Page 44 - MWJC_SepOct2017_eMag

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毫米波技术步入快车道

mmWaves Hit the Highway

Amarpal (Paul) Khanna
National Instruments, Santa Clara, Calif.

对 于速度和无所不在的连接的需求是MHz 缺点是，由于较高的传播损耗，其传输距离通
技术演变到THz技术这场革命的主要驱动
常小于较低频率，而且目前其成本较高。
力。十年前，谁会想到现在的世界正在尝试将
数十亿台设备通过互联网连接在一起，并准备 增长预期
在几秒内将一部电影下载到智能手机？无线应 毫米波技术市场预计在未来五年内将增长
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用已经从点到点演进到广播系统再到网状和蜂 10倍，达到40亿美元以上。 由于移动数据流量
窝网络，现在人们正在探索点对点和蜂窝相结 的增长和small cell回程网络的使用率上升，这一
合的定向网络系统。 市场的增长正在加速。电信是毫米波技术的最
毫米波是指波长在1到10毫米之间的电磁 大市场之一，因为它们已被广泛应用于small cell
波，即频率范围在30到300GHz之间。毫米波技 回程网络。毫米波回程设备已经是LTE/4G部署
术的创新应用包括电信、无线通信、汽车、国 不可或缺的一部分。对于5G，总数据速率预计
防和航空航天、成像、安全、医疗和其它工业 将比现有4G数据速率高出1000倍；因此，将更
应用。 加需要毫米波频谱来提供所需的数据速率。与
然而，对于无线通信和汽车雷达传感器这 6GHz以下频谱低于1GHz的可用带宽相比，24至
两个增长最快速的应用，毫米波通常是指频率 86GHz频率范围有望提供约20GHz的可用带宽。
范围在24至86GHz之间的多个频带。本文重点介 这使得海量数据传输成为可能（图1）。
绍了该频率范围的技术和主要应用。 毫米波商业市场的增长开始于20世纪90
与较低频率相比，毫米波频谱具有许多优 年代初期对蜂窝回程的需求。当时，较低频率
点，因为它不会发生阻塞，并且具有10Gbps甚 （1至18GHz）的远程无线电中继链路已经使用
至更高速率的数据传输能力。由于其传输距离 了很长一段时间，但是快速发展的蜂窝基础设
比较短，频率复用在许多应用中是一大优势。 施需要更高的频率和更短程的链路。这些点对
组件尺寸较小，尤其是天线，也是一大优势。 点无线电使用23、26和38GHz的许可频段（图
2），辐射范围不足10公里，使得在快速部署阶
段得以建立全球移动通信基础设施。当RF技术
发展到MMIC的应用不断增加时，这些进步就
应运而生。最近新增了一些更高的频率，包括
免许可的57至64GHz频带和71-76和81-86GHz
的lightly licensed频段，这些频段提供了更高的
带宽、更大的容量和更小的尺寸，但传播距离
也更短。所有这些频段目前正用于蜂窝通信基
础设施内外的点到点数字无线电链路，提供数
Gbps的容量。这一应用主要采用光纤链路，但
是毫米波链路能够以更低的成本和更快的速度
实现这一应用。此外，许多地方由于地形或其
它因素，甚至无法使用光纤链路。

半导体技术
过去二十年半导体技术的快度发展主要是
因为毫米波能够满足不断增长的速度、带宽和
连接需求。III-V族化合物半导体已经担起了这
个重任，从一开始便用于支持毫米波MMIC。
除了在电路功能这一部分继续发挥作用之外，

42 Microwave Journal China 微波杂志 Sep/Oct 2017