毫米波

就在几年前，业界还在讨论在移动通信中使用毫米波频谱的可行性，以及规划无线电设计人员面临的挑战。短时间内发生了很多事情，行业已经从最初的原型制作迅速发展到成功的现场试验，现在我们即将进行首次商业5G毫米波部署。许多初始部署将用于固定或移动无线应用，但不久的将来，我们还会看到真正的毫米波频率移动连接。第一个标准已经设立，技术正在迅速发 展，对毫米波系统的部署也进行了大量学习。虽然我们已经取得了长足的进步，但对于无线电设计人员来说，还有诸多挑战。

我们在开发技术时，务必了解技术最终的部署方式。在所有工程实践中，都有需要权衡的地方，而有更多的真知灼见，就会产生新颖的创新。在图1中，突出了目前在 28 GHz 和 39 GHz 频谱中探索的两种常见情景。

随着智能控制需求的提升，在汽车和工业领域都有检测物体的距离、速度和角度的需求如大家熟悉的自动驾驶汽车就配备了雷达测距装置。在所有感测方案中，能穿透塑料、墙壁、玻璃等材料，以及雨、雾、灰尘、光照和黑暗等环境条件下的感测场景日益增多，而毫米波技术是唯一能够满足所有这些需求的传感技术。经过七年研发，TI的毫米波方案终于面市，其性能可谓一鸣惊人！

我们知道，毫米波雷达是传输波长在毫米范围内的信号。其一个优点是毫米波需要的天线很短，另个优点是波长是高精度的。 毫米波系统一般工作在76-81 GHz范围，监测精度可以高达毫米以下，完整的毫米波雷达系统包括发射（TX）和接收（RX）射频（RF）分量、模拟组件如时钟、模数转换器（ADC），微控制器（MCU）和数字信号处理器（DSP）等。传统上，这些系统是用分立元件实现的，这增加了功耗和整体系统成本，同时系统复杂性也提升了，现在，TI提供的单芯片高集成方案解决了这些挑战。

TI的AWR和IWR两个系列毫米波产品，分别面向汽车雷达应用和工业雷达领域。在集成度、感测精度、整体方案尺寸等方面都为用户带来了突破性的提升。该系列芯片为全集成式CMOS芯片集成了RFMCU或DSP，具有小于4 cm的距离分辨率，距离精度低至小于50 μm，范围达到300 m。

单芯片雷达片上系统（system-on-chip，SoC）正在成为最受欢迎的新型传感器之一。其在汽车中的广泛采用大幅提高了销量，从而促进了价格的下降。这些精密的IC器件对汽车制造商而言至关重要，对其它应用也同样有很大的吸引力。尽管IC器件在汽车应用领域将继续占据主导地位，设计人员也正在探索一系列可以提高安全性和便利性的新用途。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-05/wen_zhang_/100011710-41451-h1.j…; alt=“” width="600"></center>

<strong>雷达IC</strong>

24 GHz硅基毫米波雷达技术正在实现新一代现实世界，越来越多地用于汽车、无人机、泛工业和消费类应用等大众市场应用的非接触式智能传感器。ADI的新型24 GHz雷达产品提供出色的性能和高集成度，是小尺寸、低成本且易用的超低功耗解决方案，适用于物理检测、跟踪、安全控制和防撞警告系统等应用。

随着新型射频雷达传感器应用的出现，许多希望快速完成雷达传感器解决方案评估、设计和制造的公司面临一系列新的开发挑战。ADI的24 GHz雷达系统级原型解决方案（称为DemoRAD）（图1），可以在整个系统参考设计中实现硬件和软件应用开发。

氮化镓(GaN)功率半导体技术和模块式设计的进步，使得微波频率的高功率连续波(CW)和脉冲放大器成为可能。

通过减少器件的寄生元件，以及采用更短的栅极长度和更高的工作电压，GaN晶体管已实现更高的输出功率密度、更宽的带宽和更好的DC转RF效率。
作为反射频电子战(CREW)应用的首选技术，GaN已有成千上万的放大器交付实际使用。现在，该技术也被部署到机载电子战领域，开发中的放大器能够在RF/微波范围的多个倍频程上提供数百瓦的输出功率。

ADI的“比特转RF”计划将整合公司在基带信号处理和GaN功率放大器(PA)技术方面的优势。通过使用预失真和包络调制等技术，这种整合将有利于提高PA线性度和效率。

作者： Barry Manz

超高频通信的使用一直都“即将来临”。但由于技术上的挑战，其已滞留50年。现在，面对可用较低频频谱的稀缺，无线通讯产业决心直面挑战，克服困难。

第五代无线通讯，即通常所说的“5G”，将在2020年正式开启技术之旅。它最令人印象深刻的成就之一就是无线电频率的使用，其使用率要远远高于以往用于蜂窝网络或其他区域的频率，即称之为毫米波长的波段。这是一场大交易。但首先，有一点非常重要，即了解这些频率如何与光谱环境相适应，与低频同类产品如何不同，以及为何目前只在卫星通信、车辆雷达和防御系统中使用。

电磁波谱的宽度非常巨大，涵盖频率从1Hz到10exahertz 以上(10万亿赫兹，伽马射线存活的区域)。1MHz和300GHz之间是可以通讯的，而其中只有很小一部分被实际使用(1MHz到30GHz)。且不到20%(约6GHz)被无线通讯系统使用，包括短波、AM、FM、电视广播、蜂窝网络、业余无线电和陆地移动广播，以及各种未经许可的应用，如Wi - Fi、蓝牙、ZigBee、微波炉、工业和医疗系统等。这是一个“最有效点”，可以完成远距离通信，跨越范围广泛 (图1)。

业界普遍认为，混合波束赋形将是工作在微波和毫米波频率的5G系统的首选架构。这种架构综合运用数字 (MIMO) 和模拟波束赋形来克服高路径损耗并提高频谱效率。
如图1所示，m个数据流的组合分割到n条RF路径上以形成自由空间中的波束，故天线元件总数为乘积m × n。数字流可通过多种方式组合，既可利用高层MIMO将所有能量导向单个用户，也可以利用多用户MIMO支持多个用户。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-06/wen_zhang_/100006708-21275-yn1…; alt=“” width="600"></center><center><i>图1. 混合波束赋形框图</i></center>

<font color="#FF8000">作者：James Kimery，National Instruments, Austin, Texas</font>

未来的流量需求很疯狂，根据香农定理，毫米波有足够的带宽，成为5G无线的必然。

毫米波将应用于未来Small Cells和网络回传。有机构预测，到2019年，毫米波将替代20%的LTE回传，大大节省昂贵的光纤网络部署。

这几天，各大厂家关于毫米波的好消息纷至沓来，包括华为在温哥华完成毫米波外场测试，爱立信与at&t公开演示毫米波可行性，高通发布支持28GHz毫米波的5G基带等。

什么叫毫米波？严格的讲，毫米波频率为30GHz至300GHz，对应波长分别为10mm到1mm。在移动通信领域，通常把24GHz-100GHz称为5G毫米波。

关于毫米波，一直以来争论不休，主要的焦点集中在毫米波的天然缺点：信号衰耗大、易受阻挡、覆盖距离短等。
但，这些问题是可以克服的。

不懂气象知识的工程师不是好通信工程师

无线信号通过大气传播时，由于无线信号的吸收和散射，会产生信号衰减，我们用dB/km来定义信号的衰减程度。

通常认为，无线信号频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近。但是，在毫米波这里有些例外。

毫米波在大气传播中主要受氧气、湿度、雾和雨的影响。