本文介绍什么是毫米波 （mmWaves）技术，包括其频率、传播特性。与其他低频技术相比有何特点？什么是毫米波？顾名思义，毫米波是波长 （λ） 约为 1 毫米（更准确地说是 1 至 10 毫米）的电磁波。使用公式f = c /λ将该波长转换为频率，其中c是光速 （3E8 m/s），得出的频率范围为 30-300 GHz。毫米波频段被国际电信联盟 （ITU） 指定为“极高频”（EHF） 频段。术语“毫米波”也经常缩写为“mmWave”。图 1 包括利用毫米波频谱的应用示例，还展示了毫米波频谱相对于其他电磁频段的位置。

图 1.毫米波频谱概览。图片由ADI 公司提供现在我们已经有了基本的定义，让我们来谈谈毫米波信号是如何传播的。 毫米波传播毫米波信号传播的特点是：

高自由空间路径损耗

显著的大气衰减

漫反射

穿透深度有限

自由空间路径损耗毫米波射频 （RF） 通信的一个限制是两个天线之间直接视距通信的自由空间路径损耗 （FSPL）。FSPL 与波长的平方成反比，由以下等式给出：

其中：

d是两个天线之间的距离，单位为 m

λ是波长，单位为m

从这个公式可以看出，波长减少 10 倍会导致自由空间路径损耗增加 100 倍。因此，毫米波长处的衰减比更传统的通信频率（如 FM 无线电或 Wi-Fi）的衰减高许多数量级。在射频通信计算中，这个损耗方程通常被转换为以 dB 为单位的结果，频率以 GHz 为单位，距离以公里为单位。经过这种转换，等式变为： 以下链接为评估自由空间路径损耗的免费计算器：https://www.allaboutcircuits.com/tools/free-space-path-loss-calculator/大气衰减毫米波传输的另一个缺点是大气衰减。在此波长范围内，大气气体（主要是氧气 （O2） 和水蒸气 （H2O） 分子）的存在会导致额外衰减。从图 2 中可以看出，某些频段的大气衰减可能非常严重。

图 2.频率和海拔的大气衰减。

例如，5 mm （60 GHz） 处的氧峰值。雨水会增加整个频谱的衰减。

漫反射更长的波长通常依赖于直接（镜面）反射功率来帮助绕过障碍物（想想镜子般的反射）。然而，许多表面对毫米波来说显得“粗糙”，这会导致漫反射，将能量发送到许多不同的方向。这可以在图 3 中看到。

图 3.漫反射和镜面反射

因此，到达接收天线的反射能量可能会更少。因此，毫米波的传输非常容易受到障碍物的影响，通常仅限于视线范围内的传输。有限的渗透由于波长较短，毫米波不能深入或穿透大多数材料。例如，一项对常见建筑材料的研究发现，衰减范围约为 1 至 6 dB/cm，70 GHz 下穿过砖墙的穿透损耗可能是 1 GHz 下的五倍。

在户外，树叶也会阻挡大多数毫米波。因此，大多数毫米波通信仅限于视距操作。 毫米波的优势对于许多应用，毫米波信号的自由空间路径损耗、大气衰减、漫反射和有限的穿透是有害的。然而，事实证明，这些特性也可以在某些应用中作为优点加以利用。毫米波的优点包括：

宽带宽

高数据速率

低延迟

小天线

范围有限

有限的反射

有限的渗透

提高分辨率

接下来解释这些优点中的每一个以及它们如何在某些应用中被利用。 宽带宽和高数据速率对于通信应用，宽带宽意味着更高的峰值数据速率。这可能意味着能够以给定的数据速率处理更多的同时通信通道，或者在单次通信中发送更多数据。低频频谱被大量使用，因此不能提供这些理想的宽带宽。

例如，3GPP 的 5G NR规范分配的最大信道带宽在 6 GHz 以下仅为 100 MHz，而在 24 GHz 以上的频段中则高达 400 MHz。随着这些 5G 规范的不断发展，一些团体正在游说在毫米波频谱中进行更广泛的带宽分配。 正是由于这些宽带宽和高数据速率，毫米波长期以来一直用于 27.5 GHz 和 31 GHz 的卫星通信。

包括碳化硅 （SiC） 和氮化镓 （GaN） 在内的高频电路技术的进步以及相关的较低制造成本正在将毫米波通信带入地面上、掩模市场消费类应用，例如 5G NR。 低延迟通信网络中的延迟有多种含义。对于单向通信，延迟是从源发送数据包到目的地接收相同数据包的时间。毫米波的更高频率意味着可以在更短的时间内传输更多数据。

因此，对于固定的数据包大小，高频系统将比低频系统具有更低的延迟。 低延迟对于许多对时间敏感的应用很重要，包括工业自动化、无线增强或虚拟现实和自动驾驶系统。毫米波的宽带宽可实现更短的传输时间间隔和更低的无线电波接口延迟，以促进对低延迟敏感应用的引入和支持。

