ณ ปัจจุบัน ผู้ผลิตนำเสนออุปกรณ์ Solid-State technology แบบใหม่ชื่อ Gallium Nitride (GaN) เพื่อใช้งานสำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียมมากขึ้นเรื่อย ๆ วันนี้เรามาทำความรู้จักเทคโนโลยีของ GaN กัน ว่าทำไมเทคโนโลยีนี้ถึงเริ่มเป็นที่นิยมและกำลังจะพลิกโฉมการใช้งาน Amplifier ชนิดเก่าๆ อย่างไร

หลายปีที่ผ่านมา เทคโนโลยี Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA) และ Gallium Arsenide (GaAs) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายทางด้านขยายกำลังส่งสัญญาณของการสื่อสารดาวเทียม โดยเทคโนโลยี TWTA นิยมนำมาใช้กับงานขยายกำลังส่งสูง เช่น Gateway ดาวเทียม ส่วนเทคโนโลยี GaAs นิยมนำมาใช้กับงานสถานีที่ใช้กำลังส่งต่ำ เช่น remote VSAT terminal

แนวโน้มการใช้งานการสื่อสารดาวเทียมในปัจจุบันนั้นมีความเปลี่ยนแปลงไปค่อนข้างมาก รองรับการใช้งานหลากหลาย application มากขึ้น เช่น ใช้เพื่อการเฝ้าดูสภาพอากาศ การสื่อสารบนอากาศยาน โดรนขนาดเล็ก ใช้สำหรับการสื่อสารทางทะเล การสื่อสารทางความมั่นคง ภารกิจทางการทหาร และการนำทาง เป็นต้น เนื่องจากมีการเใช้งานต่าง ๆ เหล่านี้มากขึ้น  อุปกรณ์จึงพัฒนาให้มีขนาดเล็กลง น้ำหนักเบา พกพาสะดวก แต่ยังคงไว้ซึ่งการให้กำลังส่งสัญญาณที่สูง เพื่อรองรับการใช้งานข้อมูลแบบอัตราสูง ในการสื่อสารผ่าน 5G และ Ultra-HD TV ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้ผู้ผลิตต้องพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อมารองรับการใช้งานเหล่านี้ได้อย่างมีเสถียรภาพ พร้อมทั้งราคาที่สมเหตุสมผล

 

ข้อได้เปรียบของ GaN Amplifier สำหรับด้านการสื่อสารดาวเทียม

1. ความมีเสถียรภาพและความคงทน เป็นหัวใจหลักของการใช้งาน เทคโนโลยี GaN เสถียรและคงทนกว่า TWTA เนื่องด้วยหาก TWTA หลอดส่งกำลังชำรุดเสียหายหรือเสื่อมสภาพ จะทำให้ประสิทธิภาพตกลงทั้งหมด ส่วนการทำงานพื้นฐานของ GaN มีการรวมกำลังที่ได้จาก Transistors หลายตัวเข้าด้วยกัน ดังนั้น หาก Transistor ตัวใดชำรุดเสียหาย ประสิทธิภาพโดยรวมจะตกลงแค่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และอายุการใช้งานโดยเฉลี่ยของ transistor แต่ละตัวนั้นใช้ได้ยาวนานมากถึง 100 ปี
   การที่ GaN มีประสิทธิภาพในการให้กำลังการขยายสูง ทำให้ความร้อนที่ออกจากตัวอุปกรณ์ลดน้อยลงด้วย ส่งผลให้ไม่ต้องใช้พัดลมลดความร้อนและอุปกรณ์ครีบระบายอากาศ ทำให้สามารถผลิตอุปกรณ์ได้ขนาดที่เบาและเล็กลงอย่างมาก
2. TWTA จะต้องใช้เวลาอุ่นตัวหลอดในขณะที่เปิดเครื่องซึ่งใช้เวลานานถึงหลายนาที เพื่อเริ่มต้นการใช้งาน ทำให้การทำงานถูกขัดจังหวะ และเมื่อตั้งค่าทำงานแบบ 1:1 redundancy ทำให้ระบบมีระยะเวลาที่ไม่สามารถทำงานได้ชั่วขณะจากการเปลี่ยนการทำงานจากตัว Main มาสู่ตัว Standby
3. TWTA ต้องการแหล่งจ่ายไฟขนาดใหญ่ในหน่วยของ kV ซึ่งมีอัตราการสิ้นเปลืองไฟฟ้าค่อนข้างสูง ในขณะที่ GaN ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟขนาดใหญ่
4. สำหรับการเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีของ GaaS นั้น มีหัวข้อหลักคือ เรื่องของการผลิตความหนาแน่นของกำลังส่งด้านขาออก ซึ่ง GaN สามารถผลิตกำลังส่งที่หนาแน่นกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ chip ขนาดเท่ากัน จึงมีประสิทธิภาพที่สูงกว่า ดังตารางข้อมูลอ้างอิง ด้านล่าง

Parameter	GaN	GaAs
Full Form	Gallium Nitride	Gallium Arsenide
Power Density (Output)	4 to 8 Watt/mm	0.5 to 1.5 Watt/mm
Operating Voltage	28 to 48 Volt	5 to 20 Volt
Breakdown Voltage	> 100 Volt	20 to 40 Volt
Current (Maximum)	About 1 Ampere/mm	About 0.5 Ampere/mm
Thermal Conductivity	390 (z), 490 (SiC)	47
Radiation Resistant Performance	Better	Lesser

 

บทสรุป

GaN เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมและตอบโจทย์กับ Application ของตลาดการสื่อสารดาวเทียมในอนาคต ที่จะเข้ามาทดแทนเทคโนโลยีเก่า เนื่องด้วยความมีเสถียรภาพและประสิทธิภาพที่ดีกว่าของ TWTA และ GaAs ทั้งขนาดของอุปกรณ์ที่เล็กลง การผลิตกำลังส่งที่เพิ่มขึ้น โดยใช้กำลังไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ดังนั้น ผู้ผลิตอุปกรณ์การสื่อสารดาวเทียมในตลาดปัจจุบันจึงมุ่งผลิตสินค้าที่ใช้เทคโนโลยี GaN ออกสู่ตลาดเพื่อรองรับความต้องการของผู้ใช้งานในอนาคต