海因裡希·魯道夫·赫茲提出毫米波的概念至今已經130餘年。多年來,毫米波技術的發展可謂起起伏伏。如今,隨著5G時代的到來和廣闊的發展前景,毫米波作為5G重要的組成部分,再度成為全球的焦點。那究竟什麼是毫米波?為什麼毫米波成為移動通信領域的滄海遺珠?以及為什麼5G對毫米波青睞有加呢?

一、毫米波的概念

通常微波指的是波長由1m到1cm的電磁波,而毫米波是波長在1mm到10mm之間的電磁波,對應的是30GHz至300GHz之間的無線電頻譜。亞毫米波的波長范圍為1 mm到0.1 mm,頻率范圍是300GHz~3000 GHz,頻率再高依次為遠紅外線、紅外線、可見光、紫外線、x射線及γ射線。

通常微波指的是波長由1m到1cm的電磁波,而毫米波是波長在1mm到10mm之間的電磁波,對應的是30GHz至300GHz之間的無線電頻譜。亞毫米波的波長范圍為1 mm到0.1 mm,頻率范圍是300GHz~3000 GHz,頻率再高依次為遠紅外線、紅外線、可見光、紫外線、x射線及γ射線。

二、毫米波的發展歷程

上世紀40年代,各國投入大量精力研究微波技術在雷達中的應用,促進瞭微波技術的崛起,此時人們對毫米波的認知處於萌芽狀態;50年代,盡管少數學者繼續研究毫米波使人們對其有瞭更進步的瞭解,但受當時器件、材料、工藝等方面的限制,毫米波的發展十分緩慢;60年代,激光和紅外技術成為瞭各國關註的焦點,毫米波的研究直接跌入低谷;進入70年代,毫米波基礎材料、加工工藝、各種器件和傳輸線的研究進展迅猛,而且大功率回旋管的出現以及低成本、小型化、輕量化、高可靠性和長壽命的毫米波固體器件的研制成功,使毫米波功率源取得瞭重大突破。同時在不斷的科學實踐中,相比許多微波、紅外和光波,毫米波具備很多不可比擬的特性,這些優勢能夠滿足軍事電子學和信息技術的需求,從此,毫米波掀起瞭一股國際性的熱潮。另外,美國商務部對21世紀的高技術預測中,毫米波技術也被列入瞭重要分支學科之一。

三、毫米波G時代備受青睞的原因

毫米波一直都是移動通信的“蠻荒地帶”,主要是因為其傳播距離短,穿透性差,但隨著5G時代的到來,毫米波擁有的連續可用的超大帶寬,一段頻譜動輒好幾GHz的帶寬,正好滿足5G系統對超大容量和極高速率的傳輸需求,5G 20Gbit/s峰值速率的夢想也是構築於此。雖然毫米波在空氣中衰減較大,穿墻基本無可能,但正因如此,對其他終端發射的毫米波信號幹擾相對較小,所以在設計時不用特別考慮幹擾信號的處理問題,無形中減少瞭很多精力和成本。另外,毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大,使得傳輸的波束較窄,增大瞭竊聽難度,毫米波具有波長短的特點,所需的天線尺寸較小,所以容易在較小的空間集成大規模的天線陣。

通過5G毫米波技術,人們可以在一些室內環境、大型場館以及交通樞紐更好地架設公用網絡和企業專網,還可以提供更多終端設備的支持,通過共址技術,還能更好地發揮現有無線及蜂窩網絡的互通能力,5G毫米波的高容量特性還有助於運營商提供無限流量的套餐,可以惠及廣大消費者。

隨著5G時代的到來,毫米波必定會成為5G網絡的重要基礎,推動5G時代的進步,讓我們一起拭目以待!

參考資料:

[1] 王坦:從“多國爭論”到“全球共識”的 5G毫米波之路.中國無線電管理.2019.12.24.

[2] 薛良金編著. 毫米波工程基礎[M]. 2004:2頁.

[3] 中國科協首屆青年學術年會四川衛星會議執行委員會編. 中國科學技術協會首屆青年學術年會四川衛星會議論文集 上[M].1992:574-577頁.

[4] 刁兆坤,劉威,范才坤,楊麗,秦文.毫米波5G基站的應用挑戰和未來發展[J].通信世界,2019(33):21-23.

[5] 雲塔科技聯合中國科學技術大學發佈5G毫米波濾波器.新華網.2020.04.16.

[6] 高通駱濤:推動毫米波技術創新,助力釋放5G全部潛能. 環球網.2020-08-28.

[7] 高通季庭方:消除誤解克服挑戰毫米波技術助力5G潛能全釋放. 環球網 .2020.07.10.

[8] 張博.面向5G的毫米波技術應用分析[J].數字通信世界,2019(03):63.