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毫米波器件和毫米波芯片是中国强大复兴的重器!

毫米波器件:

毫米波通常指波长在1mm到10mm的电磁波,相应频率为30~300GHz。它的特点是:波长短、波束窄、频带宽、穿透等离子体能力强,有较好的全天候能力,以及探测辐射特性强等。因此,毫米波器件才被广泛应用。毫米波器件和毫米波芯片电路在发展新一代军用雷达、超高速计算机、电子对抗、卫星通信、遥控、遥测及新型武器等方面起着不能替代的作用。

毫米波器件的类型

      毫米波器件大致可分为两种类型: 一种是向毫米波频段扩展的传统徽波器件,如调速管、返波管、磁控管、行波管,它们工作时电子与慢相速波同步,也称慢波型器件;第二种是近几十年间发展起来的新型器件如回旋管、奥罗管 (OrotrON)、潘尼管(Peniotron)、自由电子激光(FEL)。由于它们的高频系统为快相速波系统,也称快渡型器件。

新型的毫米波器件

       新型毫米波器件有回旋管 (Gryotron也可称cyclotron resonance master 简称CRM  ) 奥罗管 (Orotron)、潘尼管(Peniotron)、自由电子激光(FEL) 它们的工作原理与传统微波管完全不同,在这些器件中,发展较为成熟的一种是回旋管,有振荡型、行波放大型、返波振荡型。回旋管典型地需要高的工作电压 (50~100KV)超级导磁材料以保证所需的高磁场。目前的回旋管水平为:效率可达40%。60GHz时连续功率为200Kw,由于它需要高压强磁,难于在中小功率移动系统上应用。根据有限资料得知,俄罗斯、美国已经有回旋管器件装备的雷达和制导系统,这种雷达是反隐身技术很重要的研究课题。

毫米波器件的部分应用

      毫米波器件正在成为无线链路中的关键元件:毫米波频段为范围固然有限但属于宽带范畴的通讯系统提供了新的极好的发展机遇。由于美国联邦通讯委员会(FCC)和其它全球性治理机构答应毫米波频点的带宽指配或免费开放给点到点通讯链路,有很多系统级的公司对高频链路的爱好越来越浓厚,而很多器件级的公司也表现出极大的热情。全球对高速语音、数据和音频互连需求的不断增长推动了频率规划机构免费开放毫米波范围的频谱。

      当然,并不是所有毫米波应用都是针对通信系统的。例如英国的Roke Manor Research公司最近发布了最新一代的迷你型雷达高度计(MRA),它可以帮助自动的无人驾驶飞机(UAV)执行军事、准军事、民用监视和测量任务。这个高度计符合RoHS条例和军用标准,体积非常紧凑,重量轻,使用了带天线?蔽器的集成式天线,可以实现低高度测量、高精度高度定位和低截获概率(LPI)波形操作。这些紧凑型MRA一改传统雷达高度计又大又重又费功耗的特点,可以工作在76-77GHz频率范围,在离地面0.2到100米的高度范围内可以达到0.02米的地平面以上中低高度的测量精度。加上工作在4.2-4.4GHz较低频率的改良设备,这些MRA非常适合垂直起飞和降落(VTOL)应用以及地球物理学、波浪高度监视、机载地图绘制、拖曳式机载目标、交通流量监视和冲撞避免等应用。

毫米波MMICs芯片 

       芯片也叫集成电路,可以理解为把电路小型化微型化的意思。芯片一般分为数字芯片,模拟芯片和数模混合芯片三类,按照用途的分类就更广了。所有的高科技电子设备都离不开芯片,现代化的生活也离不开芯片,芯片是无处不在,芯片广泛用于电脑、手机、家电、汽车、高铁、电网、医疗仪器、机器人、工业控制等各种电子产品和系统,芯片在我们的生活里处处可见。

      所谓的毫米波(mmWave)射频芯片,更确切的是指 EHF 频段的芯片,它是频率范围横跨 30GHz 至 300GHz 的电磁波,是 5G 发展的必经之路,也是中国无线高频产业的短板。  射频技术在无线通信领域中被广泛使用,它的定义范围随着时代和科技应用逐渐演化和发展。 

       RFIC--射频芯片,我们也称之为MMIC。指的是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个元器件(模块),它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两部分。发射通路上需要滤波器、功率放大器、开关等,接收通路需要开关、低噪放、滤波器等器件。

      当今国内外研制的舰载雷达、机载雷达、弹道导弹防御雷达以及星载雷达均采用毫米波MMICs芯片有源相控阵雷达天线。
毫米波雷达工作频带宽,波束窄,抗干扰性能好,体积小,质量轻;和光电探测设备相比,穿透烟云雾雨的能力更强,是直升机、坦克、导引头与近程无人机等战术平台的优选探测器,在卫星通信、空间探测等领域,应用也越来越广泛。
有源相控阵雷达不仅具有波束位置捷变与高可靠性的优势,而且射频损耗低,能够实现波束赋形、多波束与多功能,是当今雷达研制的首选体制。

      兼具毫米波与有源相控阵两大优势,毫米波有源相控阵雷达作用距离远,测量精度高,多目标跟踪性能好,目标识别概率高,“四抗”能力强,满足不同平台多功能高精度雷达的需求。随着毫米波MMICs芯片与微组装技术的长足发展,研制毫米波有源相控阵雷达已经成为可能。

      到 2034 年,5G 毫米波在中国将产生约 1040 亿美元的经济效益,约占亚太区毫米波经济贡献值的一半,拉动毫米波MMICs芯片的应用需求。

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