新型集成相控阵突破毫米波通信距离受限瓶颈

此外，我们需要使毫米波无线通信尽可能不受阻挡，无线电波可以自由传播。尤肖虎举例说明，对于室内来说，如果可以在房间内部署多个毫米波基站的前端，房间 里的每一个角落都有相应的毫米波前端可以与设备进行连接，这样问题就能得到有效解决。而想要达到这一点，研发新型集成相控阵技术迫在眉睫。

传统的毫米波相控阵通常基于化合物半导体芯片加以实现，由于制作成本高昂, 极大地限制了其应用范围。尤肖虎教授、赵涤燹教授等人组成的联合研究团队经过6年多的探索，突破了CMOS器件固有瓶颈，成功研制出Ka频段毫米波 CMOS相控阵芯片，并探索出基于高密度混压PCB工艺的大规模集成相控阵解决方案，具有超高集成度、超低成本等特点。“我们目前使用的手机等电子产品， 超过95%都是基于CMOS工艺。在集成电路里，基于CMOS工艺是最常见、也是最容易做到低成本且大规模量产的一项工艺，它和我们以前所使用的化合物半 导体工艺之间在成本上有着量级上的差别。”尤肖虎表示，CMOS毫米波大规模集成相控阵研制成功之后，相同的工程量，此项技术可以将成本降低至原本的 1/10。随着此项技术的不断成熟，未来相控阵工程成本还将进一步降低，这也使得毫米波技术更容易推广应用。

据了解，以此技术为基础研制的4096通道收发集成相控阵是目前国际上集成度最高、规模最大的CMOS毫米波集成相控阵，其等效全向辐射功率(ERIP) 等关键技术指标遥遥领先于国际同类研究。“在基于低成本CMOS工艺和PCB工艺相控阵集成度上，一般来说几百甚至上千都是比较少见的，而我们目前能够做 到4096非常难得，也处于世界领先水平。”尤肖虎进一步解释，由于CMOS工艺本身固有的缺点，如对温度相对比较敏感、噪声系数相对较高等，很难提高其 发射功率。为此，团队设计了一系列新型构建电路，同时在系统级进行创新，从而让毫米波信号可以合理分配给不同芯片，形成一个非常稳定的系统。

据悉，目前我们使用的5G主要是低频段，即相对拥挤的Sub-6GHz，预计中国将在2022年北京冬奥会前后进入5G毫米波时代。届时，移动通信基站将 采用毫米波平台，用户能像在使用5G低频段时一样“不掉线”畅快上 ，而集成相控阵技术也将大有可为。“未来，利用中低轨道卫星，我们这项技术还可以应用 于手机等终端设备。大胆畅想，在地面时，手机可以接收地面信号，而当地面信号弱时，手机可以自动接收卫星信号，确保移动通信的稳定。”尤肖虎介 绍，CMOS毫米波大规模集成相控阵成果对于支撑我国移动通信技术与产业发展意义重大，这项技术突破曾入选《Light: Science &”>

随着移动通信朝着6G方向发展，尤肖虎和团队也正考虑将现有技术运用到6G之中。尤肖虎表示：“目前来看，CMOS毫米波大规模集成相控阵技术在 200GHz~300GHz频段上仍可以使用，只是那时可能遇到更大的挑战。这是一项长久的研究，我们需要把基础再扎牢一些，当国家出现毫米波相关重大需 求时，有完全自主可控的技术可用是我们的目标和愿景。”