國內(nèi)首個(gè)！自研CMOS毫米波相控陣，這家成都高科技企業(yè)突破了什么？

近期，在融資日益困難的當(dāng)下，微波、毫米波相控陣芯片和天線的領(lǐng)軍企業(yè)：成都天銳星通科技有限公司完成新一輪E+輪融資，由德諾資本參與投資，助力其鞏固相控陣技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。成立于2013年的天銳星通，參與研發(fā)的相控陣終端曾在神舟十三號載人飛船的返回過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為飛船提供了可靠的通信保障。

這家公司在國內(nèi)的毫米波相控陣技術(shù)領(lǐng)域有哪些突破，填補(bǔ)了國內(nèi)空白？5月28日，在是德科技年度盛會上，東南大學(xué)教授、天銳星通首席科學(xué)家趙滌燹分享了5G毫米波通信最新應(yīng)用進(jìn)展，以及5G毫米波在部署中毫米波相控陣技術(shù)如何解決無線覆蓋的痛點(diǎn)問題，并且重點(diǎn)闡述了國內(nèi)首個(gè)自研毫米波相控陣芯片和天線的方案。

5G毫米波通信三大優(yōu)勢，典型應(yīng)用囊括衛(wèi)星通信和低空經(jīng)濟(jì)場景

隨著衛(wèi)星通信、低空經(jīng)濟(jì)和沉浸式XR通信的興起，5G毫米波技術(shù)在這些新型應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。毫米波通信主要覆蓋在30到300GH頻段，5G毫米波頻段比較高，現(xiàn)在在Ku/Ka頻段衛(wèi)星通信可以使用。

5G毫米波牌照也在逐步開放中，5G毫米波第一大優(yōu)勢就是頻譜資源豐富，對于通信來說支撐很大的數(shù)據(jù)流量，對于雷達(dá)系統(tǒng)來說，它也有很好的雷達(dá)識別精度。毫米波第二大優(yōu)勢是工作頻率高，頻率越高天線尺寸越短，毫米波可以支持系統(tǒng)的小型化。

2023年6月ITU發(fā)布6G愿景，ITU的建議書提出面向2030及未來的6G系統(tǒng)將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)包容性、泛在連接、可持續(xù)性、創(chuàng)新、安全性、隱私性和彈性、標(biāo)準(zhǔn)化和互操作、互通信等七大目標(biāo)。趙滌燹表示，與5G毫米波相關(guān)的包括沉浸式通信，包括沉浸式XR通信、遠(yuǎn)程多感官遠(yuǎn)程呈現(xiàn)和全息通信。沉浸式通信的游戲，數(shù)據(jù)量特別大，5G毫米波支持AR、VR場景，可以更加輕松地、更生活化的呈現(xiàn)出來。

第三大優(yōu)勢對于超大規(guī)模連接支持。以往超大規(guī)模連接支持多指物聯(lián)網(wǎng)的窄帶通信，但是5G毫米波帶寬有優(yōu)勢，相控陣陣列大，對于數(shù)據(jù)流量不大的一些通信，用帶寬換陣列的尺寸，把天線尺寸可以做得很小。比如電力、石油開發(fā)場景下需要衛(wèi)星通信，數(shù)據(jù)流量不大，需要的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)多，這些應(yīng)用場景中5G毫米波具備優(yōu)勢。泛在連接，應(yīng)用在衛(wèi)星通信和低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，衛(wèi)星通信整個(gè)寬帶都在毫米波波段，低空經(jīng)濟(jì)包括通感一體、天地一體化通信的基站也需要毫米波的支持。

布局毫米波相控陣技術(shù)，解決毫米波傳輸痛點(diǎn)

大規(guī)模的相控陣是解決毫米波無線傳播距離受限的核心關(guān)鍵技術(shù)。相控陣是一個(gè)電磁波接收發(fā)射系統(tǒng)，電磁波的頻率越高、波長越短，其天線單元也就越小，在同樣的面積下就可以容納更多的天線。天線一多，密密麻麻地排成一個(gè)方陣，就組成了天線陣列。

趙滌燹指出，天銳星通布局毫米波相控陣技術(shù)領(lǐng)域，原理是利用多個(gè)天線發(fā)射無線電磁波，無線電磁波在空間進(jìn)行合成，來聚焦波束，增大輸出功率的效果，它可以彌補(bǔ)毫米波覆蓋能力的不足。以一個(gè)6厘米×6厘米的方塊為例，如果我們在3GHz頻段放天線，它只能放一個(gè)天線，它發(fā)送的波速就相對比較有限，波速在空間的損耗比較大；如果在30Hz頻段，在同樣的面積下，我可以放100個(gè)天線，這100個(gè)天線它的空間波速就可以聚焦，可以形成1個(gè)非常好的定向波束來定向發(fā)送功率，起到遠(yuǎn)距離覆蓋的一個(gè)效果。

