L’émergence des SSPA en bande Ka dans les installations de télécommunications par satellite

Pendant des années, les amplificateurs de puissance à état solide (SSPA) en bande Ka étaient rarement utilisés pour la transmission de données à haut débit. Incapables d’offrir la fiabilité ou le rapport coût-efficacité dont les diffuseurs avaient besoin, les professionnels les délaissaient au profit des amplificateurs à tube à ondes progressives (TWTA) pour la plupart des applications.

En 2024, la situation s’est inversée. Les capacités modernes des SSPA en bande Ka sont presque méconnaissables par rapport à leurs homologues des décennies précédentes. Les géants du secteur comme SpaceX (Starlink), Amazon (Project Kuiper) et Telesat (Project Light Speed) ont tous fait de la bande Ka un pilier central de leur couverture Internet mondiale et de leurs opérations de communication par satellite, et une grande partie de cette capacité repose sur la technologie SSPA.

Qu’est-ce qui a changé ? En résumé : l’atténuation des effets météorologiques et la technologie. Traditionnellement le talon d’Achille de la transmission en bande Ka, la sensibilité à la pluie et aux autres conditions atmosphériques était une vulnérabilité de cette fréquence. Grâce à un certain nombre de développements technologiques désormais disponibles, cette faiblesse a largement disparu.

La résistance à l’atténuation due à la pluie était le point fort des fréquences en bande C et Ku. Maintenant, avec de nouveaux schémas de modulation et des améliorations dans toute la chaîne RF, les forces des systèmes en bande Ka se révèlent pleinement.

Les amplificateurs de puissance à état solide (SSPA) en bande Ka surpassent la technologie TWTA dans presque tous les domaines, notamment :

1. Fiabilité
2. Efficacité énergétique
3. Taille et poids
4. Linéarité et pureté spectrale
5. Gestion thermique
6. Activation/désactivation instantanée
7. Coût sur la durée de vie

Malgré sa domination technique, la technologie SSPA continue d’attendre son heure pour beaucoup de ceux qui choisissent de s’en tenir à leurs systèmes existants. Les vieilles habitudes meurent difficilement dans le domaine des communications par satellite, où tout risque pour la cohérence du signal est critique et les coûts initiaux pour une nouvelle infrastructure sont parfois difficiles à justifier.

Dans une industrie où maximiser les taux de transmission de données et l’efficacité au moindre coût est le nom du jeu, une action lente sur les BUC en bande Ka pourrait s’avérer être le choix le plus risqué.

Pourquoi le problème de la pluie s’est estompé pour la bande Ka

Les fréquences de la bande Ka (28,5 à 31 GHz) sont significativement affectées par la pluie et d’autres conditions atmosphériques – communément appelées “atténuation due à la pluie”. Cela peut causer une atténuation et une dégradation du signal pendant les fortes pluies, ce qui signifie une diminution de la puissance du signal, une réduction des débits de données, ou même une perte temporaire du signal.

Les bandes C et Ku utilisant des TWTA sont traditionnellement préférées dans les régions à forte pluviosité à travers le globe en raison de leur puissance de sortie plus élevée, leur permettant de surmonter une certaine atténuation du signal – bien qu’au détriment de l’efficacité et de l’encombrement par rapport aux SSPA.

Ces dernières années ont vu une prolifération de techniques d’atténuation pour protéger les installations en bande Ka de la menace d’atténuation due à la pluie, offrant une résilience de transmission dans toutes les conditions météorologiques sauf les plus extrêmes. Elles comprennent :

Codage et modulation adaptatifs (ACM)

Cette technique ajuste dynamiquement le schéma de modulation et le taux de codage en fonction des conditions météorologiques actuelles pour maintenir une connexion fiable.

Contrôle de puissance

Augmenter la puissance de transmission pendant les fortes pluies peut aider à compenser la perte de signal.

Techniques diversifiés

L’utilisation de multiples antennes ou sites (diversité spatiale) peut fournir des chemins de signal alternatifs, réduisant la probabilité d’une perte complète du signal.

Modèles de prévision météorologique

La mise en œuvre de modèles de prévision aide à anticiper et à atténuer l’impact de l’atténuation due à la pluie.

Liens de secours

L’établissement de liens de secours dans différentes bandes de fréquences (par exemple, bande Ku ou bande C) peut aider à assurer la résilience.

Different mitigation techniques might be relevant for you depending on your infrastructure, environmental conditions, and performance requirements. Careful consideration of the rain fade risk profile, and the appropriate choices for mitigation, are critical for operators during the design and implementation phase of Ka-Band ground systems. 

SSPA en bande Ka vs. TWTA : Une comparaison technique

Avec le problème de l’atténuation due à la pluie largement neutralisé et les SSPA comblant l’écart en termes de puissance de sortie brute, la balance penche lorsqu’il s’agit de configurations d’infrastructure optimales. Examinons les domaines clés dans lesquels la puissance à l’état solide rivalise avec l’amplificateur à tube à ondes progressives.

Fiabilité

Les SSPA n’ont pas de pièces mobiles internes, ce qui améliore considérablement leur fiabilité et leur longévité. Vous constaterez généralement qu’ils ont des durées de vie opérationnelles beaucoup plus longues et nécessitent moins d’entretien que les TWTA et leurs tubes à électrons.

