CN113056659A - 用于卫星通信的系统和方法 - Google Patents

用于卫星通信的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113056659A
CN113056659A CN201980076011.9A CN201980076011A CN113056659A CN 113056659 A CN113056659 A CN 113056659A CN 201980076011 A CN201980076011 A CN 201980076011A CN 113056659 A CN113056659 A CN 113056659A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
substrate
data
transmitting
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980076011.9A
Other languages
English (en)
Inventor
费利克斯·伊杰克阿姆
小泰伦·D·米切尔
保罗·索尼埃
丹尼尔·弗朗西斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akash Systems Inc
Original Assignee
Akash Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Akash Systems Inc filed Critical Akash Systems Inc
Publication of CN113056659A publication Critical patent/CN113056659A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2283—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles mounted in or on the surface of a semiconductor substrate as a chip-type antenna or integrated with other components into an IC package
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/8252—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using III-V technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3732—Diamonds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0605—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/03—Constructional details, e.g. casings, housings
    • H04B1/036—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/564—Power control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513—Transmission in a satellite or space-based system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18515—Transmission equipment in satellites or space-based relays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18517—Transmission equipment in earth stations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18523—Satellite systems for providing broadcast service to terrestrial stations, i.e. broadcast satellite service
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H04B7/18532—Arrangements for managing transmission, i.e. for transporting data or a signalling message
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/52—TPC using AGC [Automatic Gain Control] circuits or amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H04B2001/0491—Circuits with frequency synthesizers, frequency converters or modulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Transmitters (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)

Abstract

描述了无线通信的各方面，包括：被配置为用于发射或接收数据的射频(RF)放大器芯片，该芯片包括：包括第一材料的第一基底和包括与第一材料不同的第二材料的第二基底。第一基底和第二基底可以是晶格匹配的，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在大约1332cm·1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量的。在一些方面，第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。在一些方面，RF放大器芯片是卫星发射机的一部分。

Description

用于卫星通信的系统和方法
交叉引用
本申请要求于2018年9月19日提交的美国临时专利申请序列号62/733,581的权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
绕地球轨道运行的卫星具有多种功能：信息的广播、全球定位系统、遥感和科学探索。卫星星座可以在低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)或地球静止轨道中。鉴于对移动数据不断增长的需求以及相关于5G网络的预计数据需求，卫星已经获得了人们的关注。因此，已经考虑了卫星性能。
发明内容
本文所描述的设备和系统可以通过提供优于传统RF功率放大器的改善的热性能和线性度而至少解决上述问题。例如，与传统的微波或毫米放大器相比，本文公开的基于金刚石(GaND)上的氮化镓的放大器可以提供以下优点中的至少一些。(1)对于相同的基板温度和芯片设计，相对于传统的固态放大器技术，本公开的各方面可以提供更高的输出功率和更低的热阻。(2)对于相同的基板和芯片大小但是不一定相同的芯片设计，相对于传统的固态放大器技术，本公开的各方面可以提供更高的输出功率、更低的热阻和更有效的热流。(3)对于相同的输出功率和芯片大小，与在较高的基板温度下的传统固态放大器技术相比，本公开的各方面可以在较低的基板温度下提供相等的输出功率。(4)对于相同的线性输出功率和芯片大小，相对于传统技术，本公开的各方面可以提供更高的功率附加效率(PAE)和更高的壁插效率。(5)对于相同的耗散功率(例如，热)和功率通量密度(PFD)受限的线性输出功率，由于降低了高阶互调产物的影响，本公开的各方面可以提供更高的线性度。
在一个方面，提供了一种用于发射或接收数据的芯片。该芯片可以包括：包括第一材料的第一基底；以及与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底与第一基底晶格匹配，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，并且其中第一基底和第二基底允许芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收发射或接收数据。
在一些实施方式中，芯片包括射频放大器电路。在一些实施方式中，第一基底具有大于约1000W/mK的热导率。在一些实施方式中，第一基底包括金刚石。在一些实施方式中，第二基底是半导体。在一些实施方式中，第二基底包括III-V族半导体。在一些实施方式中，第二基底包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的材料。在一些实施方式中，第二基底包括硅。在一些实施方式中，界面区域在1550cm·1处展现出sp2碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp2碳峰具有不大于背景减法(background subtraction)后的sp3碳峰的20％高度的幅度。在一些实施方式中，界面区域展现出大于或等于10％的局部背景强度的sp3碳峰。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒10吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒12吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒14吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒100吉比特。在一些实施方式中，传送速率是至少每秒1太比特。在一些实施方式中，频率在从37.5GHz到300GHz的范围内。在一些实施方式中，频率在从37.5GHz到40.5GHz的范围内。在一些实施方式中，芯片包括晶体管，该晶体管包括第二基底。在一些实施方式中，晶体管具有小于40纳米(nm)的特征大小。在一些实施方式中，该频率具有至少50MHz的带宽。
在另一方面，提供了一种用于发射或接收数据的芯片。该芯片可以包括：包括第一材料的第一基底；以及与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第一基底和第二基底晶格匹配，以使得(i)对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，芯片在小于30dBi的天线增益内输出5W至42W的范围内的有效辐射功率；以及(ii)芯片以至少每秒500兆比特的传送速率来发射或接收数据。
在另一方面，提供了一种用于发射或接收数据的芯片。该芯片可以包括：包括第一材料的第一基底；以及与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底与第一基底晶格匹配，以跨第一基底和第二基底提供大于或等于1000W/mK的热导率，并且其中第一基底和第二基底允许芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。
在另一方面，提供了一种用于发射或接收数据的芯片。该芯片可以包括：包括第一材料的第一基底；以及与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底与第一基底晶格匹配，其中第一基底和第二基底是晶格匹配的，以使得(i)芯片输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且载波噪声比大于25dB，并且(ii)芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少50MHz范围内的带宽来发射或接收数据。
在另一方面，提供了一种用于发射或接收数据的芯片。该芯片可以包括：包括第一材料的第一基底；以及与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底与第一基底晶格匹配，其中第一基底和第二基底是晶格匹配的，以使得(i)芯片输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且噪声功率干扰比小于20dB，以及(ii)芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。
在另一方面，提供了一种用于发射或接收数据的系统。该系统可以包括：芯片，该芯片包括：(i)包括第一材料的第一基底，以及(ii)与第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底与第一基底晶格匹配，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量的，其中第一基底和第二基底允许芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据；以及可操作地耦合到芯片的发射或接收单元，该发射或接收单元被配置为发射或接收数据。
在一些实施方式中，芯片和发射或接收单元是卫星的一部分。在一些实施方式中，卫星是立方体卫星。在一些实施方式中，卫星的重量小于50千克。在一些实施方式中，该系统还包括一个或多个附加卫星，每个卫星包括芯片和发射或接收单元。在一些实施方式中，发射或接收单元包括一个或多个天线。在一些实施方式中，发射或接收单元被配置为向远程发射或接收单元发射或接收数据。在一些实施方式中，数据包括语音、音频或视频数据中的至少一种。
在另一方面，提供了一种用于发射数据的芯片。该芯片可以包括：可操作地耦合到基底的半导体层，其中该基底具有大于约1000W/mK的热导率，其中该热导率使得该芯片能够以至少40％的效率以及至少30dB的增益来产生至少10W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒4吉比特的传送速率和至少18GHz的频率来发射数据。
在一些实施方式中，芯片包括射频放大器电路。在一些实施方式中，射频放大器电路包括集成的微波电路或集成的毫米波电路。在一些实施方式中，基底包括金刚石。在一些实施方式中，半导体层包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的III-V族半导体。在一些实施方式中，来自芯片的噪声功率比的干扰电平小于或等于20dB。在一些实施方式中，来自芯片上的交叉极化的干扰电平小于或等于12dB。
在另一方面，提供了一种用于发射数据的发射设备。该发射设备可以包括：任何方面或实施方式的芯片；和可操作地耦合到芯片的发射天线，其中芯片被配置为向发射天线提供输出功率，以用于以传送速率和频率来发射数据。
在一些实施方式中，该设备是卫星发射机。在一些实施方式中，卫星发射机被配置为在至少400km的高度处发射数据。在一些实施方式中，卫星发射机被配置为在约400km和约600km之间的高度处发射数据。在一些实施方式中，发射天线具有小于或等于0.5米的直径。在一些实施方式中，发射天线具有至少45％的效率。在一些实施方式中，发射天线具有至少36dBi的增益。在一些实施方式中，发射设备具有小于或等于1度的指向误差。在一些实施方式中，发射设备具有小于2.3或等于dB的指向损耗。在一些实施方式中，发射设备具有至少43dBW的有效各向同性辐射功率。
在另一方面，提供了一种数据通信链路。数据通信链路可以包括：任何方面或实施方式的发射设备；和与发射设备进行无线通信的接收设备，其中接收设备被配置为接收从发射设备发射的数据。
在一些实施方式中，接收设备包括具有至少65dBi的增益和至少60％的效率的接收天线。在一些实施方式中，每个载波的分配带宽为至少约1200MHz。在一些实施方式中，链路具有小于或等于114dB的噪声功率。在一些实施方式中，链路具有大于18dB的信噪比。在一些实施方式中，链路具有至少每秒5吉比特的最大信道数据速率容量。在一些实施方式中，链路具有至少5bps/Hz的频谱效率。在一些实施方式中，接收设备的接收天线具有至少12米的直径。在一些实施方式中，在接收设备的接收天线处接收到的功率通量密度为至少80dBW/m2。在一些实施方式中，链路遭受至少200dB的传播损耗。在一些实施方式中，信号包括调制的载波信号，并且其中相对于调制的载波信号，芯片具有减小的信号失真，从而芯片的线性度被改善。在一些实施方式中，信号失真包括n阶互调产物。在一些实施方式中，n阶互调产物包括三阶互调产物或五阶互调产物。在一些实施方式中，芯片的线性度与(i)调制的载波信号的输出功率与(ii)n阶互调产物的功率之比率相关联。在一些实施方式中，该比率是至少30dB。在一些实施方式中，芯片的操作信道温度小于200℃。在一些实施方式中，输出功率对应于芯片的线性操作模式中的最大输出功率。在一些实施方式中，效率对应于芯片的线性操作模式中的功率附加效率(PAE)。在一些实施方式中，从芯片的饱和水平到芯片的线性操作模式，使到芯片的输入功率回退(back off)至少5dB。
在另一方面，提供了一种用于发射数据的芯片。该芯片可以包括：可操作地耦合到基底的半导体层，其中该基底具有大于约1000W/mK的热导率，并且其中该热导率使得该芯片能够以至少40％的效率和至少30dB的增益来产生至少5W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒300兆比特的传送速率和至少40GHz的频率来发射数据。
在一些实施方式中，芯片包括射频放大器电路。在一些实施方式中，射频放大器电路包括集成的微波电路或集成的毫米波电路。在一些实施方式中，基底包括金刚石。在一些实施方式中，半导体层包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的III-V族半导体。在一些实施方式中，来自芯片的噪声功率比的干扰电平小于或等于约23dB。在一些实施方式中，来自芯片上的交叉极化的干扰电平小于或等于约15dB。
在另一方面，提供了一种用于发射数据的发射设备。该发射设备可以包括：任何方面或实施方式的芯片；和可操作地耦合到芯片的发射天线，其中芯片被配置为向发射天线提供输出功率，以用于以传送速率和频率来发射数据。
在一些实施方式中，该设备是卫星发射机。在一些实施方式中，卫星发射机被配置为在至少5000km的高度处发射数据。在一些实施方式中，卫星发射机被配置为在6000km的高度处发射数据。在一些实施方式中，发射天线具有小于或等于0.5米的直径。在一些实施方式中，发射天线具有至少45％的效率。在一些实施方式中，发射天线具有至少43dBi的增益。在一些实施方式中，发射设备具有小于或等于0.5度的指向误差。在一些实施方式中，发射设备具有小于或等于3dB的指向损耗。在一些实施方式中，发射设备具有至少47dBW的有效各向同性辐射功率。
在另一方面，提供了一种数据通信链路，该数据通信链路包括任何方面或实施方式的发射设备以及与该发射设备进行无线通信的接收设备，其中该接收设备被配置为接收从该发射设备发射的数据。