小天线毫米波最重要的优势之一是较小的天线，并且能够在阵列中使用大量这些较小的天线元件来实现波束成形。例如，汽车雷达正在从 24 GHz 过渡到 77 GHz。波长小了三倍以上，因此天线阵列面积可以小九倍以上，如图 4 所示。

图 4. 24 GHz 和 77 GHz 的相对天线阵列尺寸

非常小的天线元件的大型阵列也将用于毫米波通信系统，如 5G。波束成形可以将辐射功率集中到个人用户，以获得更高质量的信号和更远距离的通信。使用自适应波束成形，波束甚至可以作为用户数量及其相对于发射天线的位置的函数而动态改变。

有限的范围、反射和穿透有限的范围、漫反射和有限的穿透深度实际上可以为电信带来好处。正在利用这些特性来允许许多小小区彼此非常靠近而不受干扰。这提供了频谱的空间重用，因此允许在一个区域中支持更多的高带宽消费者。 提高分辨率在雷达应用中，毫米波信号的更高频率和更大带宽支持更准确的距离测量、更准确的速度测量以及分辨两个相距很近的物体的能力。

毫米波技术的应用雷达多年来，航空航天雷达是毫米波技术的主要应用。宽带宽非常适合确定与物体的距离、分辨距离较近的两个远距离物体以及测量与目标的相对速度。 例如，假设两个物体直接相互靠近或远离，在最基本的形式中，多普勒频移 （Δf） 由下式给出：

其中

Vrel是相对速度 （m/s）

λ 是波长 （m）

由于波长越短（如毫米波），频移越大，因此更容易测量产生的频移。使用更小的多单元天线和自适应波束成形的能力也使毫米波成为雷达应用的理想选择。

出于同样的原因，了四月毫米波雷达适用于航空航天应用，它也被广泛用于自动车辆应用，包括紧急制动、自适应巡航控制 （ACC） 和盲点检测（如图 5 所示）。

图 5.毫米波雷达在自动驾驶汽车中的应用

快速准确地测量距离和相对速度的能力对于自动驾驶汽车的运行显然很重要。 电信由于宽带、低延迟、小天线和多天线阵列波束成形，卫星系统长期以来一直使用毫米波进行通信。这些相同的特性正在推动许多地面电信网络采用毫米波。

例如，由于带宽增加，毫米波可以支持超高清（UHD）视频的无线传输。此外，较小的天线支持集成到智能手机、数字机顶盒、游戏机等设备中。将采用毫米波的新兴行业标准包括5G和可达到Gb/s数据速率的IEEE 802.11ad WiGig。特别是在室内和城市环境中，毫米波的空间重用和自适应波束成形将能够向大量用户提供高带宽通信，如图 6 所示。

图 6.支持固定和移动用户的自适应波束成形大规模 MIMO（多输入多输出）系统将实现空间分集、空间复用和波束成形，从而在使用更低功率的同时为更多用户提供更好的功能。 安全安检设备毫米波也用于人体安全扫描仪。数以千计的发射和接收天线协同工作用于高精度扫描，如图 7 所示。

图 7.毫米波人体扫描仪系统

这些系统以 70 GHz 至 80 GHz 的频率范围进行传输，并且仅发射大约 1 mW 的功率。毫米波穿过大多数衣服并从皮肤和其他表面反射回接收天线。接收到的信号可用于创建个人的详细图像并揭示隐藏在衣服下的物品。毫米波的低功率和有限的穿透深度提供了更高的安全性。 毫米波的其他应用

