такі як Starlink від SpaceX.”
Підтвердження продуктивності цього приймача було здійснено через тестування у прототипі супутникового приймально-передавального пристрою з вимірюваннями, проведеними бездротовим способом. Це підтвердило здатність приймача опрацьовувати кругові поляризовані сигнали, зберігаючи основні вимоги до систем супутникового зв’язку.
Ця технологія є важливим кроком вперед у галузіі, ймовірно, матиме значний вплив на супутникову комунікаційну інфраструктуру. Подальший розвиток може забезпечити більш широкі високошвидкісні з’єднання, пропонуючи охоплення великих географічних територій, що раніше були недоступними.