在一些实施方式中，接收设备包括具有至少72dBi的增益和至少60％的效率的接收天线。在一些实施方式中，每个载波的分配带宽是至少250MHz。在一些实施方式中，链路具有小于约120dBW的噪声功率。在一些实施方式中，链路具有大于约8.5dB的信噪比。在一些实施方式中，链路具有至少每秒500兆比特的最大信道数据速率容量。在一些实施方式中，链路具有至少2.9bps/Hz的频谱效率。在一些实施方式中，接收设备的接收天线具有至少12米的直径。在一些实施方式中，接收设备的接收天线处的功率通量密度为至少99dBW/m2。在一些实施方式中，链路遭受至少200dB的传播损耗。在一些实施方式中，信号包括调制的载波信号，并且其中相对于调制的载波信号，芯片具有减小的信号失真，从而芯片的线性度被改善。在一些实施方式中，信号失真包括n阶互调产物。在一些实施方式中，n阶互调产物包括三阶互调产物或五阶互调产物。在一些实施方式中，芯片的线性度与(i)调制的载波信号的输出功率与(ii)n阶互调产物的功率之比率相关联。在一些实施方式中，该比率是至少30dB。在一些实施方式中，芯片的操作信道温度小于200℃。在一些实施方式中，输出功率对应于芯片的线性操作模式中的最大输出功率。在一些实施方式中，效率对应于芯片的线性操作模式中的功率附加效率(PAE)。在一些实施方式中，从芯片的饱和水平到芯片的线性操作模式，使到芯片的输入功率回退至少5dB。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，该第一基底包括第一材料，该第二基底与该第一基底相邻，该第二基底包括与该第一材料不同的第二材料，其中该第二基底与该第一基底晶格匹配，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量的，并且至少部分地基于第一基底和第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供任何方面或实施方式的RF放大器芯片，并且至少部分地基于第一基底和第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，第一基底包括第一材料，第二基底与第一基底相邻，该第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料；并且至少部分地基于第一基底和第二基底的晶格匹配：从该RF放大器芯片生成输出信号，对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，该输出信号在小于30dBi的天线增益内包括5W至42W范围内的有效辐射功率；并以至少每秒500兆比特的传送速率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供任何方面或实施方式的RF放大器芯片；并且至少部分地基于第一基底和第二基底的晶格匹配：从该RF放大器芯片生成输出信号，对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，该输出在小于30dBi的天线增益内包括5W至42W范围内的有效辐射功率；并以至少每秒500兆比特的传送速率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，该第一基底包括第一材料，该第二基底与该第一基底相邻，该第二基底包括与该第一材料不同的第二材料；其中该第二基底与该第一基底晶格匹配，以在第一基底和第二基底之间提供大于或等于1000W/mK的热导率，并且至少部分地基于第一基底和第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供任何方面或实施方式的RF放大器芯片，并且至少部分地基于第一基底和第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，该第一基底包括第一材料，该第二基底与所述第一基底相邻，该第二基底包括与该第一材料不同的第二材料；并且至少部分地基于该第一基底和该第二基底的晶格匹配：(i)从RF放大器芯片示出输出信号，其中该信号包括5W至42W范围内的有效辐射功率，且载波噪声比大于25dB；以及(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率和至少50MHz范围内的带宽来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，该第一基底包括第一材料，该第二基底与所述第一基底相邻，该第二基底包括与该第一材料不同的第二材料，并且至少部分地基于该第一基底和该第二基底的晶格匹配：(i)从RF放大器芯片示出输出信号，其中该信号包括5W至42W范围内的有效辐射功率，且噪声功率干扰比小于20dB；以及(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括可操作地耦合到基底的半导体层，其中该基底具有大于约1000W/mK的热导率；并至少部分地基于热导率，以至少40％的效率和至少30dB的增益来生成至少10W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒4吉比特的传送速率和至少18GHz的频率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用发射设备的方法。该方法可以包括：提供任何方面或实施方式的射频(RF)放大器芯片；提供天线，其中RF放大器芯片可操作地耦合到天线；并且将输出功率生成到天线，以用于以传送速率和频率来发射数据。在一些实施方式中，发射设备是任何方面或实施方式的发射设备。
在另一方面，提供了一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法。该方法可以包括：提供RF放大器芯片，该RF放大器芯片包括可操作地耦合到基底的半导体层，其中该基底具有大于约1000W/mK的热导率；并至少部分地基于热导率，以至少40％的效率和至少30dB的增益来生成至少5W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒300兆比特的传送速率和至少40GHz的频率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于使用发射设备的方法。该方法可以包括：提供任何方面或实施方式的射频(RF)放大器芯片；提供天线，其中RF放大器芯片可操作地耦合到天线；将输出功率生成到天线，以用于以传送速率和频率来发射数据。在一些实施方式中，发射设备包括任何方面或实施方式的发射设备。
在另一方面，提供了一种用于发射数据的方法。该方法可以包括：提供包括第一基底和第二基底的射频(RF)放大器芯片，第一基底包括第一材料，第二基底与第一基底相邻，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底硅与第一基底晶格匹配，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量的；提供可操作地耦合到芯片的发射单元，该发射单元被配置为发射数据；并且至少部分地基于第一基底和第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
在另一方面，提供了一种用于接收数据的方法。该方法可以包括：提供包括第一基底和第二基底的射频(RF)放大器芯片，第一基底包括第一材料，第二基底与第一基底相邻，该第二基底包括与第一材料不同的第二材料，其中第二基底硅与第一基底晶格匹配，以使得第一基底和第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量的；提供可操作地耦合到芯片的接收单元，该接收单元被配置为接收数据；并至少部分地基于第一基底和第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率接收数据。
根据以下详细描述，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得容易理解，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施方式。正如将会认识到的那样，本公开能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，而所有这些都没有脱离本公开。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用被并入本文，其程度就好像每个个体出版物、专利或专利申请被明确地并个体地指示为通过引用被并入一样。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与说明书中包含的公开内容相矛盾的程度上，该说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中进行了具体阐述。通过参考下面的详细描述以及随附的图表或附图(在本文中也被称为“图”)，可以获得对本发明的特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了其中利用了本发明的各种原理的说明性实施方式，附图中：
图1A例示出了根据一些方面的示例通信系统的框图。
图1B例示出了根据一些方面的示例芯片的框图。
图2例示出了根据一些方面的示例放大器线性度特性。
图3例示出了根据一些方面的示例放大器的功率附加效率(PAE)特性。
图4例示出了根据一些方面的示例天线的辐射图案。
具体实施方式
尽管在本文中已经示出和描述了本发明的各种实施方式，但是对于本领域技术人员容易理解的是，此类实施方式仅通过示例的方式而被提供。在不脱离本公开的各方面的情况下，本领域技术人员可以想到许多变型、改变和替换。应当理解，本文所描述的本发明的实施方式的各种替代方案可以被采用。应当理解，可以各个地、共同地或彼此结合地理解或修改本发明的不同方面。在将值描述为范围的情况下，将理解的是，此类公开包括在此类范围内的所有可能的子范围的公开，以及落入此类范围内的特定数值，而不管是特定数值或特定子范围是否被明确指出。
如本文中所使用的，术语“热预算”通常是指从一个或多个部件到环境的温度耗散的评估。例如，热预算可以包括在热源(例如，输出级功率晶体管的有源通道)到系统的周围环境之间的每个部件上的温度下降。半导体器件的有源层可以是几微米厚，并且可以被建立在机械载体或基底的顶部上。可以将半导体器件的有源层形成在机械载体或基底上方。
如本文中所使用的，术语“基底”通常是指在其上沉积有层状结构的任何材料。基底可以包括用于制造电子器件的基础，诸如晶体管、二极管和集成电路。基底可以包括诸如半导体或绝缘体之类的固体材料。基底材料可以包括碳、铝、镓、硅、锗、砷、铊、镉、碲、硒、或其合金或同素异形体、或其氧化物或氮化物。基底可以包括碳(例如金刚石)或半导体，例如氮化镓(GaN)、硅(Si)、锗(Ge)或砷化镓(GaAs)。基底可以包括一种或多种化学掺杂剂，诸如氮、磷、硼或铟。基底材料可以包括例如金刚石、合成金刚石、硅、二氧化硅、碳化硅、氧化铝、蓝宝石、氮化铝、锗、砷化镓、氮化镓或磷化铟。基底材料可以是单晶的、多晶的或非晶的。
如本文中所使用的，术语“单晶”可以是指具有一个晶体或具有平移对称性的材料。术语“多晶”通常是指具有多于一个晶畴或取向的材料。在低能电子衍射(LEED)显微镜下，多晶材料可以展现出不止一个晶体结构。术语“非晶”通常是指不具有真实或表观结晶形式的材料。在LEED下，非晶的材料可能不展现出任何长程晶体结构。
如本文在半导体技术的上下文中使用的，术语“宽带隙”和“宽间隙”(或其变型)通常是指基于宽带隙半导体的电子和/或光电子器件和制造技术。宽带隙半导体可以具有例如在2-4电子伏特(eV)范围内的带隙。宽带隙半导体可以包括例如：(a)包含氮(N)与元素周期表中的至少一个III族元素(例如硼、铝、镓、铟和铊)之间的键的半导体；(b)包含碳(C)与元素周期表中的至少一个IV族元素(例如碳、硅、锗、锡和铅)之间的键的半导体；或(c)包含氧(O)与元素周期表中的至少一个II族元素(例如铍、镁、钙、锌、镉)之间的键的半导体。
可以在基底上外延生长半导体器件的有源层。在一些情况下，基底(例如，单晶基底)可以与电子器件的有源层是相同的材料族类，例如，GaAs基底上的GaAs微波器件，氮化镓、蓝宝石、硅和/或SiC基底上的AlGaN/GaN器件。可以通过将有源层附着到包括具有晶体结构的材料和与有源层不同的材料组合的基底上来实现用于器件制造的电子材料。将具有不同晶体结构的半导体附着到其他基底的方式的示例可以包括直接键合和直接生长。直接生长可以包括使用过渡层桥接不同的晶格结构(例如，在Si或SiC基底上直接生长的GaN层)。一些示例可以包括将器件(例如，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT))附着到金刚石基底。一些示例可以包括金刚石在半导体上的直接生长(例如，金刚石在GaN上的直接生长)。
基底可以具有各种功能，包括但不限于：(i)机械支撑；(ii)可以被用来将有源层连接到芯片底部的导电性；(iii)具有低介电损耗的电隔离，其可以被使用于电场穿透到基底中的高频器件和表面波导中；以及(iv)具有或不具有关联电导率的高热导率。
如本文中所使用的，术语“层状结构”通常是指由具有不同属性的层状材料产生的结构。层状结构可以包括具有相同或变化的半导体属性的一种或多种材料的层。个体层可以是单晶的、多晶的或非晶的。由不同半导体属性的各层制造而来的电子和光电器件可以通过不同的生长技术来制造。在一些情况下，这些生长技术可以允许个体层的受控生长。在一些情况下，这些层可以被称为“外延的层”或“外延层”。每个层的厚度可以从亚纳米到数十微米变化。制造技术的非限制性示例包括分子束外延(MBE)、气相沉积(例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积)、原子层沉积(ALD)、有机金属气相外延和液相外延。外延层可以包括硼、铝、镓、铟、铊、碳、硅、锗、锡、铅、氮、磷、砷、锑、铋、氧、硫、硒、碲、铍、镁、钙、锌、镉及其合金和同素异形体。在本公开的一些方面，外延层可以包括如上所述的宽带隙半导体材料。外延层可以包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝(InAlN)、氧化锌(ZnO)、碳化硅(SiC)和金刚石。任何这样的材料可以是单晶的、多晶的或非晶的。
如本文中所使用的，术语“芯片”通常是指被安置在基底上的有源电子和/或光学器件。如本文中所使用的，芯片可以包括有源器件(或(一个或多个)层)和基底。有源电子或光学器件可以包括层状结构。芯片可以包括一个或多个晶体管。一个或多个晶体管可以包括一个或多个高电子迁移率晶体管。芯片可以包括集成电路。在一些示例中，芯片可以执行诸如混合、功率放大、低噪声放大和切换之类的功能。在一些示例中，芯片可以包括单片微波集成电路(MMIC)。
如本文中所使用的，术语“晶体管”通常是指可以充当开关和/或放大器的电气器件。晶体管可以是数字电路的一部分。数字电路可以包括多个晶体管。晶体管可以包括如本文其他地方所述的层状结构。晶体管可以是计算设备的一部分。晶体管可以是逻辑电路或逻辑门的一部分。晶体管可以是半导体器件。如本文中所使用的，术语“场效应晶体管”通常是指使用电场来控制具有该晶体管的器件的操作的晶体管。电场可以被用来控制器件中的两个触点或端子(诸如源极触点和漏极触点)之间的电流的流动。
如本文中所使用的，术语“高电子迁移率晶体管”(HEMT)通常是指包括异质结的场效应晶体管。异质结可以是指在不同材料属性的任何两种固态材料之间的界面。在一些示例中，这些可以包括任何两个半导体、同一半导体的任何两种晶体形式(例如，非晶、多晶)、包含相同元素但具有不同量的那些元素的任何两个半导体、具有不同掺杂剂水平的任何两个半导体等等。两种材料可以具有不相等的带隙。两种材料可以具有带偏移。形成异质结的两种材料可以被称为“异质结构”。在一些示例中，HEMT的缓冲层和阻挡层之间的界面可以形成异质结。
如本文中所使用的，术语“界面”通常是指在两种不同的材料之间形成公共边界的表面，所述材料例如是具有不同的晶体结构、不同的材料组合或不同的材料属性的材料。术语“界面”可以是指两种不同材料彼此接触的位置。术语“界面”还可以是指例如在不存在第三材料的原子的情况下在一个位置或一个边界处第一材料的原子与第二材料的原子结合。
在一些示例中，界面可以是在半导体(例如，宽带隙半导体)和金刚石(例如，合成金刚石)之间形成公共边界的表面。在一些方面，界面可以是GaN和金刚石之间的边界。在一些示例中，界面可以是金刚石原子与宽带隙半导体材料(例如，GaN)的原子接触的位置。包括至少两种不同材料的基底可以包括单个界面(例如，在两种材料之间形成边界的表面)。在一些示例中，基底可以不包括一个以上的界面。
本文在材料沉积或晶体生长的上下文中使用的术语“成核层”或“成核的层”通常是指有助于开始另一层材料或化学计量的生长或形成的层。成核层材料可以包括例如氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)或其他非晶或多晶材料，其可以有助于合成金刚石的成核(例如，硅或其他宽带隙半导体材料)并且可以帮助防止蚀刻或损坏下面的半导体。
诸如III-V族半导体之类的宽带隙半导体材料可以被使用于有效和高功率应用的微波晶体管的设计中。例如，包括GaN、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓铝(InGaAlN)、氧化镓(Ga2O3)、氮化铝(AlN)、氮化铟铝(InAlN)的半导体化合物已经显示出可以改善高功率微波器件设计中的性能和效率。这样的高功率微波器件可以展现出超过其他半导体材料(诸如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或硅)的电子迁移率、击穿电压和热导率。
与此类器件中的热源相比，用于晶体管、发光器件和其他半导体器件(例如，集成微波电路、微波放大器)的传统排热系统通常较大。由于金刚石的卓越热性能，因此金刚石散热件、金刚石散热器和其他金刚石板可用于在半导体器件下方扩散热量以进行热管理。在一些情况下，金刚石基底可能与金刚石散热件(或散热器或板)不同。例如，金刚石基底可以包括在其上安置有源电子器件层以形成器件(例如，芯片、射频(RF)放大器芯片、微波放大器芯片)的基底。在一些情况下，金刚石散热件可以是可以将器件附着到其上的热部件，其中金刚石散热件有助于扩散由器件所生成的热量。
本公开的一些方面针对热效率RF功率放大器(例如，包括RF功率放大器的RF放大器芯片)的设计和制造。热效率RF功率放大器可以具有改善的线性度，以使用在各种应用中。这样的应用可以包括无线通信。一些应用包括卫星通信。一些应用包括蜂窝和/或非蜂窝无线通信。本公开的RF功率放大器可以被用于卫星与地面站之间和/或卫星之间的下游通信。卫星可以在很宽的频率和通信频带范围中进行通信。在一些示例中，本公开的放大器可以操作在L频带频率范围(例如1-2GHz)、S频带频率范围(例如2-4GHz)、C频带频率范围(例如4-8GHz)、X频带频率范围(例如8-12GHz)、K频带频率范围(例如17-20GHz(Ku/K频带)、37-40GHz(Ka频带))、V频带频率范围(例如40-75GHz)、W频带频率范围(例如75-110GHz)、mm波频带频率范围、G频带频率范围(例如110-300GHz)、E频带频率范围(例如60-90GHz)或任何合适的频率范围中。
在一些方面，本公开提供了一种RF放大器芯片。RF放大器芯片可以包括类似于图1B的芯片100B的各方面。在一些方面，RF放大器芯片包括半导体外延层，该半导体外延层被安置在导热基底上，并且被可操作地配置用于当第一输入功率的信号被放大时提供(例如，被配置为输出或发出)具有3dB增益压缩的输出功率的已放大微波信号。半导体外延层可以是宽带隙半导体外延层(例如，GaN、AlN、InGaN、InAlN、AlGaN、InGaAlN、Ga2O3以及AlGaN的衍生物)。RF放大器芯片可以是发射机的一部分，例如是用于卫星通信的发射机的一部分。
导热基底可以包括合成金刚石，并且外延层(例如，AlGaN外延层)可以被安置在合成金刚石基底上，并且被可操作地配置用于当第一输入功率的信号被放大时提供(例如，配置为输出或发射)具有3dB增益压缩的输出功率的已放大微波信号。RF放大器芯片可以被配置用于：当第二输入功率的信号被放大时，以及当第二输入功率等于第一输入功率降低6分贝(dB)时当第三功率的三阶互调产物的第三功率比线性输出功率低至少50dB时，提供具有线性输出功率的已放大微波信号。例如，当芯片以第二输入功率操作时，放大器芯片的功率附加效率(PAE)可以为至少50％。可以至少部分地基于在放大器芯片的输出处进行的测量来确定PAE。第一输入功率可以与饱和输出功率相关联，在该饱和输出功率处，增益曲线相对于线性操作模式中的最大输出功率降低了3dB。饱和输出功率可以被称为P3dB输出电平。在线性操作模式中，第二输入功率可以与最大输出功率相关联。
本公开的系统和方法可以提供RF放大器芯片的改进的热性能。在一些示例中，芯片(例如，RF放大器芯片)可以包括诸如封装之类的器件或者可以是其一部分，并且该封装可以被安置在封装底座上。一些方面提供了从包装到包装底座的改善的热流。一些方面提供了从晶体管的有源区域(例如，半导体外延层的有源层)到封装底座的改善的热流。一些方面提供了从封装底座到辐射元件(例如，辐射冷却元件)的热流。此类辐射冷却元件可以是卫星的一部分。金刚石基底可以改善热流(例如，相对于不包括金刚石的基底)，并且改善的热流可以贡献给晶体管栅极包装密度和放大器输出功率的增加。与不包括此类GaND技术的微波放大器相比，包括本文公开的所揭示的GaN-on-Diamond(GaND)技术的微波放大器可以具有高出至少20％至30％的PAE。
在一些情况下，在诸如RF功率放大器之类的小型电子器件中，热量耗散可能会更加明显，在这些电子器件中，器件的横向尺寸可能约为基底厚度或更大。例如，可以将在Ku频带中操作的高电子迁移率AlGaN/GaN晶体管设计成具有100μm或更短的单位栅极宽度，以满足微波性能。在这样的器件中，通过使用金刚石基底而不是传统基底来改善热性能可能是显著的。例如，使用金刚石基底而不是蓝宝石、硅或SiC基底的高功率AlGaN/GaN场效应晶体管可以降低器件的热阻。由于降低的热阻，金刚石基底可以提高能量效率，从而提高放大器的输出RF功率能力。在一些示例中，与传统放大器相比，本文公开的放大器在给定功率下的线性度可以被改善。在一些情况下，来自所公开的放大器(例如，基于GaND的放大器)的饱和输出功率可以是类似大小的传统放大器的饱和输出功率的至少两倍。
图1A例示出了根据一些方面的示例通信系统100的框图。示例通信系统100可以包括发射机116和接收机130。发射机116可以包括芯片，诸如RF放大器芯片。可以根据本文所描述的各个方面来设计和制造该芯片，并且该芯片可以例如包括与如关于图1B所描述的芯片100B相似的各方面。发射机116可以包括放大器，诸如RF放大器。
发射机116和接收机130可以是陆上或空中设备(例如，单元)，并且可以是固定的(例如，地球站、终端、网关)或移动的(例如，车辆、空中或移动客户端设备)。固定设备的非限制性示例包括例如地面站(例如，地球站、终端、网关)或陆地站(例如，基站、节点、接入点)。移动设备的非限制性示例包括例如车辆设备、空中设备或移动客户端设备。
