毫米波元件的最新技术进展

很久以来，毫米波元件与技术一直与辐射测量和安全的点到点通信有着紧密的联系。但随着产生和检测频率在30GHz以上信号的方法变得越来越实用，毫米波元件和子系统的使用正变得越来越广泛。电磁仿真软件工具的测量能力提高和功能增强因此也有了保障。由于设计和测量方法变得愈加高效，毫米波设计的成本效益越来越高，被许多人考虑作为各种应用的解决方案，覆盖了从汽车巡航控制系统和机场威胁检测成像系统到高数据速率的个人区域网(PAN)通信设备的广大范围。

毫米波频率范围一般被认为从30GHz至300GHz，波长约1mm至10mm。由于波长很短，因此电路尺寸和结构相应的非常精细，加工难度通常比较大。虽然同轴电缆和连接器的生产已经有了很大的改进，同轴线可以支持毫米波范围的频率(一般约70GHz)，但大多数更高毫米波频率选择的传输线是波导管，由于其管道状的外观，波导管经常被人称为“管道系统”。波导管有许多种形式，包括矩形和圆形，具体尺寸还与频率和波长有关，当频率提高到100GHz以上时尺寸就非常微小了。

尽管在加工(和测试)包括天线和波导管在内的毫米波元件时历来存在很大的困难，但可用带宽对许多通信应用来说非常有吸引力。例如，随着最新无线通信网络(包括使用长期演进(LTE)和WiMAX技术的第4代(4G)蜂窝系统)的服务提供商努力迎合用户对传送大量数据的增长性需求，他们在从一个蜂窝站点到另一个蜂窝站点的回传连接中越来越多地面对临“数据阻塞”。这些连接中有些还是用很长的电缆或光纤等传统方法来实现的。

但微波射频，特别是在免许可的60GHz频段的微波射频是金属电缆或光纤的一种极具吸引力的替代品。在美国，这个免许可频段范围从57GHz到64GHz，日本则扩展为59GHz至66GHz，或5GHz的重叠频谱。这个带宽支持高达1Gb/s的数据速率。另外，许多毫米波频段(如60GHz)具有大气衰减特征，因此使用这些频段进行通信几乎不可能被窃听，可以非常安全地传输敏感数据。

还在几年前，使用这些频率进行视距范围的短距离通信在经济上还是不可行的。但随着毫米波频率构建模块集成电路(IC)的发展，特别是基于硅的IC技术(如硅锗(SiGe)或硅CMOS器件)的成熟，开发出用于60GHz通信链路以及用于汽车应用的77GHz自适应巡航控制系统、用于经许可的E频段点到点通信(71GHz至76GHz和81GHz至86GHz)、用于94GHz成像与数据通信系统的价格合理的毫米波元件已经成为可能。

例如，为了使射频设备的价格更加便宜，Vubiq公司采用IBM提供的硅锗(SiGe)毫米波IC开发出了低成本、高数据速率、工作在60GHz的回传射频设备。这家公司创建了一种独特的专利待批中的WR-15波导封装，其中集成了射频器件、嵌入式时钟、中频(IF)电子元件和支撑元件。