|
很久以來，毫米波元件與技術一直與輻射測量和安全的點到點通信有著緊密的聯系。但隨著產生和檢測頻率在30GHz以上信號的方法變得越來越實用，毫米波元件和子系統的使用正變得越來越廣泛。電磁仿真軟件工具的測量能力提高和功能增強因此也有了保障。由于設計和測量方法變得愈加高效，毫米波設計的成本效益越來越高，被許多人考慮作為各種應用的解決方案，覆蓋了從汽車巡航控制系統和機場威脅檢測成像系統到高數據速率的個人區域網(PAN)通信設備的廣大范圍。 毫米波頻率范圍一般被認為從30GHz至300GHz，波長約1mm至10mm。由于波長很短，因此電路尺寸和結構相應的非常精細，加工難度通常比較大。雖然同軸電纜和連接器的生產已經有了很大的改進，同軸線可以支持毫米波范圍的頻率(一般約70GHz)，但大多數更高毫米波頻率選擇的傳輸線是波導管，由于其管道狀的外觀，波導管經常被人稱為“管道系統”。波導管有許多種形式，包括矩形和圓形，具體尺寸還與頻率和波長有關，當頻率提高到100GHz以上時尺寸就非常微小了。 盡管在加工(和測試)包括天線和波導管在內的毫米波元件時歷來存在很大的困難，但可用帶寬對許多通信應用來說非常有吸引力。例如，隨著最新無線通信網絡(包括使用長期演進(LTE)和WiMAX技術的第4代(4G)蜂窩系統)的服務提供商努力迎合用戶對傳送大量數據的增長性需求，他們在從一個蜂窩站點到另一個蜂窩站點的回傳連接中越來越多地面對臨“數據阻塞”。這些連接中有些還是用很長的電纜或光纖等傳統方法來實現的。 但微波射頻，特別是在免許可的60GHz頻段的微波射頻是金屬電纜或光纖的一種極具吸引力的替代品。在美國，這個免許可頻段范圍從57GHz到64GHz，日本則擴展為59GHz至66GHz，或5GHz的重疊頻譜。這個帶寬支持高達1Gb/s的數據速率。另外，許多毫米波頻段(如60GHz)具有大氣衰減特征，因此使用這些頻段進行通信幾乎不可能被竊聽，可以非常安全地傳輸敏感數據。 還在幾年前，使用這些頻率進行視距范圍的短距離通信在經濟上還是不可行的。但隨著毫米波頻率構建模塊集成電路(IC)的發展，特別是基于硅的IC技術(如硅鍺(SiGe)或硅CMOS器件)的成熟，開發出用于60GHz通信鏈路以及用于汽車應用的77GHz自適應巡航控制系統、用于經許可的E頻段點到點通信(71GHz至76GHz和81GHz至86GHz)、用于94GHz成像與數據通信系統的價格合理的毫米波元件已經成為可能。 例如，為了使射頻設備的價格更加便宜，Vubiq公司采用IBM提供的硅鍺(SiGe)毫米波IC開發出了低成本、高數據速率、工作在60GHz的回傳射頻設備。這家公司創建了一種獨特的專利待批中的WR-15波導封裝，其中集成了射頻器件、嵌入式時鐘、中頻(IF)電子元件和支撐元件。 ELVA-1公司的毫米波事業部位于俄羅斯圣彼得堡，該公司從1993年就開始設計和制造毫米波元件、子系統和測試設備，這些產品主要用于挑選出來的大氣吸收頻段(如42GHz、70GHz和80GHz以及94GHz)，因而支持安全的通信。作為俄羅斯最大的毫米波硬件提供商，ELVA-1提供工作于71GHz至76GHz、81GHz至86GHz以及92GHz至95GHz頻段而且經過認證的射頻設備。這些射頻設備使用復雜的調制技術支持全雙工通信，容量高達1.25Gb/s，這些調制技術包括正交相移鍵控(QPSK)和正交幅度調制(QAM)。 回傳射頻設備供應商Exalt Communications和Bridgewave Communications分別提供工作在42GHz和60GHz許可和免許可毫米波頻段的回傳射頻設備。Exalt公司的ExtremeAir室外射頻設備工作在42GHz許可頻段，工作距離可達24英里。Bridgewave公司的產品工作在60GHz和80GHz頻段，非常適合更短距離的連接。 對于那些從元件級往上設計毫米波系統的公司來說，有大量的可靠性元件供應商可提供組裝射頻收發機或檢測系統所需的無源和有源元件，例如Aerowave、Ducommun、Endwave、Herley Defense Electronics、Microsemi、Millitech、QuinStar Technology和Spacek Labs。就拿Spacek公司來說，該公司能夠同時提供有源和無源毫米波元件，包括放大器、濾波器、混頻器和頻率高達110GHz的耿氏(Gunn)振蕩器。為了幫助設計工程師的工作，Aerowave公司的Paul Chorney提供了多種計算器(excel電子表格)，對于處于毫米波頻率的波導設計來說，這種計算器非常有用。同樣，Ducommun公司在其網站上發布了多個參考設計，包括矩形和圓形波導管、法蘭類型以及轉換圖表。 開發價格合理的毫米波器件解決方案的關鍵之一是設計適合這些頻率的價格合理的封裝，而Endwave公司已經成功地將傳統表貼封裝應用于毫米波應用。這家公司是高頻單片微波集成電路(MMIC)和一體化發送/接收模塊的領先供應商，對性能增強的高頻封裝存在內部需求。通過對四方扁平無引線(QFN)封裝重新進行工程設計，Endwave的設計工程師能夠將有效的上限頻率從25GHz翻倍提升至50GHz。 雖然通信鏈路為毫米波技術提供了最有前途的機會，但毫米波技術也能應用于其它重要的市場領域，包括反恐戰爭。例如，Millivision公司已經在毫米波技術基礎上開發出無源威脅檢測系統。這些系統不產生電磁波，但能夠使用無源毫米波傳感器檢測生物體發出的射頻信號。這些傳感器與關聯的視頻攝像機一起用于檢測某一方面的目標。這家公司的自動威脅檢測(ATD)工具可將檢測到的信號合并到實時視頻圖像中，因此不需要直接觀察毫米波信號本身。這些系統可以分辨出每一面尺寸小于2英寸的物體。 針對研究項目，SynView公司在太赫茲頻率(100GHz至10THz)成像基礎上開發出了一種三維(3D)成像系統。像紙張、塑料和合成品等許多材料對于太赫茲輻射來說是透明的，這使得看清密閉容器的內部成為可能(非常類似X光輻射)。 最后，為了使商用測試設備(如信號發生器、頻譜分析儀和VNA)適應毫米波元件的頻率范圍以用于測量目的，許多公司提供了測量配件(如復用器和VNA擴展器)，例如Millitech、OML和Virginia Diodes等公司。OML打算將VNA模塊的頻率范圍一直擴展到500GHz，而Virginia Diodes公司已經能夠提供工作在750GHz至1050GHz頻段的VNA擴展器。 |