发射机116可以被配置用于向接收机130发射电磁信号。接收机130可以被配置用于从发射机116接收电磁信号。发射机116可以是RF或微波发射机，包括被配置为可通信地耦合到一个或多个天线以通过链路140向接收机130发射RF或微波信号的发射电路系统。接收机130可以是RF或微波接收机，包括被配置为可通信地耦合到一个或多个天线以通过链路140从发射机116接收RF或微波信号的接收电路系统。发射机116和接收机130还可以包括被配置用于发射和接收功能(例如，收发器功能)二者的电路系统。
天线可以包括例如天线阵列，诸如相控阵天线(例如，被配置用于波束成形)。发射机116可以包括多个发射元件(例如，发射元件的阵列)，并且一个或多个发射元件可通信地耦合到天线元件。接收机130也可以包括多个接收机元件，其中一个或多个接收机元件可以可通信地耦合到天线元件。发射机116和接收机130可以可通信耦合地耦合并且被配置为经由链路140进行无线通信。链路140可以包括发射机116和接收机130之间的电磁发射。链路140可以由包括由于例如电磁信号在大气中的吸收或多径衰落所致的传播损耗(例如，路径损耗)在内的参数来表征。
在一些方面，无线通信系统100可以是卫星通信系统。发射机116、接收机130或两者可以是诸如立方体卫星或微卫星之类的卫星，或者可以是此类卫星的一部分。接收机可以是陆上的，诸如地球站，也可以是空中的，诸如另一个卫星。在一些示例中，发射机116可以包括卫星，该卫星包括放大器芯片。放大器芯片可以包括类似于图1B的芯片100B的各方面。卫星可以被配置为与站(例如，地球站)或诸如包括接收机(例如，接收机130)的另一个卫星之类的另一个卫星进行无线通信。在一些示例中，两个或更多卫星之间的卫星通信是可能的。卫星与可能被配置为网络的多个站或多个卫星之间的卫星通信是可能的。卫星(例如，卫星发射机或接收机)可以是多个卫星(例如，群体)之一。群体可以被联网，并且在一些方面，卫星可以被配置为独立于群体而进行操作。
卫星可以是卫星星座的一部分，例如，低地球轨道(LEO)卫星星座或中地球轨道(MEO)卫星星座。在一些方面，卫星可以被配置为以从L频带(例如1-2GHz)到包括G频带(例如，300GHz)毫米波频率频带的任何频率发射(例如，接收机可以被配置为接收)无线信号。在一些方面，卫星可以被配置为以L频带频率范围(例如1-2GHz)、S频带频率范围(例如2-4GHz)、C频带频率范围(例如4-8GHz)、X频带频率范围(例如8-12GHz)、K频带频率范围(例如17-20GHz(Ku/K频带)、37-40GHz(Ka频带))、V频带频率范围(例如40-75GHz)、W频带频率范围(例如75-110GHz)、毫米波频带频率范围、G频带频率范围(例如110-300GHz)、E频带频率范围(例如60-90GHz)或任何合适的频率范围内的任何频率发射(例如，接收机可以被配置为接收)无线信号。在一些方面，卫星通信系统可以被配置用于蜂窝回程通信。例如，一个或多个卫星可以向基站(例如，节点、接入点)发射无线蜂窝回程信号。在其他示例中，卫星可以将无线信号发射到诸如飞机之类的移动站或空中站(例如，用于提供空中卫星互联网)。
在一些示例中，可能期望增加无线通信系统的下游数据速率，减小物理有效载荷重量并减小耗散功率(例如，减小热损耗)。例如，在卫星应用中，卫星重量、能量消耗和输出、以及热预算可能是实现此类性能特性中的任何一项的重要设计考虑因素。轨道卫星，例如低地球轨道(LEO)或中地球轨道(MEO)，可能需要花费几分钟才能将信息有效载荷递送到站点(例如，地球站)。用于递送信息有效载荷的持续时间可能至少部分地受到到基于地球的接收站的视线距离的长度限制。卫星的电磁可见度的持续时间以及卫星与地球站之间的距离可能会随着卫星在天空中的行进而变化(例如，用仰角来量化；水平为0°，天顶为90°)，并且因此由地球站处的接收机天线捕获的信号强度和噪声电平可能会随时间变化。在一些示例中，天线效率(例如，卫星天线效率)可以取决于指向准确度。高效卫星天线(例如，增益超过30dBi)可以准确地指向地球站。在一些情况下，可能不会相对于卫星主体移动的地球覆盖天线可能会展现出明显较低的效率，诸如低增益天线(例如，范围从5dBi到12dBi)。
图1B例示出了根据一些方面的示例芯片的框图。在一些方面，芯片100B可以包括单片集成微波或毫米波电路(MMIC)。芯片100B可以是封装的MMIC芯片。芯片100B可以是功率放大器的一部分。芯片100B可以包括层状结构112，该层状结构112可以包括安置在基底104上的一个或多个层105。芯片100B可以包括安置在封装底座106上(例如，安装在其上、附着到其上)的层状结构112。在一些情况下，基底104可以使用焊料层108而被附着到封装底座106。基底104可以是高热导率的基底，例如金刚石基底(例如，合成金刚石基底)。
层状结构112可以包括电连接件。电连接件可以包括安置在一个或多个层105上或作为一个或多个层105的一部分的无源电路102和有源电路101。在一些情况下，有源电路可以包括电触点102、103和110。芯片100B可以包括晶体管。该晶体管可以是例如高电子迁移率晶体管(HEMT)或异质结构场效应晶体管(HFET)。电触点可以包括源极102、栅极103和漏极110端子。源极102、栅极103和漏极110端子可以被安置在一个或多个层105上。一个或多个层可以包括二维电子气层(2DEG)或沟道111。2DEG层111可以被嵌入在(例如，安置在基底104上的)一个或多个层105内。晶体管可以通过使用在栅极103和源极102之间施加的电压来操作，以控制沿着在源极102和漏极110之间的2DEG 111流动的电流。
栅极电压对电流进行控制的2DEG 111的区域可以被安置在栅极103端子下方。一个或多个层可以被安置成靠近2DEG 111，例如被安置在2DEG 111上方或下方。在一些方面，安置在2DEG 111上方的(一个或多个)层可以被称为阻挡层115，并且安置在2DEG 111下方的(一个或多个)层可以被称为缓冲层114。阻挡层115和缓冲层114可以包括异质结。阻挡层115和缓冲层114可以是外延层的一部分。外延层可以可互换地被称为一个或多个层105。阻挡层115和缓冲层114可以包括异质结构。阻挡层115和缓冲层114可以具有不相等的带隙。阻挡层115和缓冲层114可以具有带偏移。一个或多个缓冲层(例如，缓冲层114)和一个或多个阻挡层(例如，阻挡层115)之间的界面可以包括二维电子气(2DEG)层(例如，2DEG层111)。2DEG层111可以靠近阻挡层和缓冲层之间的界面。
在一些情况下，可以通过电压的施加来控制2DEG层111的宽度。2DEG层111的宽度可以小于50纳米、小于10纳米、小于5纳米或更小。在一些示例中，2DEG层111可以距高热导率基底不超过150纳米。在一些情况下，2DEG层距基底不超过250纳米、距基底不大于500纳米、距基底不超过750纳米、距基底不超过1微米、或距基底不超过100微米。
在一些示例中，缓冲层可以包括III-V族半导体。在一些示例中，阻挡层可以包括III-III'-V族半导体。在一些示例中，缓冲层包括GaN，并且阻挡层包括AlGaN。在一些示例中，缓冲层包括GaAs，并且阻挡层包括AlGaAs。在一些示例中，缓冲层包括GaN，并且阻挡层包括InGaN。在一些示例中，缓冲层包括GaAs，并且阻挡层包括InGaAs。在一些示例中，缓冲层包括第一掺杂剂水平的III-V族半导体，并且阻挡层包括第二掺杂剂水平的III-V族半导体。在一些示例中，缓冲层包括第一掺杂剂水平的III-III'-V族半导体，并且阻挡层包括第二掺杂剂水平的III-III'-V族半导体。
在一些示例中，芯片(例如，芯片100B)可以包括有源器件，该有源器件包括安置在合成金刚石基底(例如，基底104)上的GaN(例如，GaN和AlGaN)。在一些示例中，芯片可以包括包含合成金刚石的基底(例如，基底104)。在一些示例中，芯片可以是集成在合成金刚石基底(例如基底104)上的基于GaN的HEMT。芯片可以是MMIC，其包括集成在合成金刚石基底(例如基底104)上的一个或多个基于GaN的HEMT。基底可以包括至少1微米的金刚石厚度。基底可以包括至少约1微米、至少约10微米、至少约100微米、至少约1毫米或更大的金刚石厚度。基底可以包括至少1毫米的金刚石厚度。基底可以包括在1微米至1毫米范围内、在10微米至1毫米范围内、或在100微米至500微米范围内的金刚石厚度。在一些示例中，基底可以包括从约20纳米(nm)到约2,000nm的金刚石厚度。
金刚石可以提供高热导率。与不包含金刚石的基底相比，包含金刚石的基底可以具有更高的热导率。取决于制造条件，在一些示例中，合成金刚石的热导率可以在约800至2200W/mK的范围内。在一些示例中，合成金刚石的热导率可以在约50W/mK至约500W/mK的范围内。在一些示例中，金刚石基底可以包括至少约1000W/mK的热导率。在其他示例中，金刚石基底的热导率可以大于至少约500W/mK、1000W/mK、2000W/mK、3000W/mK或更大。金刚石基底的热导率可以在约500W/mK至约2000W/mK的范围内。金刚石基底的热导率可以在约500W/mK至约3000W/mK的范围内。
在一些方面，芯片100B可以在一个或多个层105和基底104之间包括中间层(图1B中未示出)，诸如成核层。在一些方面，成核层可以不是单独的层(例如，可以不作为单独的层而被安置在层状结构上)，例如，层状结构可以包括可以在层状结构本身内生长的成核材料。在一些方面，例如在基底104是金刚石的各方面中，成核层可被用于在一个或多个层105上的金刚石的成核生长。合成金刚石可以在被包括在一个或多个层105中的成核层的表面上或成核材料的表面上成核并生长。足以使金刚石成核的成核层的厚度可以取决于被用于成核的材料。在一些方面，成核层可以通过沉积非晶SiN、SiC或AlN而在一个或多个层的表面上形成。成核层也可以例如在形成一个或多个层105的最后步骤中形成。在这种情况下，代替在一个或多个层105的表面上沉积单独的成核层，可以通过将成核材料(例如，SiN、SiC或AlN)添加到层状结构的现有材料中(例如，将成核材料添加到现有的GaN或GaN和AlN的组合中)来完成一个或多个层105的生长过程。
在芯片100B的一些方面，金刚石(例如，基底104)可以被安置或生长在一个或多个层105上方或之上，其中金刚石和一个或多个层105中的至少一层形成界面。例如，可以在界面处(例如，在单个界面处)将至少一层金刚石沉积在一个或多个层105的层或表面的至少一部分上方。在一些方面，界面可以是(例如，基底104的)金刚石和一个或多个层105之间的单个界面，该一个或多个层105包括与一个或多个层105中的至少一部分接触(例如，直接接触)的金刚石的至少一部分。金刚石与一个或多个层105之间的单个界面可以是形成金刚石与一个或多个层之间的边界的表面。在单个界面处(例如，基底104的)金刚石与一个或多个层105的直接接触可以包括一个或多个层105中至少一层的原子与金刚石的原子结合。
在一些方面，金刚石基底(例如，104)和半导体基底(例如，105)可以是晶格匹配的。在一些方面，半导体基底(例如105)可以与金刚石基底(例如104)晶格匹配。在一些方面，金刚石基底(例如104)可以与半导体基底(例如105)晶格匹配。
在一些方面，金刚石基底(例如104)和半导体基底(例如105)可以与金刚石基底和半导体基底之间的界面区域晶格匹配。在一些方面，金刚石基底可以经由界面区域而与半导体基底晶格匹配(或者半导体基底可以与金刚石基底晶格匹配)。
在一些方面，金刚石基底(例如104)和半导体基底(例如105)之间的界面(例如界面区域)可以包括金刚石基底的至少一部分。在一些方面，界面区域可以包括半导体基底的至少一部分。
在一些示例中，可以例如通过拉曼光谱法或另一种方法来测量包括金刚石的基底(例如基底104)和包括半导体的基底(例如一个或多个层105)之间的界面(例如界面区域)。在一些方面，这样的界面可以在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm·1的半峰全宽。包括金刚石基底和半导体基底(例如，芯片100B的104和105)的此类方面的RF芯片可以被配置用于以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。
在一些方面，金刚石基底(例如104)和半导体基底(例如105)可以是晶格匹配的，以使得包括金刚石基底和半导体基底的此类方面的RF芯片(例如104和105，100B)可以被配置用于：(i)在线性模式中输入功率小于或等于2W的情况下，在小于30dBi的天线增益内输出5W至42W范围内的有效辐射功率，以及(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率来发射或接收数据。
在一些方面，金刚石基底(例如104)和半导体基底(例如105)可以是晶格匹配的，以使得在金刚石基底和半导体基底之间的热导率大于或等于1000W/mK，并且以使得包括金刚石基底和半导体基底的此类方面的RF芯片可以被配置用于以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。
在一些方面，金刚石基底(例如104)和半导体基底(例如105)可以是晶格匹配的，以使得包括金刚石基底和半导体基底的此类方面的RF芯片(例如104和105，100B)可以被配置用于：(i)输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且载波噪声比大于25dB，以及(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率和至少50MHz范围内的带宽来发射或接收数据。
在一些方面，金刚石基底(例如104)和半导体基底(例如105)可以是晶格匹配的，以使得包括金刚石基底和半导体基底的此类方面的RF芯片(例如104和105，100B)可以被配置用于：(i)输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且噪声功率比(NPR)小于20dB，以及(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收数据。
在一些方面，图1B中所示的封装底座106可以是另一个部件的一部分，或者可以被安置在另一个部件上。封装底座106可以被配置为传导来自芯片100B的热量。封装底座106可以被配置为将热量从芯片100B传导至热传递元件。热传递元件可以在表面113处被附着到封装底座106。在一些方面，表面113可以被称为基板。芯片100B或包括芯片100B的封装可以包括在所例示的图中未示出的其他部件和电连接件，诸如太阳能光伏阵列、电池、天线(例如，天线阵列)、陀螺指向控制器等。包括芯片100B的封装可以是卫星。在一些方面，包括芯片100B的封装可以是立方体卫星或微卫星。
在一些示例中，可以通过电磁波向太空的辐射(例如黑体辐射)来发生从卫星耗散热量。在一些情况下，芯片(例如，芯片100B)或包括芯片100B的封装(诸如卫星)的热管理可以包括辐射冷却。在一些示例中，在地球的表面上(或接近地球的表面)的位置处的冷却(例如，器件冷却)可以包括至少部分地通过空气或液体对流而将热量耗散到周围环境中。不受理论的限制，根据StefanBoltzmann定律，从黑体向太空的热量耗散可以取决于辐射表面的温度：P＝σT4，其中
Figure BDA0003071477670000261
是由表面发出的功率密度，σ＝56.7nW/m2/K4，Stefan-Boltzmann常数，并且T[K]为绝对温度。
在一些示例中，包括芯片100B的器件(例如，封装)可以包括辐射元件(例如，辐射冷却元件)。在一些示例中，辐射冷却元件可以包括表面。辐射冷却元件可以包括器件的表面(例如，器件的暴露于空间的表面)并且可以被配置为发出电磁辐射。辐射冷却元件可以发出电磁辐射，诸如将热量辐射到空间中。在一些示例中，辐射冷却元件可以不包括散热片，诸如用作电子器件的散热件的散热片。辐射冷却元件可以利用指向远离器件的表面来发出电磁辐射(例如，到空间中)。在一些情况下，辐射冷却元件可以包括一个或多个百叶窗以改变表面的发射率。
在一些方面，封装可以包括热管冷却系统。热管冷却系统可以包括再循环封闭流体系统，在其中将冷却液体带到生成热量的位置(例如，RF功率放大器的位置)，并且液体可以通过潜热消耗而被蒸发。气相可以通过管道而被引导到辐射冷却元件，在此处气体可以被冷凝为液相，从而释放热量。在一些示例中，热管冷却系统和导热结构可以包括封装底座的一部分。封装底座可以被配置用于从热源(诸如RF功率放大器)到可以好散热量的另一位置(诸如辐射冷却元件)进行热量耗散。
在一些情况下，用于在操作芯片(例如，芯片100B)时使用的仅仅一小部分电功率可以被转换成电磁信号以进行发射(例如，从卫星到地球)。在一些情况下，这种功率的很大一部分可以被封装中的电子器件转换成热量，例如，由此类电子器件生成的热量。电子器件可以包括一个或多个部件，例如控制单元、接收机、发射机和有效载荷。这样生成的热量可以经由冷却散热器而被耗散(例如耗散到空间中)。相对于被转换成热量的电信号而言，被转换成电信号的功率量可以取决于放大器效率。在诸如基于卫星的通信的一些示例中，功率放大器的热效率低下可能是通信周期期间耗散热量的主要来源。
在一些方面，可以控制芯片100B的有源区域109的最高温度(TDEV)。针对最高允许温度的制造商规格可以被定义为TDEV(max)。器件的性能和预期寿命可能被合规为不超过最高温度TDEV(max)的温度。在一些情况下，TDEV(max)的值可能在150℃至225℃的范围内。TDEV(max)可以取决于制造商和材料的类型。在一些情况下，本文所描述的系统和方法可以减小对从晶体管下方的热源(例如，109)通过封装底座106和表面113(例如，并且进一步到达辐射冷却元件)的热流的阻力，如热流线107所例示。热量可以随后从包括芯片100B的器件被耗散例如到空间中。因此，本文所描述的系统和方法可以改善包括微波功率放大器的器件的热效率和性能。
所公开的系统和方法还可以改善微波功率放大器的线性度。在一些方面，对于给定的输出功率和线性度规格，与相似或相同大小的传统放大器相比，根据本文所述方法所生成的功率放大器(例如，包括芯片100B)可以展现出更高的最大输出功率和更高的PAE。更高的最大输出功率可以导致更高的功率输出饱和度(例如，P3dB)电平。具有较高P3dB电平的功率放大器在维持与指定PFD限制相符合的最大功率通量密度(PFD)值的同时，可以使用较大的输入功率补偿，这对于传统功率放大器而言是不可能的。本文所公开的功率放大器的各方面可以提供大的输入功率回退值，而不会导致效率的实质降低。本文所描述的各方面可以通过减少高阶互调产物(例如，三阶或五阶互调产物)在经调制的载波信号上的失真效应来提供改善的功率放大器线性度。
从发射机(例如卫星)到接收机(例如地球站)的信息传送速率可以取决于许多因素。链路预算可以包括信息传送速率的估计。在一些情况下，链路预算可以估计在地球站处检测到卫星信号时可实现的误码率。误码率继而又可以取决于在地球上接收到的调制信号的强度相对于所捕获的噪声和由地球站接收机所贡献的噪声之比。噪声水平和每秒可以发射的信息比特数都可能随着接收机设计的调制信号的瞬时(例如模拟)带宽B[Hz]的增加而增加。不受理论的限制，最大信息传送速率或信道容量C[比特/秒]可以由Shannon-Hartley定理给出：
Figure BDA0003071477670000281
其中B[Hz]是模拟调制带宽，而
Figure BDA0003071477670000282
是信噪比。
如
Figure BDA0003071477670000283
比所定义的，此极限可能是存在噪声时无误差或低误差信息传送的上限。在一些情况下，可以通过利用适当的编码方案对信息进行编码来任意接近此极限。在一些情况下，编码方案可以包括前向纠错和一种类型的调制协议。调制协议可以定义带宽B。在窄带通信中，调制后的载波可以是信号，因此接收机处的载波噪声比可以由下式给出：
Figure BDA0003071477670000284
其中PRX[W]为(例如，接收到的)载波信号功率，并且N[W]是噪声功率电平(例如，如在接收机中的判定电路处所见)。在一些示例中，放大器(例如，壁挂式插头)的效率可以被定义为
Figure BDA0003071477670000285
Figure BDA0003071477670000286
其中PTX[W]是(一个或多个)载波信号周围的调制信号中的输出或发射功率(例如，来自放大器)，并且PDC[W]是被递送到放大器的DC功率。在一些示例中，PDC可以被定义为被递送到放大器芯片(例如，放大器芯片的模拟部分)的功率，其包括至少一个驱动器级和一个输出级，并且不包括调制器、本地振荡器或数模(D/A)转换器。换句话说，DC功率可以是被递送到放大器芯片的功率，或者是被递送到放大器芯片的包含驱动器级和输出级的那部分的功率。放大器芯片可以是(例如，宽带隙)半导体芯片。输出功率PTX和PDC随输入RF信号功率PIN而变化，并且效率η随PIN而变化。PAE可以被定义为
Figure BDA0003071477670000287
其中PTX和PDC如上所述，而PIN是被递送到放大器芯片的输入端子的功率。