毫米波相控陣具備兩大優(yōu)勢：一、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋。高頻段波長短，天線尺寸小，頻率提升N倍時(shí)，在發(fā)射和接收端均配置N×N的陣列天線，實(shí)現(xiàn)高增益和窄波束，提高等效輻射功率和接收靈敏度，增大傳輸距離。例如：頻率升高10倍，F(xiàn)SPL升高20dB；假設(shè)頻率升高后PA和LNA參數(shù)不變，收發(fā)均使用10×10的陣列天線，每個(gè)天線接1個(gè)PA/LNA，總共獲得60dB的鏈路增益，比低頻天線額外多出40dB的增益。這也是為什么在Ku頻段和Ka頻段使用5G毫米波，需要毫米波在衛(wèi)星通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)寬帶、遠(yuǎn)距離傳輸。

二、二維高速電掃描，調(diào)節(jié)每個(gè)天線單元的信號相位控制波束方向，相控陣電掃描可以將各通道信號相干疊加，同時(shí)實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用。為了實(shí)現(xiàn)高速電掃描，相控陣是唯一的手段。

推出CMOS工藝的毫米波相控陣芯片和天線，應(yīng)用場景不斷擴(kuò)展

2020年初，天銳星通與網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室合作，研制出了CMOS全集成4通道毫米波相控陣芯片，將每通道的成本由1000元降至20元左右，實(shí)現(xiàn)了中國在該項(xiàng)技術(shù)上的突破。

趙滌燹表示，天銳星通推出了高性能低成本毫米波相控陣，此相控陣基于可大批量生產(chǎn)的CMOS工藝和多層混壓PCB工藝。毫米波相控陣以天銳星通自行研制的多通道硅基CMOS多功能全集成芯片為基礎(chǔ)，集成1024天線單元，256顆CMOS相控陣芯片，功率分配網(wǎng)絡(luò)、電源、數(shù)字連線以及電源和波束管理模塊。Ka頻段1024/1560單元，Ku頻段768單元標(biāo)準(zhǔn)陣面+定制化陣面。

他介紹一款適用30Hz，用于Ka衛(wèi)星通信的5G毫米波8通道相控陣芯片，芯片里面集成驅(qū)動(dòng)放大器DA、功率放大器PA、移相器PS和衰減器ATT，內(nèi)置SPI、功率檢測、溫度檢測模塊。單通道的功率增益達(dá)到20dB以上。此外，天銳星通還推出了16通道的5G毫米波頻段的相控陣芯片和天線，2023年天銳星通還推出了Q、W頻段硅基CMOS相控陣芯片。天銳星通在硅基毫米波相控芯片方向取得突破，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，性能國際同步。

據(jù)悉，天銳星通和中國聯(lián)通合作，完成推出了“高國產(chǎn)化率毫米波室內(nèi)分布式基站”，去年榮獲了2022年度信息通信領(lǐng)域的十大科技進(jìn)展。

CMOS毫米波芯片與大規(guī)模集成相控陣已經(jīng)在規(guī)模性的推廣應(yīng)用了，成果已經(jīng)在車載、船載、無人機(jī)衛(wèi)星通信領(lǐng)域和毫米波5G領(lǐng)域得到規(guī)模性應(yīng)用。趙滌燹介紹說，天銳星通將毫米波技術(shù)應(yīng)用在低空經(jīng)濟(jì)中。比如在無人機(jī)載遠(yuǎn)距離毫米波回傳接入一體化系統(tǒng)，此系統(tǒng)首次引入5G、6G NTN非地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建毫米波接入回傳一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距、低時(shí)延和強(qiáng)抗干擾的無人機(jī)提供無線接入覆蓋，接入數(shù)據(jù)通過光交換機(jī)傳送給機(jī)載端回傳AAU，通過單跳，或者兩跳無線遠(yuǎn)距離回傳。

據(jù)悉，天銳星通以自研CMOS相控陣芯片為核心構(gòu)建相控陣天線，突破大規(guī)模毫米波相控陣集成技術(shù)和窄波束精確快速對準(zhǔn)技術(shù)，研制全套定制化毫米波通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)毫米波通信距離量級提升。

此外，天銳星通推出了“國內(nèi)首臺套”— Ka頻段衛(wèi)通平板相控陣天線子陣產(chǎn)品，是面向高通量衛(wèi)星、低軌寬帶衛(wèi)星通信的迫切需求研制，可在動(dòng)中通的車載、船載、機(jī)載、便攜等平臺上應(yīng)用，為用戶提供優(yōu)質(zhì)高效的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。

本文由電子發(fā)燒友原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明以上來源。微信號zy1052625525。需入群交流，請?zhí)砑游⑿舉lecfans999，投稿爆料采訪需求，請發(fā)郵箱zhangying@huaqiu.com。