这些只是毫米波技术众多应用中的一小部分。已经提出或实施的其他应用包括但肯定不限于：

射电天文学

土壤水分评价

积雪测量

冰山位置

在恶劣天气下补充光学探测

天气地图

测量风速

医疗

总结

毫米波长期以来一直用于雷达应用，并且越来越多地应用于新领域，其中最突出的是高数据速率电信。短波长和独特的传播特性为在这些领域工作的设计工程师提供了挑战和机遇。

编辑：jq

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HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中频发射器 和特点 高线性度： 支持高达1024 QAM的调制频率 Tx IF范围：200 MHz - 700 MHz Tx RF范围：800 MHz - 4,000 MHz Tx功率控制范围： 25 dB SPI控制接口 32引脚5 mm × 5 mm LFCSP封装 产品详情 HMC8200LP5ME是一款高度集成的中频(IF)发射器芯片，可将行业标准300 MHz至400 MHz IF输入信号转换为输出端的800 MHz至4000 MHz单端射频(RF)信号。 中频发射器芯片采用紧凑型5 mm × 5 mm LFCSP封装，支持高达1024 QAM的复杂调制频率。HMC8200LP5ME在大幅缩减尺寸和成本的同时可降低传统微波无线电的设计复杂性。HMC8200LP5ME具有−31 dBm至+4 dBm的IF输入功率范围，以1 dB步长提供35 dB数字增益控制，且模拟电压增益放大器(VGA)持续控制-20 dBm至+5 dBm的发射器输出功率。 该器件还具有三个集成式功率检波器。第一个检波器(LOG_IF)可用于监控中频输入功率。第二个检波器(SLPD_OUT)是一个平方律功率检波器，用于监控进入混频器中的功率。第三个功率检波器(LOG_RF)用于监控输出功率，可用于实现输出功率的精细调整。 应用 点对点通信 卫星通信 无线微波回程系统 另请查... 发表于 02-22 15:33 • 310次
ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器 和特点 单芯片多频段3G收发器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA标准 覆盖UMTS频段频段I至VI和VIII至X的本地区域BS级 直接变频发射机和接收机 WCDMA和GSM接收基带滤波器选项 易于使用，校准工作量极小自动Rx直流失调控制简便的增益、频率和模式编程 低电源电流接收电流：50 mA（典型值）发射电流：50 mA至100 mA（随输出功率变化） 6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装 只需极少的外部器件集成多频段多模式监控无Tx SAW或Rx级间SAW滤波器集成电源管理集成频率合成器，包括PLL环路滤波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性，请参考数据手册 产品详情 ADF4602是一款3G收发器IC，具有无与伦比的集成度和特性集合，非常适合提供蜂窝固定移动融合(FMC)服务的高性能3G毫微微蜂窝。只需少数几个外部器件，便能实现完整的多频段收发器。单个器件支持UMTS频段1至6和8至10。接收机基于直接变频架构，这种架构是高度集成的宽带CDMA (WCDMA)接收机的理想选择，可通过完全集成所有级间滤波来减少物料用量。前端含有三个高性能单端低噪声放大器(LNA)，使该器件能支持三频段应用。单端输入结构可简... 发表于 02-22 15:33 • 1013次
HMC7586 71 GHz至76 GHz，E频段I/Q下变频器 和特点 转换增益： 12.5 dB（典型值） 镜像抑制： 28 dBc（典型值） 噪声系数： 5 dB（典型值） 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率： -9 dBm（典型值） 输出三阶交调截点(IP3)： -1 dBm（典型值） 输出二阶交调截点(IP2)： 20 dBm（典型值） RFIN上6倍本振(LO)泄漏： -40 dBm（典型值） IFOUT上1倍LO泄漏： -50 dBm（典型值） 射频(RF)回波损耗： 5 dB（典型值） LO回损： 20 dB（典型值） 裸片尺寸： 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片，工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器，后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者，可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并，以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量... 发表于 02-22 15:31 • 119次
HMC6301 毫米波接收器，57 GHz - 64 GHz 和特点 频段：57 - 64 GHz RF信号带宽：最高达1.8 GHz 噪声系数：8 dB（典型值） 接收器增益：0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路，采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装，包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz，双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐，具有出色的相位噪声，支持高达64 QAM的调制。或者，可以注入外部LO，它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小... 发表于 02-22 15:14 • 270次
ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器 和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益： 22 dB 噪声系数(NF)： 10 dB P1dB： −10 dBm LO输入范围： -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离： 30 dB RF信号带宽： 250 MHz Rx输出阻抗： 900 Ω差分 LO输入缓冲器： 24 GHz RF和LO S11（50 Ω时）： -5 dB 集成模拟输出的温度传感器：±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM)：2000 V 充电器件模型(CDM)：500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入，后接差分低噪声放大器(LNA)，以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图... 发表于 02-22 15:07 • 485次
ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器 和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器，带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB：7 dBm输出 IP3：16 dBm转换增益：36 dB噪声指数：7 dBRF 输入频率范围：16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围：16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围：900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器，集成了小数 N 分频频率合成器，非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器（LNA）组成，可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数，同时最大限度地减少外部元件。此外，高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环（PLL），带有多核压控振荡器（VCO）和内部 2 倍乘法器，可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号，无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序，使得 PLL 可选择必要设置，并锁定约 400 μs。... 发表于 02-22 15:07 • 263次
ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器 和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO（工业、科学和医疗（ISM）射频频段） 双通道 24 GHz 功率放大器，输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围：24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM：2000 V CDM：250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器（Tx）单片微波集成电路（MMIC），具有片内 24 GHz 压控振荡器（VCO）。VCO 具有分数 N 频率合成器，并具有波形生成功能、可编程网格阵列（PGA）和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器（LO）输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口（SPI）实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用... 发表于 02-22 15:06 • 353次
ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出 和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出（鉴频器） 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM)：2000 V 充电器件模型(CDM)：250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC)，片内集成24 GHz VCO和PGA，并有两个Tx通道，适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器：对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV（无人机）：防撞 智能运输系统：智能交通监控和控制 监控和安全 方框图... 发表于 02-22 15:05 • 646次
HMC6300 60 GHz毫米波发射器，57 GHz - 64 GHz 和特点 频段：57 - 64 GHz RF信号带宽：最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率：15 dBm 增益：5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路，采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装，工作频率范围为57 GHz至64 GHz，调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐，具有出色的相位噪声，支持高达64-QAM的调制。或者，可以注入外部LO，它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式，从而实现更低成本和功耗的串行数据链路，而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作，最高12 dBm。与HMC6301BG46一起，完整的60 G... 发表于 02-22 12:05 • 427次