在一些情况下，无线通信系统链路预算(例如，下游卫星链路预算)可以包括至少三个部分：(1)在地球接收站的方向上从卫星发射机发出的功率，被称为有效各向同性辐射功率(EIRP)[W]，被给出为EIRP＝PTXGTX，其中GTX为发射机天线增益；(2)链路损耗，诸如路径损耗，其可以包括自由空间传播损耗、大气和雨水吸收以及以L标示的波束去极化，并且可以取决于系统的轨道类型、高度和载波频率；(3)在一个站(例如，地面站)处接收到的功率PRX[W]。以上部分可以间接地取决于载波频率(fo)和调制的瞬时带宽(B)。对接收到的载波噪声比(CNR)的表达式可以被写为：
Figure BDA0003071477670000291
Figure BDA0003071477670000292
或
Figure BDA0003071477670000293
如果以dB来表达数量。
在上面的示例中，GRX是接收天线增益，TSYS[K]是系统噪声温度，k是玻尔兹曼常数。项
Figure BDA0003071477670000294
可以适用于(例如，量化)整个接收机系统，并考虑例如在系统温度TSYS下的天线噪声和由接收机系统的电子器件所添加的噪声。链路损耗(L)可以至少部分地取决于轨道和频率的选择。在一些示例中，可以至少部分地由发射机输出功率PTX、发射机天线增益GTX以及调制的带宽B来定义发射机功率频谱密度(例如，在接收站的方向上)。在一些示例中，可以至少部分地通过选择用于发射信息的特定类型的调制(例如，在载波信号上)来实现指定的误码率，并且调制的类型可以以指定的载波噪声CNR比(例如，在接收机处)来表达。
在一些示例中，卫星链路预算可以包括从(一个或多个)卫星到达地球表面的卫星信号的功率通量密度(PFD)值(例如，最大PFD)。国际电信联盟(ITU)例如在ITU无线电规则PFD限制的第21.16条中已确立了卫星信号的功率通量密度的最大允许值。可以通过以下方式计算最大允许PFD的限制：对于载波f0周围的卫星发射频谱，在增量带宽BFD(由法规指定)上集成的，从卫星以任意仰角θ到达并在地球表面处被测量的最大通量密度
Figure BDA0003071477670000295
不得超过第21.16条指定的PFD限制。对于频率f0、高度r(θ)(例如，根据轨道选择)和瞬时发射带宽B，例如可以根据
Figure BDA0003071477670000296
确定最大EIRP[W]。最大发射机输出功率PTX＝[W]可以从天线增益GTX获得为
Figure BDA0003071477670000297
Figure BDA0003071477670000298
这样的最大发射机输出功率可以定义卫星下游发射机系统的合法操作的限制，并且可以是卫星发射机的设计考虑因素。利用轨道和发射机天线增益，PFD限制可以定义卫星发射机的最大合法输出功率。
在一些示例中，链路预算可以是信号功率项的乘积(或者，可替代地，如果数量以dB来表达，则可以是总和)。信号功率项可以从发射机输出功率开始，并且可以被增益(例如，天线增益)相继增加，并且可以被损耗(例如，自由空间损耗和吸收)减少。可以将结果除以指定调制算法所使用的噪声功率和载波噪声比，以在检测时达到一定的误码率。如果此乘积等于单个一(unity)(例如等于1)，则链接可能处于指定操作的阈值。如果乘积大于单个一，则可以说裕度为正，并且链路可能会比其在阈值处更好的误码率进行操作。相反，如果乘积小于单个一，则链路裕度可能为负，并且链路可能会以比其在阈值处更低的误码率进行操作。在一些示例中，链路预算可以被设计用于被表达为可用性百分比的某个可用性级别(例如，99.99％的可用性)。由于大气条件的波动，可以假定某个可用性概率来计算卫星链路预算。
在一些情况下，给定最大发射功率(例如，在ITU无线电规则PFD限制下)，对发射机的设计考虑因素可以包括：在满足某个卫星能量预算(例如，链路预算)的同时发射最大功率，并为直到最大发射功率的所有功率维持放大器线性度。能量预算的一个参数可以是发射机输出功率(PTX)，并且发射机功率附加效率(PAE)可以被定义为
Figure BDA0003071477670000301
其中PIN是被递送到发射机放大器的输入的功率，并且PDC是被递送到发射机的DC功率(例如，每单位时间的能量)，以实现从发射机发出的PTXRF功率。
在一些示例中，当被接收机接收时，线性约束可以被用来在调制下维持信号形状的保真度。放大器非线性度的程度可以取决于被放大的信号的信号幅度。在RF放大器的一些示例中，输出晶体管可以例如在晶体管输出特性的线性区域中被操作为受控电流源。这样的放大器可以被称为“线性”放大器。在一些示例中，用于放大器的电路配置可以包括A、AB和B类微波放大器。放大器的线性度或非线性度可以部分地由一种或多种互调产物(例如信号失真)来定义。在一些示例中，可以通过评估信号中存在的(一个或多个)互调产物来量化放大器非线性度，并且这种互调产物可以由穿过非线性元件(例如，功率放大器)的正弦信号产生。调制正弦信号的失真(例如，到达接收机)可以包括由(例如，在信号的奇次谐波与基波信号或载波信号之间)互调产物引起的失真。这样的互调产物可以包括例如三阶互调产物(例如，IMP3)和五阶互调产物(例如，IMP5)。这些互调产物可以出现在预期调制的瞬时带宽内。信号失真可能会破坏调制信号的幅度和相位，从而使得接收机可能无法从信号中检测和重建信息。
在一些示例中，当(例如，到功率放大器的)输入信号接近
Figure BDA0003071477670000311
时，来自放大器的输出信号变得失真。如果输入信号的幅度远小于饱和输出功率PSAT[W]，则放大器可能正操作为接近线性，并且放大器的功率增益
Figure BDA0003071477670000312
可能是恒定的(例如，P1可以是来自发射机的有用信号输出功率)。针对调制方案的品质因数可以是以比特/秒表达的信息传送与以赫兹表达的瞬时(例如，模拟)带宽的比率，并且被称为频谱效率。例如，16QAM调制展现出4比特/秒/赫兹，而数字电视标准DVB-T2具有大于5比特/秒/赫兹的频谱效率。许多具有大频谱效率的调制方案都既采用幅度调制又采用相位调制，因此可以取决于放大器线性度，以将符号准确地放置在星座图中。在一些示例中，使发射机合规于特定用途可以包括：满足一个或多个标准，该一个或多个标准调整放大器的可允许互调产物的量(例如，在这样的发射机内)。被驱动接近饱和或进入饱和的放大器(例如，发射功率接近PSAT)可能具有不可接受的信号失真水平，因此在互调产物中发出的功率过多。在一些情况下，根据上述标准，将放大器带到线性一致性可以包括：采用输入功率回退(back off)和数字预失真(DPD)算法的组合来达到足够的放大器线性度。回退程序可以包括将放大器输入功率PIN从
Figure BDA0003071477670000313
减小到任何互调产物被减小到可接受水平(例如，或者将误码率降到所选择的水平)的点。输入功率降低的量可以被称为回退(BO)，常常以dB表达。在一些示例中，BO值的范围可以从3到10dB，具体取决于放大器的线性度和质量。
线性放大器在整个动态范围(例如，动态操作范围)中可以展现出一些小的非线性度水平，但是，残余非线性度通常可以低于可接受操作的，并且可以使用DPD进行管理。在一些示例中，调制方案可以由至少四个参数来表征，至少四个参数包括符号率、比特/符号效率、瞬时带宽以及峰均功率比(PAPR)。所使用的调制类型可以直接确定比特/符号效率和PAPR。在一些示例中，使用若干比特/符号的幅度调制方案可以使PAPR达到10dB。在这样的方案中，调制载波中的平均功率可以比未调制载波中的功率低十倍。相对于连续波(CW)信号，幅度调制可以导致平均输出功率显著降低。在一些示例中，幅度调制方案可以导致在其中输出功率可以远小于峰值输出功率(例如，平均值可以小于峰值PTX值)的情况。大于单个一的峰均功率比可以进一步降低放大器效率。
图2例示出了根据一些方面的示例放大器线性度特性。在一些方面，图2例示出了传统放大器的放大器线性与具有改善的热效率的放大器相比的差异。在一些方面，根据本文公开的各方面，具有改善的热效率的放大器包括金刚石上的GaN(GaND)。例如，具有改善的热效率的放大器可以包括GaND芯片。在一些方面，GaN芯片可以包括类似于图1B的芯片100B的各方面。在一些方面，GaN芯片可以包括MMIC。
图2的曲线图200和220定性地例示出了纵轴上的输出RF功率的各种分量，其是横轴上的输入RF功率PIN[W]的函数。图2的曲线图200例示出了传统放大器(例如，GaN-on-SiC放大器)的基波、三阶互调和增益的输出功率。曲线图200例示出了作为输入功率PIN的函数的基波中的输出功率201P1[W]。在一些情况下，P1可以是信号的载波频率f0附近的调制带宽内的功率。曲线图200例示出了作为输入功率PIN的函数的、由三阶互调IMP3[W]202产生的功率(例如，比较是定性的或相对的)。曲线图200例示出了要被放大的信号经历的增益
Figure BDA0003071477670000321
三阶互调202是信号201内的干扰，并且构成要被降低的信号失真，以便允许改善地检测由调制信号PIN承载的信息。在低PIN模式中的IMP3曲线202中的平坦化可以定性地表示放大器中的残余失真。虚线208所示的P1的线性外推和虚线209所示的IMP3的线性外推之间的交点207被称为三阶截距(TOI)[W]，并且可以是用于表征放大器的非线性度的品质因数。
参照曲线图200，对于低输入功率，输出功率曲线201可以接近线性，因此，曲线203所示出的增益G在线性模式下是相对恒定的。在一些情况下，增益可能趋向于以比曲线203所暗示的更慢的输入功率PIN下降，并且增益下降可能取决于放大器的材料和设计。随着输入功率PIN的增加，可以到达放大器开始饱和且增益下降的点，例如，如输出功率曲线201的平坦化和增益曲线203的减小所示。增益曲线相对于其在低功率处的值降低了3dB时的输出功率被称为P3dB输出电平210。输出功率P1等于P3dB时的输入功率PIN被称为P3dB的输入功率，并且如垂直线205所示。
在一些情况下，PxdB功率定义可以被用于指代放大器增益降低了x dB时的输出功率。如上所指出，如果在饱和状态下使用放大器(例如，输入信号达到P1 dB时的输入功率)，则由放大器发出的对应输出信号(P1+1MP3+...)将失真。该失真可以用以dBc表达的比率P1/IMP3来量化，其中P1是载波信号201中的功率，而IMP3是三阶互调信号202中的功率。如曲线图200所示，该比率(例如，在任何PIN处，曲线201和202之间的垂直间距)可能会很小。在P1dB处的操作可能不足以进行可靠的通信，并且具有这种失真水平的放大器线性化可能是不切实际的。P1/IMP3比率随着输入功率PIN的增加而减小，因为P1随PIN近似线性地增加(例如，曲线201的大部分可能具有第一斜率，如曲线图200中的线208所例示)，而IMP3随PIN的第三功率而增加(例如，曲线202的大部分可能具有第二斜率，如曲线图200中的线209所例示)。
在一些示例中，可以以小于或等于比率P1/IMP3达到用于特定调制的目标值时的输入功率PIN的电平来实现足够的线性度。目标比率可以取决于最终应用而有所不同。例如，对于许多无线标准，目标比率可以大于50dB。出于说明的目的，在图2中，目标P1/IMP3比率可以是25dBc。PIN从PxdB减小到线性度条件可以被称为回退，并且满足线性度条件的最大输出功率可以被称为
Figure BDA0003071477670000341
曲线图200定性地例示出了这一点，其中输入功率PIN从P3dB点210(例如，垂直线205所示的输入功率电平)到垂直虚线206所示的较低电平降低了约4dB，并且输出功率
Figure BDA0003071477670000342
被标示在点204处。输出功率
Figure BDA0003071477670000343
可以小于或等于PFD极限。图2中的左曲线图所示的传统放大器的目标线性度(例如，P1/IMP3＝25dB)和效率(例如，PAE≈18％)可以通过4dB的回退(例如，以dB为单位所测量的在线205和206之间的水平间隔)来实现。
图2的曲线图220定性地例示出了本公开的放大器的基波、三阶互调和增益的输出功率。放大器可以是包括高热导率基底的GaN放大器(例如，可以包括芯片100B)。例如，放大器可以包括GaND基底。曲线图220中示出的是作为输入功率PIN的函数的基波谐波中的输出功率221 P1[W]。在一些情况下，P1可以是载波频率f0周围的调制带宽内的功率。曲线图220例示出了作为输入功率PIN的函数的、由三阶互调IMP3[W]222产生的功率(例如，比较是定性的或相对的)。曲线图220例示出了要被放大的信号经历的增益G＝P1/PIN223。三阶互调222是信号221内的干扰，并且可以指示要被降低的信号失真量，例如以便允许改善地检测由调制信号P1承载的信息。
在低PIN模式中的IMP3曲线222的平坦化可以定性地表示放大器中的残余失真。虚线228所示的P1的线性外推和虚线229所示的IMP3的线性外推之间的交点227被称为三阶截距(TOI)[W]，并且可以是用于表征放大器的非线性度的品质因数。参照曲线图220，对于低输入功率，输出功率曲线221可以接近线性，因此，曲线223所示出的增益G在该线性模式下可以是相对恒定的。在一些情况下，增益可能倾向于以比曲线223所暗示的更慢的输入功率PIN下降，并且增益下降可能取决于放大器的材料和设计。随着输入功率PIN的增加，可以到达放大器开始饱和且增益下降的点，如曲线221的平坦化和增益曲线223的减小所示。增益曲线相对于其在低功率处的值降低了3dB时的输出功率被称为P3dB输出电平230。输出功率P1等于P3dB时的输入功率PIN被称为P3dB的输入功率，并且如垂直线225所示。
在一些方面，放大器芯片可以具有如曲线图220所示的操作特性，并且可以被构建为具有与具有如曲线图200所示的操作特性的传统放大器芯片相同的大小。与曲线图200所示的特性相比，曲线图220的放大器可以提供更多的输出功率(例如，如P3dB点230所指示)，其比曲线图200上的210所示的P3dB值约大3dB。与相同(或相似)大小的传统放大器相比，示例放大器可以具有更高的功率输出。在一些方面，为了减小输出功率P1以满足PFD规范设置的值，可以回退输入功率PIN，直到输出功率P1等于由(例如，PFD规范的)PFD极限所固定的
Figure BDA0003071477670000351
输出功率，例如，如曲线图220中的点224所示，其可以类似于曲线图200中的点204。在一些方面，曲线图220的示例放大器可以具有比曲线图200中示出的P3dB更大的P3dB，同时还具有更大的BO以达到
Figure BDA0003071477670000352
因此，在一些方面，曲线图220的示例放大器的比率P1/IMP3(例如231)可以大于曲线图200的传统放大器的此类比率(例如211)。回退量可以通过曲线图220中的垂直线225和226之间的间隔来示出。在一些方面，曲线图220的示例放大器的P1/IMP3比可以是30dB，大于用曲线图200的传统放大器获得的P1/IMP3值。较高的P1/IMP3比率(例如，对于曲线图220的示例放大器)可以指示示例放大器与传统放大器相比具有更高的线性度。
在传统放大器中，回退输入功率可能具有至少两个缺陷：(i)可能需要更大的放大器来实现特定发射功率，诸如饱和水平至少等于PTX·BO的放大器，以及(ii)线性放大器的功率附加效率(PAE)可能会随着回退的增加而降低(例如，增加的BO会降低PAE)。本公开的各方面可以至少减轻上述缺陷。首先，与相同(或相似)大小的传统放大器相比，所公开的放大器(例如，包括芯片100B)的各方面可以提供更大的输出功率。这样，所公开的放大器的各方面可以提供期望的发射功率PTX，而不必要求增加放大器的大小。对照而言，传统放大器通常可能是增加大小以满足相同(或相似)的期望的发射功率PTX。本公开的一些方面可以允许使用较小的放大器以便满足期望的PTX。在一些方面，与传统放大器相比，所公开的放大器可以具有更大的输入功率回退，而不会经历PAE的显著降低，从而允许更大的效率和改善的线性度。
图3例示出了根据一些方面的示例放大器的功率附加效率(PAE)特性。在一些方面，图3例示出了传统放大器与具有改善的热效率的放大器相比在PAE中的差异。具有改善的热效率的放大器的一些方面包括放大器，该放大器包括诸如MMIC之类的芯片，该芯片包括宽带隙半导体材料(例如，GaND芯片)。在一些方面，这样的芯片可以与图1B的芯片100B相似(或相同)。
图3的曲线图300和曲线图320定性地例示出了纵轴上的PAE[％]，其是横轴上的输入RF功率[W]的函数。在一些方面，曲线图300对应于传统放大器的效率，传统放大器例如是在(一个或多个)SiC基底上包括GaN的放大器。在一些方面，曲线图320对应于具有改善的热管理的所公开的示例放大器(例如，包括芯片100B)的效率。如图3的曲线图300所示，在峰值功率下展现出高PAE(例如，大约P3dB)的放大器可以在回退下以更低的平均功率
Figure BDA0003071477670000361
操作，并且展现出的PAE可以显著低于在峰值功率下(例如，P3dB)。例如，可以在曲线图300中定性地例示出这种现象，该曲线图例示出了作为输入功率PIN的函数的PAE 301。P3dB处的效率302(例如，线205和效率曲线301的交点)大约为30％，但是当放大器回退4dB时，效率下降到大约18％(例如，线206和效率曲线301的交点)，以点303来标示。
曲线图320定性地例示出了具有改善的热效率的放大器的输入功率对PAE的影响。在一些方面，这样的放大器可以包括芯片(例如，芯片100B)，诸如MMIC芯片，该芯片包括高热导率基底(例如，金刚石)，并且该芯片可以具有比包括更低热导率基底(例如SiC)的相同尺寸的芯片更低的热阻。根据图3的曲线图320，相对于相同尺寸芯片的传统技术，本公开的芯片的放大器可以具有改善的输出功率电平(例如，3dB或更高的P3dB改善)和改善的PAE值(例如，PAE改善了20％至30％)。
所公开的放大器的各方面提供了使用较低操作回退值来操作这样的放大器。参照曲线图320中的线301，传统的(例如，放大的)放大器以降低的效率操作以实现线性度中的类似改善。例如，如由PAE曲线326所例示，对于给定的功率和芯片大小，所公开的放大器的各方面可以提供高20％至30％的PAE。曲线图320定性地例示出了用于本公开的放大器的PAE 326可以大于传统放大器的PAE 301，以使得所公开的放大器展现出在P3dB处超过40％的PAE(曲线图320中的点322)，如箭头328所例示。
如曲线图320所示，回退所公开的放大器的输入功率(例如，将功率回退大约7dB，如线325和327之间的间隔所例示)可以将放大器中的PAE带回到可能与较低热导率放大器(例如，PAE约为18％)相同的值，同时具有改善的P1/IMP3比率(例如，点323所示的30dB)。可以用垂直线325例示出递送P3dB输出功率的输入功率，而可以用垂直虚线327示出导致所选择的
Figure BDA0003071477670000371
(例如，保持等于曲线图300所例示的值)的回退功率。在一些方面，尽管放大器具有较大输入功率回退，但是放大器仍比操作在相同PAE下的传统放大器展现出改善的线性度。例如，可以通过箭头329来例示出这种差异。
为了在本公开中进行解释的目的，将输出功率、P3dB电平以及IMP3电平和比率的值用作例示。实际值可以与本文中使用的值不同，并且本文所描述的示例放大器的各方面可以基于应用而有所不同。如所例示的示例中所示，尽管回退可以改善线性度，但是它也会降低能量效率。在一些方面，所公开的放大器(例如，包括芯片100B)与回退相似(或相同)量的功率的传统放大器相比，可以提供较小的效率降低。线性放大器(例如，A、AB、B类)的效率可以取决于输出信号的幅度。
在一些示例中，线性放大器可以使用电源来向放大器提供恒定电压。(例如，线性放大器的)输出功率可以随着输入功率PIN而缓慢变化。在一些情况下，DC功耗可以与输入信号无关，或者至少接近于无关。因此，效率大约与输出信号的幅度(例如，输出RF功率的平方根)成正比。目标线性输出功率
Figure BDA0003071477670000381
可以由目标PFD极限来设置。在一些情况下，传统放大器可以具有足够高的P3dB，以使得回退可导致更好的线性度，但是会以PAE显著降低为代价。反过来，传统放大器可以具有足够低的P3dB，以使得回退可导致较高的PAE，但是会以线性度降低为代价。本公开的各方面在维持高PAE的同时提供了有效的线性度。
与传统微波放大器的某些特性相比，表1在下面例示出了根据所公开的各方面的示例微波放大器的某些特性。在一些方面，示例微波放大器包括GaND芯片(例如，芯片100B)，而传统放大器包括GaN-on-SiC芯片。传统放大器可以是在K频带频率范围(例如，Ku频带，17-20GHz)中使用并且能够提供例如至少10W输出功率的商业上可获得的放大器。表1例示出了示例放大器的公开方面如何能够提供改善的热管理、更高的效率和更多的输出功率。
参数 GaN-on-SiC放大器 GaN-on-diamond放大器
形状因子 裸芯片2.8x2.95mm<sup>2</sup> 裸芯片2.8x3mm<sup>2</sup>
频率(GHz) 17-20 17.3-20.3
光刻节点 150nm栅极 150nm栅极
P3dB 40dBm(10W) 41.1dBm(16W)
CW PAE@P3dB 30％ 42％
增益(S<sub>21</sub>) 30dB 25dB
T<sub>CH</sub> 240℃ 132℃
