毫米波( Milimeter Wave,mmW)也稱作極高頻(Extremely HighFrequency,EHF),通常認為其頻段為 26.5~300GHz,波長為 1~10mm。毫米波頻段又可以細分為Ka頻段(26.5~40GHz)、U頻段 (40~60GHz)、V頻段(50~75GHz)、W 頻段(75-110GHz)和T頻段(110~180GHz)等。由于具有波長短、波束窄的特性,天氣變化對于毫米波器件性能的影響有限,因此毫米波器件可以滿足全天候工作的要求。
毫米波這一概念最初由赫茲(Heinrich R. Hertz) 在1889年提出。1897年科學家們在 5mm波段研究了毫米波在電離層衰減和雨水散射環境下的傳輸特性。由于對基礎材料特性和加工工藝都有很高要求,亳米波技術發展緩慢。進入20世紀 60 年代,隨著材料和加工工藝的進步,脈沖雷達采用了波長為6mm 的毫米波,面向天文應用領域的射電望遠鏡則采用了波長為 1mm 的亳米波系統。20 世紀80 年代以來,材料和微電子 等方面的進展大幅推動了亳米波技術的研究工作,新型亳米波器件在雷達、通信和醫療等領域得到了廣泛應用。
(1)毫米波雷達。由于毫米波的波長短、波束窄,因此毫米波雷達尺寸小、質量輕。在氣候變化的情況下毫米波抗干擾能力強,毫米波雷達可以勝任全天候工作的要求。毫米波雷達分辨精度高、探測距離遠、系統性能穩定,目前在精確制導、汽車智能駕駛、導航和探測等方面得到了廣泛應用。
(2)毫米波衛星通信。毫米波載波頻率高,可以攜帶寬頻的信號分量,滿足信息高速傳遞的技術需求。利用毫米波波長短、波束窄的特性,可以實現方向性強、多波束的窄帶亳米波天線,并通過波段轉換擴大覆蓋區域。由于毫米波抗干擾能力強,毫米波天線在較差天氣條件下也可以保證通信的質量。在外層空間工作環境中空氣稀薄,亳米波在傳播過程中能量損耗非常小,只需要很小的功率就可以實現遠距離通信。基于以上的特點,毫米波技術已經廣泛應用于衛星與地面和衛星與衛星之間的遠距離通信系統。
(3)亳米波醫療。人體等生物組織的固有振蕩頻率處于毫米波的頻率范圍。因此基于諧振,毫米波能與人體生物組織產生一系列的生物學效應:如促進體內離子移動,改變蛋白質、氨基酸、酶的活性,調節細胞的代謝等。近年來已經逐漸開展了亳米波技術對于腫瘤免疫、內分泌系統和消化系統等方面影響的研究。
由于具有輻射極低、分辦率高、隱私保護等優勢,亳米波的應用還包括掃描成像安檢門。毫米波安檢門是安全檢查領域的主要研究方向之一,有希望取代目前在機場、火車站、地鐵站等廣泛采用的X射線檢查設備。
毫米波技術在生產和生活中承擔著越來越重要的角色。基于毫米波技術的器件可以通過提升頻譜帶寬實現超高速無線數據傳播,因此毫米波技術已經成為5G 通信系統的關鍵技術之一,具有很大的市場價值。掌握亳米波雷達核心技術的系統廠商有博世(Bosch)、大陸(Continental)和德爾福 (Delphi)等。在集成器件方面,恩智浦(NXP)用于雷達控制的 S32R27、意法半導體 (ST)的中/遠距離雷達探測器件 STRADA431 (24GHz)和STRADA770 (77GHz),以及英飛凌(Infineon)的 BGTxO 和 RXN7740 射頻 前端芯片為目前市場上主要采用的器件。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:毫米波器件,毫米波元件,Millimeter Wave Devices
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