Les performances des tubes peuvent se dégrader au fil du temps, entraînant des besoins de maintenance plus élevés et des durées de vie plus courtes pour votre équipement.

Efficacité énergétique

En général, les SSPA sont plus écoénergétiques que les TWTA. Ils convertissent plus de puissance d’entrée en puissance de sortie RF, ce qui se traduit par une consommation d’énergie et des coûts d’exploitation plus faibles. Les TWTA sont moins efficaces, demandent plus de puissance et perdent une partie importante de leur puissance d’entrée sous forme de chaleur.

Cela a des implications importantes pour votre résultat net, car les TWTA deviennent un coût opérationnel plus élevé au fil du temps.

C’est aussi plus coûteux pour la planète. Une consommation d’énergie plus élevée signifie une empreinte carbone plus importante et des coûts plus élevés. Les SSPA pourraient s’imposer comme une étape de plus en plus importante vers des opérations durables.

Taille et poids

Les SSPA sont généralement plus petits et plus légers, ce qui les rend plus faciles à intégrer dans divers systèmes. Ils sont idéaux pour les applications où l’espace et le poids sont des considérations critiques, comme dans les téléports et les unités de communication mobiles.

Les TWTA sont généralement plus volumineux et plus lourds, ce qui peut être un inconvénient dans les applications où l’espace est limité. Dans l’ensemble, vous pouvez vous attendre à ce que votre système SSPA occupe moins d’espace qu’un amplificateur à tube.

Linéarité et pureté spectrale

À des fréquences élevées comme la bande Ka, même des non-linéarités mineures peuvent déformer considérablement votre signal. Cela peut entraîner une augmentation des erreurs, une corruption des données et une réduction de l’intégrité du signal.

Les SSPA offrent une meilleure linéarité et pureté spectrale, ce qui est crucial pour une transmission de signal de bonne qualité, en particulier dans les bandes de fréquences élevées comme la bande Ka.

Bien que les TWTA puissent fournir des puissances de sortie élevées, ils peuvent souffrir de problèmes de non-linéarité qui peuvent dégrader la qualité du signal.

En choisissant les SSPA, vous minimiserez l’apparition de distorsions du signal et d’autres composantes de fréquence indésirables.

Gestion thermique

En raison de leur efficacité plus élevée, les SSPA génèrent moins de chaleur, simplifiant les exigences de gestion thermique. Cela peut conduire à des solutions de refroidissement plus compactes et moins complexes, ce qui se traduit probablement par moins de maux de tête de maintenance et des coûts d’exploitation réduits. Vous pourrez configurer vos SSPA de manière dense ou spécifique, permettant une plus grande gamme de solutions pour répondre aux exigences de tout projet.

Les TWTA produisent plus de chaleur, nécessitant des systèmes de refroidissement plus robustes et souvent plus encombrants, avec des impacts en cascade sur vos coûts énergétiques, vos émissions de carbone et la taille de votre équipement.

Activation/désactivation instantanée

Les SSPA peuvent être allumés et éteints instantanément sans périodes de préchauffage ou de refroidissement, offrant une plus grande flexibilité opérationnelle. Vous pourrez arrêter vos amplificateurs lorsqu’ils ne sont pas utilisés, ou éteindre certaines unités si la pleine capacité n’est pas requise, économisant ainsi de l’énergie et de l’argent.

Les TWTA nécessitent généralement une période de préchauffage avant de pouvoir fonctionner à pleine capacité et une période de refroidissement après utilisation, ils sont donc souvent exploités pendant de plus longues périodes et lorsqu’ils ne sont pas pleinement nécessaires.

Coût sur la durée de vie

Bien que le coût initial des SSPA haute puissance puisse être plus élevé, leurs besoins de maintenance réduits et leur durée de vie plus longue peuvent conduire à un coût total de possession inférieur au fil du temps.

Dans les applications modernes de communication par satellite, l’efficacité, la fiabilité et les performances sont primordiales – et mettent en lumière les SSPA comme le choix idéal pour des opérations tournées vers l’avenir.

Réflexions finales

Avec la diminution des risques liés aux conditions météorologiques pour les systèmes en bande Ka, celle-ci devient rapidement la fréquence de transmission à haute capacité de choix.

La réduction des risques météorologiques signifie que, parmi les options de la bande Ka, les calculs coûts-avantages ont basculé en faveur des SSPA. Ils prennent rapidement la tête dans un certain nombre de domaines de performance clés, offrant aux opérateurs une gamme de gains impressionnants en termes de sortie, de fiabilité et de durabilité.

Chez Milexia, nous comprenons le besoin constant d’équilibrer fiabilité et rentabilité lors du développement d’infrastructures de communication par satellite. Il est clair que la nouvelle génération de SSPA en bande Ka offre une flexibilité sans précédent, ainsi qu’une série de nouvelles efficacités, pour les opérateurs ayant un œil sur l’avenir.

En tant que distributeur à valeur ajoutée leader d’équipements de communication par satellite, connecté à des fournisseurs leaders mondiaux, Milexia est parfaitement placé pour conseiller sur le meilleur matériel et les meilleures conceptions pour des opérations de communication par satellite à haute performance.

Que vous cherchiez à construire une nouvelle infrastructure en bande Ka, à passer d’un système existant, ou simplement à améliorer les performances, les SSPA sont certains de jouer un rôle.