表1
无线通信系统(例如，包括无线通信链路)可以通过链路预算来表征，并且链路预算可以通过在接收机(例如站、地面站、地球站)处可实现的信噪比的计算来表征——给定可能的系统参数和环境损害。链路预算可以包括许多器件参数，但是出于实际考虑，有可能使用简化的方法，其中可以使用针对每种现象或分量贡献的一个或几个参数来考虑信号传播。在一些示例中，链路预算可以包括从发射设备到接收设备的无线通信信道的至少两个参数。链路参数可以包括沿着信道的功率损耗和噪声累积。在一些示例中，链路预算可以假定到达接收设备的天线的电磁信号可以包括承载信息和噪声的无噪声信号。
无线通信系统链路可以至少部分地以信噪比(SNR)来表征。在一些示例中，无线通信系统链路可以是线性的，并且在这样的示例中，信噪比可以包括信号功率除以噪声功率。链路预算可以包括信号功率、噪声功率或两者。在一些示例中，链路预算可以包括设备(包括无线链路)的增益值和衰减值。链路预算可以被表达为例如接收信号功率等于发射机功率、发射机天线增益、接收机天线增益、路径损耗、发射损耗和其他因素的总和。在一些方面，可通信地耦合到一个或多个天线的发射设备可以将包括发射功率PTX的信号(例如，调制载波)发射到一个或多个天线。诸如天线阵列中的天线(例如，发射天线)或天线元件可以被配置为在特定方向上辐射电磁能量的聚焦波束。效率为100％的天线可以在一个方向上辐射接收功率，如图4中的样本辐射图案中所示。
图4例示出了根据一些方面的示例天线的辐射图案400。在一些方面，图4例示出了作为定向天线(例如410)的角度的函数的辐射强度的图案。图4还例示出了等效功率各向同性辐射器(例如430)的辐射强度的图案。图4还例示出了例如420的天线增益。线410例示出了强度与方向(以dB为单位)，其可以与从原点到线的距离成比例。线430例示出了各向同性辐射器的强度。在一些方面，如线430所例示的所发出的总功率可以等效于由线410所例示的功率。天线增益(G)可以由线420的长度(以dB表达)来例示，并且主瓣强度除以各向同性强度之比可以等效于线420的长度。图4可以例示出最大辐射量(例如，最高发射)可以在零角度方向上，但是，辐射也可以出现在任何一侧。在一个示例中，可以通过假设均一辐射图案(例如，与单瓣辐射图案相反)来估计功率密度。
假设均一分布(例如，在所有方向上的强度近似相等)，则距离r处的功率密度P'[W/m2]可以等于
Figure BDA0003071477670000401
其中EIRP是有效各向同性辐射功率[W]，被给出为EIRP＝PTX·GTX，其中GTX是发射机天线增益。天线增益可以被表达为零角度处的强度(例如，如线420的尖端所示)与发出相等总功率的各向同性辐射器的强度(例如，如线430所示)之比。
发射机可以发射在特定方向上传播的电磁信号。在任何距离r处，可以从
Figure BDA0003071477670000402
获得在与传播方向相垂直的平面上测量的功率密度。传播到地球的电磁波可以穿越一段距离(例如，超过500km)，并最终到达大气，在这里一些功率可能会被大气和/或雨水吸收。另外，波的极化可以随机地被转向。在一些情况下，天线通常可以发出一种极化的波并接收一种极化。在这种情况下，如果极化在传播过程中进行旋转，则与接收机的匹配可能不那么有效，并且可能表现为损耗。可以使用γ(伽马)来指示可以到达接收机的电磁信号的功率部分(例如，信号中未被衰减的部分)。在地球的表面，功率密度可以是
Figure BDA0003071477670000403
Figure BDA0003071477670000404
在一些方面，接收机天线(例如，可通信地耦合到接收设备的天线)可以具有有效孔径区域(AR)。接收到的功率PR可以等于有效接收机天线孔径乘以入射在天线上的电磁信号的功率密度(例如，孔径)的乘积，例如根据PR＝AR·P′[W]。可以通过PR＝λ2GRX/4π·γ·EIRP/4πr2[W]来给出在接收机处(例如，在接收机天线处)接收到的功率，其中AR＝λ2GRX/4π。可替代地，接收功率可以由PR＝GRX·GTX·PTX(λ/4πr)2·γ[W]给出。项(λ/4πr)2可以被称为自由空间损耗，并且γ项可以被分解为至少吸收、极化损耗和雨水吸收。
在一些示例中，噪声功率的估计可以是天线(例如，接收机天线)将捕获多少噪声的估计。在一些情况下，噪声的估计可以包括功率谱密度PSD＝kT,[W/Hz]的热噪声，其中T是光源的温度，并且k是玻尔兹曼常数。在一些情况下，噪声功率可以被表达为噪声温度。PSD和噪声温度可以恒定地彼此线性地成比例。噪声温度可以包括与空间中的背景辐射相关的空间温度。空间温度可以取决于接收频率。在一些情况下，天线的空间温度可以至少为2.7K。在一些情况下，空间温度可以约为100K。噪声温度可以包括恒星和大气反射的辐射的组合所产生的贡献。噪声温度还可以包括来自放大器的噪声和接收系统中波导损耗的贡献。在一些示例中，系统温度TSYS可以取决于噪声功率、噪声温度或空间温度中的任何一个或多个，其大约为290K。在一些示例中，SNR也可以取决于接收机带宽B[Hz]。接收机带宽(例如，以及发射机带宽)可以是确定可以发射数据的速率的因素。SNR可以包括接收信号功率除以由系统接收的总噪声：
Figure BDA0003071477670000411
可以使用kTB来计算噪声功率，其中k是玻尔兹曼常数，T是开氏温度，并且B是带宽。滚降因子可以描述带宽函数随频率的陡度。当数字信号被调制以(例如，由发射设备)进行发射时，调制信号可以是具有有效无限带宽的正弦波形。升高的余弦滚降滤波器可以被应用，以便减少信号的占用带宽。滚降可以是频谱效率的度量，例如多少数据可以被拟合到特定的带宽中。卫星信号带宽的一个示例可以是至少约1200兆赫兹(MHz)。应用滚降为0.1的滤波器可以将此带宽减少到1091Msym/秒。滚降因子可以是0.35。在一些示例中，滚降因子可以在0.2至0.4的范围内。在一些示例中，滚降因子可以大于0.1。在一些示例中，调制方案可以是128APSK，其每个符号使用7个比特。在一些情况下，符号率可以是发射比特率除以7。
在一些示例中，噪声功率可以随着瞬时(例如，模拟)带宽B[Hz]而增加，并且每秒可以发射的信息的比特数可以随着B而增加。调制码可以由以比特/秒/赫兹给出的频谱效率ηs来表征。使用此特征，如果系统构建为具有模拟带宽B[Hz]，并使用具有ηs的特定调制方案，则估计的比特率ηs·B[比特/秒]可能大于4Gbps。最大信息传送速率通常可以被称为信道容量C[比特/秒]，可以由Shannon-Hartley定理给出，被表达为C＝B log2(1+S/N)，其中S/N是信号与噪声功率之比。在通过S/N比所定义的噪声存在的情况下下，信道容量C可以包括无错误或几乎无错误的信息传送的上限。
示例
卫星通信系统的一个示例至少包括卫星和接收机。卫星的高度为500km。在其他示例中，高度可以在400至600km之间。信号发射频率在Ka频带中，并且为18.3GHz。在其他示例中，信号发射频率可以在18.3和20.2GHz之间。卫星发射机具有为10W的RF功率。在其他示例中，发射机可以具有为20或50W的功率。发射机的噪声功率比为30dB。在其他示例中，噪声功率比可以在15dB与30dB之间。交叉极化隔离(XPI)为22dB。天线直径为0.5m，但是其他示例可以使用更小的天线(例如，直径为0.45至1.2米的天线)或更大的天线(例如，直径为2至5米)。天线效率为0.45。(例如，使用效率、天线直径和发射信号的波长)计算出的天线增益为36.16dBi。指向误差为1.0度。对于这些值，发射机以43.88dBW的EIRP进行发射。
多种因素贡献给信号衰减或传播损耗。仰角角度为20度。在其他示例中，仰角角度可以是从15度到25度的范围内的值。路径长度是1193km。根据路径长度和信号波长计算出的自由空间路径损耗为179.22dB)。大气气体损耗为1.5dB，并且范围可能为0-10dB。由于雨衰所引起的预期损耗为20dB。总传播损耗是自由空间路径损耗和环境损耗(例如，大气气体损耗和雨衰)的总和，并且等于200.72dB。接收机处的增益贡献给信号强度，并且取决于接收机天线的几何形状。接收机天线的直径为13.2米。在其他示例中，天线直径可以在10-20米的范围内。在此示例中，天线的效率为0.6。使用效率、信号波长和天线直径计算出的增益为65.84dBi。
接收机还造成信号损耗。接收机处的指向损耗为0.2dB。XPI损耗为25dB。天线的温度为75K。接收机低噪声放大器(LNA)噪声系数为2dB。使用噪声系数计算出的LNA噪声有效温度为169.62K。馈线操作温度为300K。馈线和输入滤波器损耗为1dB。使用噪声有效温度、馈线操作温度、馈线损耗和天线温度计算出的有效系统噪声温度为290.90K。包括这些因素，在整个温度内的接收机增益为40.01dB/K。卫星被分配了1200MHz的带宽。发射机的滚降因子为0.1。滚降因子可以在0到0.4之间。根据所分配的带宽和滚降因子计算出的符号率是1090.91Msym/秒。使用128APSK的调制方案，符号率对应于每个符号7比特。码率是0.8。开销为0.1。发射机和接收机的增益和损耗之和为-102.2dB。载波信号等于加到10dBW发射机功率上的总和，总计-92.2dBW。由噪声温度和符号率计算出噪声信号，并且等于-113.58dBW。计算出的CNR为21.39dB。当加上由于XPI和噪声功率比引起的损耗时，CNR变为17.51dB。使用带宽和CNR计算出的香农容量为7.01Gbps。考虑到编码和开销，这降低到5.05Gbps。远离香农的dB因子为3dB。数据速率为5.84Gbps，并且使用带宽和C/N因子(例如CNR)减去线性空间中的dB因子而计算得出。考虑到编码和开销，数据速率为4.21Gbps。
卫星通信系统的另一示例至少包括卫星和接收机。卫星的高度为500km。在其他示例中，高度可以在400至600km之间。信号发射频率为42GHz。卫星发射机具有为5W的RF功率。在其他示例中，发射机具有为10W、20W或50W的功率。发射机的噪声功率比为15dB。在其他示例中，噪声功率比可以在15dB与30dB之间。交叉极化隔离(XPI)为22dB。天线直径为0.5m，但是其他示例可以使用小天线(例如，直径0.45至1.2米)或大天线(例如，直径2至5米)。天线效率为0.45。(例如，使用效率、天线直径和发射信号的波长)计算出的天线增益为43.4dBi。指向误差为1.0度。对于这些值，发射机以47.37dBW的EIRP进行发射。
信号衰减或传播损耗与多种因素有关。仰角角度为20度。在其他示例中，仰角角度可以是从15度到25度的范围内的值。路径长度是1193km。根据路径长度和信号波长计算出的自由空间路径损耗为86.44dB)。大气气体损耗为1.5dB，并且范围可能为0-10dB。由于雨衰所引起的预期损耗为20dB。总传播损耗是自由空间路径损耗和环境损耗(例如，大气气体损耗和雨衰)的总和，并且等于212.94dB。接收机处的增益贡献给信号强度，并且取决于接收机天线的几何形状。接收机天线的直径为12米。在其他示例中，天线直径可以在10-20米的范围内。在此示例中，天线的效率为0.6。使用效率、信号波长和天线直径计算出的增益为72.23dBi。
接收机还可以造成信号损耗。接收机处的指向损耗为0.2dB。XPI损耗为25dB。天线的温度为75K。接收机低噪声放大器(LNA)噪声系数为2dB。使用噪声系数计算出的LNA噪声有效温度为169.62K。馈线操作温度为300K。馈线和输入滤波器损耗为1dB。使用噪声有效温度、馈线操作温度、馈线损耗和天线温度计算出的有效系统噪声温度为290.90K。包括这些因素，在整个温度范围内的接收机增益为46.39dB/K。
卫星被分配了2000MHz的带宽。发射机的滚降因子为0.1。滚降因子可以在0到0.4之间。根据所分配的带宽和滚降因子计算出的符号率是1818.18Msym/秒。对于使用128APSK的调制方案，此符号率对应于每个符号7比特。码率是0.8。开销为0.1。发射机和接收机的增益和损耗之和为-101.53dB。载波信号等于加到10dBW发射机功率上的总和，总计为-94.54dBW。由噪声温度和符号率计算出噪声信号，并且等于-111.37dBW。计算出的CNR为16.82dB。当加上由于XPI和噪声功率比引起的损耗时，CNR变为16.82dB。使用带宽和CNR计算出的香农容量为8.2Gbps。考虑到编码和开销，这降低到5.91Gbps。远离香农的dB因子为3dB。数据速率为6.37Gbps，使用带宽和C/N因子(例如CNR)减去线性空间中的dB因子而计算得出。考虑到编码和开销，数据速率为4.59GBps。
卫星通信系统的另一示例至少包括卫星和接收机。卫星的高度为6000km。在其他示例中，高度可以在5000和7000km之间。信号发射频率为42GHz。卫星发射机具有为5W或6.99dBW的RF功率。在其他示例中，发射机可以具有10W、20W或50W的功率。发射机的噪声功率比为30dB。在其他示例中，噪声功率比可以在15dB与30dB之间。交叉极化隔离(XPI)为22dB。天线直径为0.5m，但是其他示例可以使用小天线(例如，直径0.45至1.2米)或大天线(例如，直径2至5米)。天线效率为0.45。(例如，使用效率、天线直径和发射信号的波长)计算出的天线增益为43.4dBi。指向误差为1.0度。对于这些值，发射机以47.37dBW的EIRP进行发射。
多种因素贡献给信号衰减或传播损耗。仰角角度为20度。在其他示例中，仰角角度可以是从15度到25度的范围内的值。路径长度是1193km。根据路径长度和信号波长计算出的自由空间路径损耗为86.44dB。大气气体损耗为1.5dB，并且范围可能为0-10dB。假设下大雨，由于雨衰所引起的预期损耗为25dB。总传播损耗是自由空间路径损耗和环境损耗(例如，大气气体损耗和雨衰)的总和，并且等于230.15dB。接收机处的增益贡献给信号强度，并且取决于接收机天线的几何形状。接收机天线的直径为12米。在其他示例中，天线直径可以在10-20米的范围内。在此示例中，天线的效率为0.6。使用效率、信号波长和天线直径计算出的增益为72.23dBi。
接收机还可以造成信号损耗。接收机的指向损耗为0.2dB。XPI损耗为25dB。天线的温度为75K。接收机低噪声放大器(LNA)噪声系数为2dB。使用噪声系数计算出的LNA噪声有效温度为169.62K。馈线操作温度为300K。馈线和输入滤波器损耗的总和为1dB。使用噪声有效温度、馈线操作温度、馈线损耗和天线温度计算出的有效系统噪声温度为290.90K。包括这些因素，在整个温度范围内的接收机增益为46.39dB/K。
卫星被分配了250MHz的带宽。发射机的滚降因子为0.1。滚降因子可以在0到0.4之间。根据所分配的带宽和滚降因子计算出的符号率是227.27Msym/秒。对于使用128APSK的调制方案，此符号率对应于每个符号7比特。码率是0.8。开销为0.1。发射机和接收机的增益和损耗之和总计为-118.74dB。载波信号等于加到10dBW发射机功率上的总和，总计为-111.75dBW。由噪声温度和符号率计算出噪声信号，并且等于-120.40dBW。计算出的CNR为8.65dB。当加上由于XPI和噪声功率比引起的损耗时，CNR变为8.33dB。使用带宽和CNR计算出的香农容量为0.74Gbps。考虑到编码和开销，这降低到0.53Gbps。远离香农的dB因子为3dB。数据速率为0.54Gbps，并且是使用带宽和C/N因子(例如CNR)减去线性空间中的dB因子而计算得出的。考虑到编码和开销，数据速率为0.39Gbps。
卫星通信系统的另一示例至少包括卫星和接收机。卫星的高度为6000km。在其他示例中，高度可以在5000和7000km之间。信号发射频率是Ka频带，并且是在17.7-20.2GHz范围内的频率。卫星发射机具有为300W的RF功率。在其他示例中，发射机可以具有在200-400W之间的功率。发射机的噪声功率比为15dB。在其他示例中，噪声功率比可以在15dB与30dB之间。交叉极化鉴别(XPD)大于15dB。(例如，使用效率、天线直径和发射信号的波长)计算出的天线增益为40dBi。在其他示例中，天线增益可以在38-42dBi之间。卫星被分配了20GHz的带宽。卫星通信系统的总容量至少约为50Gbps。
卫星通信系统的另一示例至少包括卫星和接收机。卫星的高度可能约为6000km。在其他示例中，高度可以在5000和7000km之间。在其他示例中，卫星的高度可以是约500km或在400至600km之间。信号发射频率是E频带，并且是在从约71GHz到约76GHz的范围内的频率。卫星发射机具有约为40W的RF功率。发射机的噪声功率比约为15dB。交叉极化鉴别(XPD)约为18dB。
示例1是一种用于发射或接收数据的芯片，该芯片包括：包括第一材料的第一基底；和与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底和所述第二基底之间的界面区域在约1332cm-1处展现出sp3碳峰，如通过拉曼光谱法所测量，其具有不大于5.0cm-1的半峰全宽，其中所述第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据。
在示例2中，示例1的主题包括，其中所述芯片包括射频放大器电路。
在示例3中，示例1的主题包括，其中所述第一基底具有大于约1000W/mK的热导率。
在示例4中，示例3的主题包括，其中所述第一基底包括金刚石。
在示例5中，示例1的主题包括，其中所述第二基底是半导体。
在示例6中，示例5的主题包括，其中所述第二基底包括III-V族半导体。
在示例7中，示例6的主题包括，其中所述第二基底包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的材料。
在示例8中，示例5的主题包括，其中所述第二基底包括硅。
在示例9中，示例1的主题包括，其中所述界面区域在1550cm-1处展现出sp2碳峰，其具有不大于背景减法后的所述sp3碳峰的20％高度的幅度，如通过拉曼光谱法所测量的。
在示例10中，示例9的主题包括，其中所述界面区域展现出大于或等于10％的局部背景强度的所述sp3碳峰。
在示例11中，示例1的主题包括，其中所述传送速率是至少每秒10吉比特。
在示例12中，示例1的主题包括，其中所述传送速率是至少每秒12吉比特。
在示例13中，示例1的主题包括，其中所述传送速率是至少14吉比特/秒。
在示例14中，示例1的主题包括，其中所述传送速率是至少每秒100吉比特。
在示例15中，示例1的主题包括，其中所述传送速率为至少每秒1太比特。
在示例16中，示例1的主题包括，其中所述频率在从37.5GHz到300GHz的范围内。
在示例17中，示例1的主题包括，其中所述频率在从37.5GHz到40.5GHz的范围内。
在示例18中，示例1的主题包括，其中所述芯片包括晶体管，所述晶体管包括所述第二基底。
在示例19中，示例1的主题包括，其中所述晶体管具有小于40纳米(nm)的特征大小。
在示例20中，示例1的主题包括，其中所述频率具有至少50MHz的带宽。
示例21是一种用于发射或接收数据的芯片，该芯片包括：包括第一材料的第一基底；和与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第一基底和所述第二基底是晶格匹配的，以使得(i)对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，所述芯片在小于30dBi的天线增益内输出5W至42W范围内的有效辐射功率，以及(ii)所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率来发射或接收所述数据。
示例22是一种用于发射或接收数据的芯片，包括：包括第一材料的第一基底；和与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以在所述第一基底和第二基底之间提供大于或等于1000W/mK的热导率，并且其中所述第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据。
示例23是一种用于发射或接收数据的芯片，其包括：包括第一材料的第一基底；和与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，其中所述第一基底和所述第二基底是晶格匹配的，以使得(i)所述芯片输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且载波噪声比大于25dB，以及(ii)所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少50MHz范围内的带宽来发射或接收所述数据。
示例24是一种用于发射或接收数据的芯片，该芯片包括：包括第一材料的第一基底；和与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，其中所述第一基底和所述第二基底是晶格匹配的，以使得(i)所述芯片输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且噪声功率干扰比小于20dB，以及(ii)所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据。
示例25是一种用于发射或接收数据的系统，该系统包括：芯片，该芯片包括：(i)包括第一材料的第一基底；以及(ii)与所述第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底与所述第二基底之间的界面区域在约1332cm-1处展现出sp3碳峰，其具有不大于5.0cm-1的半峰全宽，如通过拉曼光谱法所测量，其中所述第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据；和可操作地耦合到所述芯片的发射或接收单元，该发射或接收单元被配置为发射或接收所述数据。
在示例26中，示例25的主题包括，其中所述芯片和所述发射或接收单元是卫星的一部分。
在示例27中，示例26的主题包括，其中所述卫星是立方体卫星。
在示例28中，示例26的主题包括，其中所述卫星的重量小于50千克。
在示例29中，示例26的主题包括，还包括一个或多个附加卫星，每个卫星包括所述芯片和发射或接收单元。
在示例30中，示例25的主题包括，其中所述发射或接收单元包括一个或多个天线。
在示例31中，示例25的主题包括，其中所述发射或接收单元被配置为向远程发射或接收单元发射或接收所述数据。
在示例32中，示例25的主题包括，其中所述数据包括语音、音频或视频数据中的至少一个。
示例33是一种用于发射数据的芯片，包括：可操作地耦合至基底的半导体层，其中所述基底具有大于约1000W/mK的热导率，其中所述热导率使得所述芯片能够以至少40％的效率以及至少30dB的增益来产生至少10W输出功率W，以用于放大信号并以至少每秒4吉比特的传送速率和至少18GHz的频率来发射所述数据。
在示例34中，示例33的主题包括，其中所述芯片包括射频放大器电路。
在示例35中，示例33的主题包括，其中所述射频放大器电路包括集成的微波电路或集成的毫米波电路。
在示例36中，示例33的主题包括，其中所述基底包含金刚石。
在示例37中，示例33的主题包括，其中所述半导体层包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的III-V族半导体。
在示例38中，示例33的主题包括，其中来自所述芯片的噪声功率比的干扰电平小于或等于20dB。
在示例39中，示例33的主题包括：其中来自所述芯片上的交叉极化的干扰电平小于或等于12dB。
示例40是一种用于发射数据的发射设备，包括：示例33的芯片；和可操作地耦合到所述芯片的发射天线，其中所述芯片被配置为向所述发射天线提供所述输出功率，以用于以所述传送速率和所述频率来发射所述数据。
在示例41中，示例40的主题包括，其中所述器件是卫星发射机。
在示例42中，示例41的主题包括，其中所述卫星发射机被配置为在至少400km的高度处发射所述数据。
在示例43中，示例41的主题包括，其中所述卫星发射机被配置为在约400km和约600km之间的高度处发射所述数据。
在示例44中，示例41的主题包括，其中所述发射天线具有小于或等于0.5米的直径。
在示例45中，示例40的主题包括，其中所述发射天线具有至少45％的效率。
在示例46中，示例40的主题包括，其中所述发射天线具有至少36dBi的增益。
在示例47中，示例40的主题包括，其中所述发射设备具有小于或等于1度的指向误差。
在示例48中，示例40的主题包括，其中所述发射设备具有小于2.3或等于dB的指向损耗。
在示例49中，示例40的主题包括，其中所述发射设备具有至少43dBW的有效各向同性辐射功率。
示例50是一种数据通信链路，包括，示例40的发射设备；和与所述发射设备进行无线通信的接收设备，其中所述接收设备被配置为接收从所述发射设备发射的所述数据。
在示例51中，示例50的主题包括，其中所述接收设备包括具有至少65dBi的增益和至少60％的效率的接收天线。
在示例52中，示例50的主题包括，其中每个载波的分配带宽为至少约1200MHz。
在示例53中，示例50的主题包括，其中所述链路具有小于或等于114dB的噪声功率。
在示例54中，示例50的主题包括，其中所述链路具有大于18dB的信噪比。
在示例55中，示例50的主题包括，其中所述链路具有至少每秒5吉比特的最大信道数据速率容量。
在示例56中，示例50的主题包括，其中所述链路具有至少5bps/Hz的频谱效率。
在示例57中，示例51的主题包括，其中所述接收设备的所述接收天线具有至少12米的直径。
在示例58中，示例51的主题包括，其中在所述接收设备的所述接收天线处接收到的功率通量密度为至少80dBW/m2。
在示例59中，示例50的主题包括，其中所述链路遭受至少200dB的传播损耗。
在示例60中，示例33的主题包括，其中所述信号包括调制的载波信号，并且其中相对于所述调制的载波信号，所述芯片具有减小的信号失真，从而所述芯片的线性度被改善。
在示例61中，示例60的主题包括，其中所述信号失真包括n阶互调产物。
在示例62中，示例61的主题包括，其中所述n阶互调产物包括三阶互调产物或五阶互调产物。
在示例63中，示例61的主题包括，其中所述芯片的所述线性度与(i)所述调制的载波信号的输出功率与(ii)所述n阶互调产物的功率之比率相关联。
在示例64中，示例63的主题包括，其中所述比率为至少30dB。
在示例65中，示例63的主题包括，其中所述芯片的操作信道温度小于200℃。
在示例66中，示例33的主题包括，其中所述输出功率对应于所述芯片的线性操作模式中的最大输出功率。
在示例67中，示例33的主题包括，其中所述效率对应于所述芯片的线性操作模式中的功率附加效率(PAE)。
在示例68中，示例33的主题包括，其中从所述芯片的饱和水平到所述芯片的线性操作模式，使到所述芯片的输入功率回退至少5dB。
示例69是一种用于发射数据的芯片，包括：可操作地耦合到基底的半导体层，其中所述基底具有大于约1000W/mK的热导率，并且其中所述热导率使得所述芯片能够以至少40％的效率和至少30dB的增益来产生至少5W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒300兆比特的传送速率和至少40GHz的频率来发射所述数据。
在示例70中，示例69的主题包括，其中所述芯片包括射频放大器电路。
在示例71中，示例69的主题包括，其中所述射频放大器电路包括集成的微波电路或集成的毫米波电路。
在示例72中，示例69的主题包括，其中所述基底包括金刚石。
在示例73中，示例69的主题包括，其中所述半导体层包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的III-V族半导体。
在示例74中，示例69的主题包括：其中来自所述芯片的噪声功率比的干扰电平小于或等于大约23dB。
在示例75中，示例69的主题包括：其中来自所述芯片上的交叉极化的干扰电平小于或等于大约15dB。
示例76是一种用于发射数据的发射设备，包括：示例69的芯片；和可操作地耦合到所述芯片的发射天线，其中所述芯片被配置为向所述发射天线提供所述输出功率，以用于以所述传送速率和所述频率来发射所述数据。
在示例77中，示例76的主题包括，其中所述器件是卫星发射机。
在示例78中，示例77的主题包括，其中所述卫星发射机被配置为在至少5000km的高度处发射所述数据。
在示例79中，示例78的主题包括，其中所述卫星发射机被配置为在6000km的高度处发射所述数据。
在示例80中，示例76的主题包括，其中所述发射天线具有小于或等于0.5米的直径。
在示例81中，示例76的主题包括，其中所述发射天线具有至少45％的效率。
在示例82中，示例76的主题包括，其中所述发射天线具有至少43dBi的增益。
在示例83中，示例76的主题包括，其中所述发射设备的指向误差小于或等于0.5度。
在示例84中，示例76的主题包括，其中所述发射设备具有小于或等于3dB的指向损耗。
在示例85中，示例76的主题包括：其中所述发射设备具有至少47dBW的有效各向同性辐射功率。
示例86是一种数据通信链路，包括：示例76的发射设备；和与所述发射设备进行无线通信的接收设备，其中所述接收设备被配置为接收从所述发射设备发射的所述数据。
在示例87中，示例86的主题包括，其中所述接收设备包括具有至少72dBi的增益和至少60％的效率的接收天线。
在示例88中，示例86的主题包括，其中每个载波的分配带宽为至少250MHz。
在示例89中，示例86的主题包括，其中所述链路具有小于约120dBW的噪声功率。
在示例90中，示例86的主题包括，其中所述链路具有大于约8.5dB的信噪比。
在示例91中，示例86的主题包括，其中所述链路具有至少每秒500兆比特的最大信道数据速率容量。
在示例92中，示例86的主题包括，其中所述链路具有至少2.9bps/Hz的频谱效率。
在示例93中，示例87的主题包括，其中所述接收设备的所述接收天线具有至少12米的直径。
在示例94中，示例87的主题包括，其中在所述接收设备的所述接收天线处的功率通量密度为至少99dBW/m2。
在示例95中，示例86的主题包括，其中所述链路遭受至少200dB的传播损耗。
在示例96中，示例76的主题包括，其中所述信号包括调制的载波信号，并且其中相对于所述调制的载波信号，所述芯片具有减小的信号失真，从而所述芯片的线性度被改善。
在示例97中，示例96的主题包括，其中所述信号失真包括n阶互调产物。
在示例98中，示例97的主题包括，其中所述n阶互调产物包括三阶互调产物或五阶互调产物。
在示例99中，示例97的主题包括：其中所述芯片的所述线性度与(i)所述调制的载波信号的输出功率与(ii)所述n阶互调产物的功率之比率相关联。
在示例100中，示例99的主题包括，其中所述比率为至少30dB。
在示例101中，示例99的主题包括，其中所述芯片的操作信道温度小于200℃。
在示例102中，示例76的主题包括，其中所述输出功率对应于所述芯片的线性操作模式中的最大输出功率。
在示例103中，示例76的主题包括，其中所述效率对应于所述芯片的线性操作模式中的功率附加效率(PAE)。
在示例104中，示例76的主题包括，其中从所述芯片的饱和水平到所述芯片的线性操作模式，使到所述芯片的输入功率回退至少5dB。
示例105是一种装置，该装置包括用于执行示例1至104中的任何操作的模块。
示例106是执行示例1到104中任何一个的操作的系统。
示例107是实现示例1–104中任何一个的方法。
尽管本公开的优选实施方式已经在本文中被示出和描述，但是对于本领域技术人员而言容易理解的是，这样的实施方式仅通过示例的方式来提供。并非旨在使本公开受到说明书内所提供的特定示例的限制。尽管已经参考前述说明书描述了本公开，但是本文中的实施方式的描述和例示并不意味着以限制性的意义来进行解释。在不脱离本公开的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替代。此外，应当理解，本公开的所有方面不限于本文所阐述的取决于各种条件和变量的特定描绘、配置或相对比例。应当理解，在实践本公开中可以采用本文所描述的本公开的实施方式的各种替代方案。因此，可以预期的是，本公开还将涵盖任何这样的替代、修改、变化或等同物。所意图的是，以下权利要求限定本公开的范围并且由此涵盖这些权利要求的范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (120)

1.一种用于发射或接收数据的芯片，包括：
包括第一材料的第一基底；和
与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底与所述第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，并且
其中所述第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据。
2.根据权利要求1所述的芯片，其中所述芯片包括射频放大器电路。
3.根据权利要求1所述的芯片，其中所述第一基底具有大于约1000W/mK的热导率。
4.根据权利要求3所述的芯片，其中所述第一基底包括金刚石。
5.根据权利要求1所述的芯片，其中所述第二基底是半导体。
6.根据权利要求5所述的芯片，其中所述第二基底包括III-V族半导体。
7.根据权利要求6所述的芯片，其中所述第二基底包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的材料。
8.根据权利要求5所述的芯片，其中所述第二基底包括硅。
9.根据权利要求1所述的芯片，其中所述界面区域在1550cm·1处展现出sp2碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp2碳峰具有不大于背景减法后的所述sp3碳峰的20％高度的幅度。
10.根据权利要求9所述的芯片，其中所述界面区域展现出大于或等于10％的局部背景强度的所述sp3碳峰。
11.根据权利要求1所述的芯片，其中所述传送速率为至少每秒10吉比特。
12.根据权利要求1所述的芯片，其中所述传送速率为至少每秒12吉比特。
13.根据权利要求1所述的芯片，其中所述传送速率是至少每秒14吉比特。
14.根据权利要求1所述的芯片，其中所述传送速率是至少每秒100吉比特。
15.根据权利要求1所述的芯片，其中所述传送速率是至少每秒1太比特。
16.根据权利要求1所述的芯片，其中所述频率在从37.5GHz到300GHz的范围内。
17.根据权利要求1所述的芯片，其中所述频率在从37.5GHz到40.5GHz的范围内。
18.根据权利要求1所述的芯片，其中所述芯片包括晶体管，所述晶体管包括所述第二基底。
19.根据权利要求18所述的芯片，其中所述晶体管具有小于40纳米(nm)的特征大小。
20.根据权利要求1所述的芯片，其中所述频率具有至少50MHz的带宽。
21.一种用于发射或接收数据的芯片，包括：
包括第一材料的第一基底；和
与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，
其中所述第一基底和所述第二基底是晶格匹配的，以使得(i)对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，所述芯片在小于30dBi的天线增益内输出5W至42W范围内的有效辐射功率，以及(ii)所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率来发射或接收所述数据。
22.一种用于发射或接收数据的芯片，包括：
包括第一材料的第一基底；和
与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以在所述第一基底和第二基底之间提供大于或等于1000W/mK的热导率，并且
其中所述第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据。
23.一种用于发射或接收数据的芯片，包括：
包括第一材料的第一基底；和
与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，其中所述第一基底和所述第二基底是晶格匹配的，以使得(i)所述芯片输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且载波噪声比大于25dB，以及(ii)所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少50MHz范围内的带宽来发射或接收所述数据。
24.一种用于发射或接收数据的芯片，包括：
包括第一材料的第一基底；和
与所述第一基底相邻的第二基底，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，其中所述第一基底和所述第二基底是晶格匹配的，以使得(i)所述芯片输出5W至42W范围内的有效辐射功率，且噪声功率干扰比小于20dB，以及(ii)所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据。
25.一种用于发射或接收数据的系统，包括：
芯片，包括：(i)包括第一材料的第一基底，和(ii)与所述第一基底相邻的第二基底，该第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底和所述第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，其中所述第一基底和所述第二基底允许所述芯片以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射或接收所述数据；和
可操作地耦合到所述芯片的发射或接收单元，该发射或接收单元被配置为发射或接收所述数据。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述芯片和所述发射或接收单元是卫星的一部分。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述卫星是立方体卫星。
28.根据权利要求26所述的系统，其中所述卫星的重量小于50千克。
29.根据权利要求26所述的系统，还包括一个或多个附加卫星，每个卫星包括所述芯片和发射或接收单元。
30.根据权利要求25所述的系统，其中所述发射或接收单元包括一个或多个天线。
31.根据权利要求25所述的系统，其中所述发射或接收单元被配置为向远程发射或接收单元发射或接收所述数据。
32.根据权利要求25所述的系统，其中所述数据包括语音、音频或视频数据中的至少一个。
33.一种用于发射数据的芯片，包括：
可操作地耦合到基底的半导体层，其中所述基底具有大于约1000W/mK的热导率，其中所述热导率使得所述芯片能够以至少40％的效率以及至少30dB的增益来产生至少10W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒4吉比特的传送速率和至少18GHz的频率来发射所述数据。
34.根据权利要求33所述的芯片，其中所述芯片包括射频放大器电路。
35.根据权利要求33所述的芯片，其中所述射频放大器电路包括集成的微波电路或集成的毫米波电路。
36.根据权利要求33所述的芯片，其中所述基底包括金刚石。
37.根据权利要求33所述的芯片，其中所述半导体层包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的III-V族半导体。
38.根据权利要求33所述的芯片，其中来自所述芯片的噪声功率比的干扰电平小于或等于20dB。
39.根据权利要求33所述的芯片，其中来自所述芯片上的交叉极化的干扰电平小于或等于12dB。
40.一种用于发射数据的发射设备，包括：权利要求1-24和33-39中任一项所述的芯片；和
可操作地耦合到所述芯片的发射天线，其中所述芯片被配置为向所述发射天线提供所述输出功率，以用于以所述传送速率和所述频率来发射所述数据。
41.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述设备是卫星发射机。
42.根据权利要求41所述的发射设备，其中所述卫星发射机被配置为在至少400km的高度处发射所述数据。
43.根据权利要求41所述的发射设备，其中所述卫星发射机被配置为在约400km至约600km之间的高度处发射所述数据。
44.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述发射天线具有小于或等于0.5米的直径。
45.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述发射天线具有至少45％的效率。
46.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述发射天线具有至少36dBi的增益。
47.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述发射设备具有小于或等于1度的指向误差。
48.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述发射设备具有小于2.3或等于dB的指向损耗。
49.根据权利要求40所述的发射设备，其中所述发射设备具有至少43dBW的有效各向同性辐射功率。
50.一种数据通信链路，包括：
根据权利要求40-49中任一项所述的发射设备；和
与所述发射设备进行无线通信的接收设备，其中所述接收设备被配置为接收从所述发射设备发射的所述数据。
51.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中所述接收设备包括具有至少65dBi的增益和至少60％的效率的接收天线。
52.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中每个载波的分配带宽为至少约1200MHz。
53.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中所述链路具有小于或等于114dB的噪声功率。
54.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中所述链路具有大于18dB的信噪比。
55.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中所述链路具有至少每秒5吉比特的最大信道数据速率容量。
56.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中所述链路具有至少5bps/Hz的频谱效率。
57.根据权利要求51所述的数据通信链路，其中所述接收设备的所述接收天线具有至少12米的直径。
58.根据权利要求51所述的数据通信链路，其中在所述接收设备的所述接收天线处接收到的功率通量密度为至少80dBW/m2。
59.根据权利要求50所述的数据通信链路，其中所述链路遭受至少200dB的传播损耗。
60.根据权利要求33-39中任一项所述的芯片，其中所述信号包括调制的载波信号，并且其中相对于所述调制的载波信号，所述芯片具有减小的信号失真，从而所述芯片的线性度被改善。
61.根据权利要求60所述的芯片，其中所述信号失真包括n阶互调产物。
62.根据权利要求61所述的芯片，其中所述n阶互调产物包括三阶互调产物或五阶互调产物。
63.根据权利要求61所述的芯片，其中所述芯片的所述线性度与(i)所述调制的载波信号的输出功率与(ii)所述n阶互调产物的功率之比率相关联。
64.根据权利要求63所述的芯片，其中所述比率为至少30dB。
65.根据权利要求63所述的芯片，其中所述芯片的操作信道温度小于200℃。
66.根据权利要求33-39中任一项所述的芯片，其中所述输出功率对应于所述芯片的线性操作模式中的最大输出功率。
67.根据权利要求33-39中任一项所述的芯片，其中所述效率对应于所述芯片的线性操作模式中的功率附加效率(PAE)。
68.根据权利要求33-39中任一项所述的芯片，其中从所述芯片的饱和水平到所述芯片的线性操作模式，使到所述芯片的输入功率回退至少5dB。
69.一种用于发射数据的芯片，包括：
可操作地耦合到基底的半导体层，其中所述基底具有大于约1000W/mK的热导率，并且
其中所述热导率使得所述芯片能够以至少40％的效率和至少30dB的增益来产生至少5W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒300兆比特的传送速率和至少40GHz的频率来发射所述数据。
70.根据权利要求69所述的芯片，其中所述芯片包括射频放大器电路。
71.根据权利要求69所述的芯片，其中所述射频放大器电路包括集成的微波电路或集成的毫米波电路。
72.根据权利要求69所述的芯片，其中所述基底包括金刚石。
73.根据权利要求69所述的芯片，其中所述半导体层包括选自由GaN、InGaN、AlGaN和InGaAlN组成的群组中的III-V族半导体。
74.根据权利要求69所述的芯片，其中来自所述芯片的噪声功率比的干扰电平小于或等于约23dB。
75.根据权利要求69所述的芯片，其中来自所述芯片上的交叉极化的干扰电平小于或等于约15dB。
76.一种用于发射数据的发射设备，包括：
根据权利要求69-75中任一项所述的芯片；和
可操作地耦合到所述芯片的发射天线，其中所述芯片被配置为向所述发射天线提供所述输出功率，以用于以所述传送速率和所述频率来发射所述数据。
77.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述设备是卫星发射机。
78.根据权利要求77所述的发射设备，其中所述卫星发射机被配置为在至少5000km的高度处发射所述数据。
79.根据权利要求78所述的发射设备，其中所述卫星发射机被配置为在6000km的高度处发射所述数据。
80.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述发射天线具有小于或等于0.5米的直径。
81.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述发射天线具有至少45％的效率。
82.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述发射天线具有至少43dBi的增益。
83.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述发射设备具有小于或等于0.5度的指向误差。
84.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述发射设备具有小于或等于3dB的指向损耗。
85.根据权利要求76所述的发射设备，其中所述发射设备具有至少47dBW的有效各向同性辐射功率。
86.一种数据通信链路，包括：
根据权利要求76-85中任一项所述的发射设备；和
与所述发射设备进行无线通信的接收设备，其中所述接收设备被配置为接收从所述发射设备发射的所述数据。
87.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中所述接收设备包括具有至少72dBi的增益和至少60％的效率的接收天线。
88.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中每个载波的分配带宽为至少250MHz。
89.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中所述链路具有小于约120dBW的噪声功率。
90.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中所述链路具有大于约8.5dB的信噪比。
91.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中所述链路具有至少每秒500兆比特的最大信道数据速率容量。
92.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中所述链路具有至少2.9bps/Hz的频谱效率。
93.根据权利要求87所述的数据通信链路，其中所述接收设备的所述接收天线具有至少12米的直径。
94.根据权利要求87所述的数据通信链路，其中在所述接收设备的所述接收天线处的功率通量密度为至少99dBW/m2。
95.根据权利要求86所述的数据通信链路，其中所述链路遭受至少200dB的传播损耗。
96.根据权利要求69-75中任一项所述的芯片，其中所述信号包括调制的载波信号，并且其中相对于所述调制的载波信号，所述芯片具有减小的信号失真，从而所述芯片的线性度被改善。
97.根据权利要求96所述的芯片，其中所述信号失真包括n阶互调产物。
98.根据权利要求97所述的芯片，其中所述n阶互调产物包括三阶互调产物或五阶互调产物。
99.根据权利要求97所述的芯片，其中所述芯片的所述线性度与(i)所述调制的载波信号的输出功率与(ii)所述n阶互调产物的功率之比率相关联。
100.根据权利要求99所述的芯片，其中所述比率为至少30dB。
101.根据权利要求99所述的芯片，其中所述芯片的操作信道温度小于200℃。
102.根据权利要求69-75中任一项所述的芯片，其中所述输出功率对应于所述芯片的线性操作模式中的最大输出功率。
103.根据权利要求69-75中任一项所述的芯片，其中所述效率对应于所述芯片的线性操作模式中的功率附加效率(PAE)。
104.根据权利要求69-75中任一项所述的芯片，其中从所述芯片的饱和水平到所述芯片的线性操作模式，使到所述芯片的输入功率回退至少5dB。
105.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
提供所述RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，其中所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底和所述第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·1的半峰全宽，并且
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
106.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法：包括：
提供根据权利要求2-20中任一项所述的RF放大器芯片，以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
107.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
提供所述RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，其中所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料；以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底的晶格匹配：
从该RF放大器芯片生成输出信号，对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，该输出信号在小于30dBi的天线增益内包括5W至42W范围内的有效辐射功率；以及
以至少每秒500兆比特的传送速率来发射数据。
108.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
根据权利要求2-20中任一项所述的RF放大器芯片；以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底的晶格匹配：
从该RF放大器芯片生成输出信号，对于在线性模式下小于或等于2W的输入功率，该输出在小于30dBi的天线增益内包括5W至42W范围内的有效辐射功率；以及
以至少每秒500兆比特的传送速率来发射数据。
109.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
提供该RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，其中所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以在所述第一基底和第二基底之间提供大于或等于1000W/mK的热导率，以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
110.一种用于使用射频放大器芯片的方法，包括：
提供根据权利要求2-20中任一项所述的RF放大器芯片，以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底，以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
111.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
提供所述RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，其中所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料；以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底的晶格匹配：
(i)从所述RF放大器芯片生成输出信号，其中所述信号包括5W至42W范围内的有效辐射功率，且载波噪声比大于25dB；以及
(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率和至少50MHz范围内的带宽来发射数据。
112.一种用于使用射频放大器芯片的方法，包括：
提供所述RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括第一基底和第二基底，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，其中所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料；以及
至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底的晶格匹配：
(i)从所述RF放大器芯片生成输出信号，其中所述信号包括5W至42W范围内的有效辐射功率，且噪声功率干扰比小于20dB；以及
(ii)以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
113.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
提供所述RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括可操作地耦合至基底的半导体层，其中所述基底具有大于约1000W/mK的热导率；以及
至少部分基于所述热导率，以至少40％的效率和至少30dB的增益来生成至少10W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒4吉比特的传送速率和至少18GHz的频率来发射数据。
114.一种用于使用发射设备的方法，包括：
提供根据权利要求33-39中任一项所述的射频(RF)放大器芯片；
提供天线，其中所述RF放大器芯片可操作地耦合到所述天线；以及
将所述输出功率递送到所述天线，以用于以所述传送速率和所述频率来发射所述数据。
115.根据权利要求114所述的方法，其中所述发射设备是根据权利要求40至49中任一项所述的发射设备。
116.一种用于使用射频(RF)放大器芯片的方法，包括：
提供所述RF放大器芯片，所述RF放大器芯片包括可操作地耦合至基底的半导体层，其中所述基底具有大于约1000W/mK的热导率；以及
至少部分基于所述热导率，以至少40％的效率和至少30dB的增益来生成至少5W的输出功率，以用于放大信号并以至少每秒300兆比特的传送速率和至少40GHz的频率来发射数据。
117.一种用于使用发射设备的方法，包括：
提供根据权利要求69-75中任一项所述的射频(RF)放大器芯片；
提供天线，其中所述RF放大器芯片可操作地耦合到所述天线；以及
将所述输出功率递送到所述天线，以用于以所述传送速率和所述频率来发射所述数据。
118.根据权利要求117所述的方法，其中所述发射设备包括根据权利要求76-85中任一项所述的发射设备。
119.一种用于发射数据的方法，包括：
提供包括第一基底和第二基底的射频(RF)放大器芯片，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底和所述第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·1的半峰全宽；
提供可操作地耦合到所述芯片的发射单元，该发射单元被配置为发射所述数据；并且至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底，
以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来发射数据。
120.一种用于接收数据的方法，包括：
提供包括第一基底和第二基底的射频(RF)放大器芯片，所述第一基底包括第一材料，所述第二基底与所述第一基底相邻，所述第二基底包括与所述第一材料不同的第二材料，其中所述第二基底与所述第一基底晶格匹配，以使得所述第一基底和所述第二基底之间的界面区域在约1332cm·1处展现出sp3碳峰，通过拉曼光谱法所测量，该sp3碳峰具有不大于5.0cm·1的半峰全宽；
提供可操作地耦合到所述芯片的接收单元，该接收单元被配置为接收所述数据；并且至少部分地基于所述第一基底和所述第二基底，
以至少每秒500兆比特的传送速率和至少8GHz的频率来接收数据。
CN201980076011.9A 2018-09-19 2019-09-18 用于卫星通信的系统和方法 Pending CN113056659A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862733581P 2018-09-19 2018-09-19
US62/733,581 2018-09-19
PCT/US2019/051793 WO2020061234A1 (en) 2018-09-19 2019-09-18 Systems and methods for satellite communication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113056659A true CN113056659A (zh) 2021-06-29

Family

ID=69888819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980076011.9A Pending CN113056659A (zh) 2018-09-19 2019-09-18 用于卫星通信的系统和方法

Country Status (8)

Country Link
US (2) US10985082B2 (zh)
EP (1) EP3853567A4 (zh)
JP (2) JP7314257B2 (zh)
KR (1) KR102602505B1 (zh)
CN (1) CN113056659A (zh)
CA (1) CA3113018A1 (zh)
IL (1) IL281587A (zh)
WO (1) WO2020061234A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102602505B1 (ko) 2018-09-19 2023-11-14 아카시 시스템즈, 인크. 위성 통신을 위한 시스템들 및 방법들
DE102020004758A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Semiconductor Components Industries, Llc Siliciumcarbid-feldeffekttransistoren
US11139394B2 (en) * 2019-08-30 2021-10-05 Semiconductor Components Industries, Llc Silicon carbide field-effect transistors

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002001808A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-03 Sky Station International, Inc. Adaptive wireless communications system antenna and method
CN101155949A (zh) * 2005-01-26 2008-04-02 阿波罗钻石公司 金刚石上的氮化镓发光装置
US20100140665A1 (en) * 2007-08-15 2010-06-10 Nitronex Corporation Gallium Nitride Material Devices and Thermal Designs Thereof
US20100155900A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Ralph Korenstein Fabricating a gallium nitride device with a diamond layer
US20110181350A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Kabushiki Kaisha Toshiba High frequency semiconductor device
CN103779193A (zh) * 2014-01-27 2014-05-07 苏州能讯高能半导体有限公司 基于金刚石衬底的氮化物半导体器件及其制备方法
US20150294922A1 (en) * 2012-11-21 2015-10-15 Element Six Technologies Limited Synthetic diamond heat spreaders
US20160049351A1 (en) * 2014-08-15 2016-02-18 Board Of Regents University Of Oklahoma High-Power Electronic Device Packages and Methods
US20160197027A1 (en) * 2013-09-02 2016-07-07 Firooz Nasser-Faili Semiconductor device structures comprising polycrystalline cvd diamond with improved near-substrate thermal conductivity
CN108461542A (zh) * 2018-03-23 2018-08-28 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种金刚石基氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4359733A (en) 1980-09-23 1982-11-16 Neill Gerard K O Satellite-based vehicle position determining system
US5835530A (en) * 1995-12-21 1998-11-10 Corsair Communications, Inc. Bit characteristics measurement system for digitally modulated signals
US6016313A (en) * 1996-11-07 2000-01-18 Wavtrace, Inc. System and method for broadband millimeter wave data communication
JP2003301048A (ja) * 2002-04-10 2003-10-21 Polymatech Co Ltd 熱伝導性成形体
FR2849269B1 (fr) 2002-12-20 2005-07-29 Soitec Silicon On Insulator Procede de realisation de cavites dans une plaque de silicium
US6995427B2 (en) 2003-01-29 2006-02-07 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies S.A. Semiconductor structure for providing strained crystalline layer on insulator and method for fabricating same
US7593704B2 (en) * 2005-03-31 2009-09-22 Georgia Tech Research Corporation Receiver assembly and method for multi-gigabit wireless systems
US7368980B2 (en) * 2005-04-25 2008-05-06 Triquint Semiconductor, Inc. Producing reference voltages using transistors
FR2889887B1 (fr) 2005-08-16 2007-11-09 Commissariat Energie Atomique Procede de report d'une couche mince sur un support
US20090004981A1 (en) * 2007-06-27 2009-01-01 Texas Instruments Incorporated High efficiency digital transmitter incorporating switching power supply and linear power amplifier
US7982282B2 (en) 2008-04-25 2011-07-19 Freescale Semiconductor, Inc. High efficiency amplifier with reduced parasitic capacitance
US8223885B2 (en) * 2009-02-19 2012-07-17 Research In Motion Limited Mobile wireless communications device with separate In-phase (I) and Quadrature (Q) phase power amplification and power amplifier pre-distortion and IQ balance compensation
US8275331B2 (en) * 2009-04-21 2012-09-25 Qualcomm, Incorporated PA gain state switching based on waveform linearity
US9484613B1 (en) * 2010-01-29 2016-11-01 United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Ka-band waveguide 2-way hybrid combiner for MMIC amplifiers with unequal and arbitrary power output ratio
JP5441817B2 (ja) * 2010-05-28 2014-03-12 パナソニック株式会社 送信回路及び送信方法
WO2012027703A2 (en) * 2010-08-26 2012-03-01 Wispry, Inc. Tunable radio front end and methods
US8367498B2 (en) * 2010-10-18 2013-02-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Fin-like field effect transistor (FinFET) device and method of manufacturing same
US8615208B2 (en) * 2010-11-02 2013-12-24 Crestcom, Inc. Transmitter linearized in response to signal magnitude derivative parameter and method therefor
PL2663521T3 (pl) * 2011-01-14 2018-06-29 Smarttip B.V. Sposób wytwarzania sondy zawierającej wspornik z przewodem
US8594233B2 (en) * 2011-03-16 2013-11-26 Blackberry Limited Quadrature communications device with power combiner and related methods
SG185902A1 (en) * 2011-05-19 2012-12-28 Agency Science Tech & Res A phase-change memory and a method of programming the same
US9618398B2 (en) 2011-06-29 2017-04-11 Suzhou Qualimark Technology Co., Ltd. Time-temperature indicator and monitoring method for monitoring quality state of thermally sensitive article
US10624847B2 (en) * 2011-08-02 2020-04-21 AnPac BioMedical Science Co., Ltd. Decomposable apparatus and methods for fabricating same
US20130062656A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 Inpaq Technology Co., Ltd. Thermally enhanced optical package
US9515621B2 (en) * 2011-11-30 2016-12-06 Qorvo Us, Inc. Multimode RF amplifier system
US9099626B2 (en) 2012-04-02 2015-08-04 Jds Uniphase Corporation Broadband dielectric reflectors for LED
US8538358B1 (en) * 2012-05-15 2013-09-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System and method for digitally controlling the launch of high-power broadband radio frequency waves with high linearity
US8576672B1 (en) * 2012-05-25 2013-11-05 Seagate Technology Llc Heat sink layer
CN104410373B (zh) * 2012-06-14 2016-03-09 西凯渥资讯处理科技公司 包含相关系统、装置及方法的功率放大器模块
US9048284B2 (en) * 2012-06-28 2015-06-02 Skyworks Solutions, Inc. Integrated RF front end system
CN104380782B (zh) 2012-07-02 2018-06-29 罗克韦尔柯林斯公司 适用于提供空对地连接的地面通信网络
GB201214370D0 (en) * 2012-08-13 2012-09-26 Element Six Ltd Thick polycrystalline synthetic diamond wafers for heat spreading applications and microwave plasma chemical vapour deposition synthesis techniques
US9685513B2 (en) 2012-10-24 2017-06-20 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Semiconductor structure or device integrated with diamond
US8941095B2 (en) 2012-12-06 2015-01-27 Hrl Laboratories, Llc Methods for integrating and forming optically transparent devices on surfaces
US9978650B2 (en) * 2013-03-13 2018-05-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Transistor channel
FR3020348B1 (fr) * 2014-04-24 2016-05-13 Snecma Procede de deploiement d'une constellation de satellites
WO2015184078A2 (en) * 2014-05-28 2015-12-03 Quarkstar Llc Luminaire assembly
EP3166786A1 (en) * 2014-07-09 2017-05-17 SABIC Global Technologies B.V. In mold decoration of a film laminated substrate
US10117249B2 (en) * 2015-06-17 2018-10-30 Hughes Network Systems, Llc High speed, high terrestrial density global packet data mobile satellite system architectures
DE112016003197T5 (de) * 2015-07-16 2018-04-05 Ngk Insulators, Ltd. Poröse keramikstruktur
FR3053538B1 (fr) * 2016-06-30 2018-08-17 Commissariat Energie Atomique Source laser a semi-conducteur
US10670710B2 (en) 2016-12-06 2020-06-02 Ursa Space Systems, Inc. High efficiency synthetic aperture radar satellite
KR102635791B1 (ko) * 2016-12-21 2024-02-08 인텔 코포레이션 무선 통신 기술, 장치 및 방법
WO2019005242A1 (en) 2017-03-23 2019-01-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University COMPACT PLASMA THRUSTER
US10374553B2 (en) * 2017-06-15 2019-08-06 Akash Systems, Inc. Microwave transmitter with improved information throughput
KR102602505B1 (ko) 2018-09-19 2023-11-14 아카시 시스템즈, 인크. 위성 통신을 위한 시스템들 및 방법들

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002001808A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-03 Sky Station International, Inc. Adaptive wireless communications system antenna and method
CN101155949A (zh) * 2005-01-26 2008-04-02 阿波罗钻石公司 金刚石上的氮化镓发光装置
US20100140665A1 (en) * 2007-08-15 2010-06-10 Nitronex Corporation Gallium Nitride Material Devices and Thermal Designs Thereof
US20100155900A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Ralph Korenstein Fabricating a gallium nitride device with a diamond layer
US20110181350A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Kabushiki Kaisha Toshiba High frequency semiconductor device
US20150294922A1 (en) * 2012-11-21 2015-10-15 Element Six Technologies Limited Synthetic diamond heat spreaders
US20160197027A1 (en) * 2013-09-02 2016-07-07 Firooz Nasser-Faili Semiconductor device structures comprising polycrystalline cvd diamond with improved near-substrate thermal conductivity
CN103779193A (zh) * 2014-01-27 2014-05-07 苏州能讯高能半导体有限公司 基于金刚石衬底的氮化物半导体器件及其制备方法
US20160049351A1 (en) * 2014-08-15 2016-02-18 Board Of Regents University Of Oklahoma High-Power Electronic Device Packages and Methods
CN108461542A (zh) * 2018-03-23 2018-08-28 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种金刚石基氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
IL281587A (en) 2021-05-31
JP2023134627A (ja) 2023-09-27
US10985082B2 (en) 2021-04-20
CA3113018A1 (en) 2020-03-26
US11495515B2 (en) 2022-11-08
WO2020061234A1 (en) 2020-03-26
JP7314257B2 (ja) 2023-07-25
EP3853567A1 (en) 2021-07-28
JP2022502842A (ja) 2022-01-11
KR20210122768A (ko) 2021-10-12
KR102602505B1 (ko) 2023-11-14
US20200402973A1 (en) 2020-12-24
US20200402974A1 (en) 2020-12-24
EP3853567A4 (en) 2022-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10985082B2 (en) Apparatus for efficient high-frequency communications
Hamza et al. A review of GaN HEMT broadband power amplifiers
US11594466B2 (en) Wireless transmitter with improved thermal management
US10804853B2 (en) Microwave transmitter with improved information throughput
Sturdivant et al. Transmit receive modules for radar and communication systems
US20070202360A1 (en) Gallium nitride material transistors and methods for wideband applications
Harati et al. Is E-band satellite communication viable?: Advances in modern solid-state technology open up the next frequency band for SatCom
WO2021257853A1 (en) Multi-stage decoupling networks integrated with on-package impedance matching networks for rf power amplifiers
Kallfass et al. High system gain E-band link in a wideband aircraft-to-ground data transmission
US20220189846A1 (en) Material growth on wide-bandgap semiconductor materials
Valenta et al. Power amplification and integration challenges of reconfigurable antennas for space applications
US20240170362A1 (en) Devices having and methods of forming thermally conductive substrates
Colantonio et al. 10W High Efficiency GaN-Si MMIC Power Amplifier for 17.3-20.2 GHz Onboard Satellite Use
US20230411314A1 (en) High-efficiency structures for improved wireless communications
Carvalho et al. GaN MMIC active arrays with space power combination
Suyama V. Sub-THz-Band Massive MIMO Technology for Beyond 5G/6G
Feuerschütz et al. Active multi-feed satcom systems with GaN SSPA at K-band
Tamesue et al. THz Communication for Non-terrestrial Networks
Kazior et al. 3D Heterogeneous Integration (3DHI): An Enabler For Next Generation RF Systems
JPWO2020061234A5 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination