3/26/2021，光纖在線訊，2020年度“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”近日揭曉。東南大學(xué)尤肖虎教授領(lǐng)銜的“CMOS 毫米波芯片與大規(guī)模集成相控陣”研究項(xiàng)目入選。項(xiàng)目完成單位包括東南大學(xué)、網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室和天銳星通科技有限公司。

由全向傳播到定向傳播

什么是毫米波？尤肖虎解釋，每一代移動(dòng)通信的頻率都在不斷升高，到了第五代移動(dòng)通信，波長則到了毫米這個(gè)量級。毫米波的特點(diǎn)是高頻段，帶寬高，可承載的流量大。

“目前5G還在起步階段，就像4G一樣，剛開始網(wǎng)速較快，后來越來越慢，其中一個(gè)主要原因是用戶多了，網(wǎng)絡(luò)擁塞了，實(shí)際上是帶寬不夠用了。所以下一步5G朝更高頻段是早晚的事情，是大的趨勢�！庇刃せ⒄f，但毫米波的缺點(diǎn)是傳播距離很近，怎么解決這個(gè)問題，就變成毫米波能否用于5G以及衛(wèi)星通信的最關(guān)鍵技術(shù)之一。相控陣提供了解決的辦法。

“過去的電波都是按照球面狀來傳播，相控陣則是以一條直線來傳播，這樣能量集中在某一個(gè)方向上，傳輸距離不再是幾米幾十米，我們用于衛(wèi)星通信還可以傳到3萬多公里�！坝刃せ⒄f，相控陣就是為了解決電波朝某個(gè)方向集中傳播、能夠讓傳播距離越走越遠(yuǎn)，這樣毫米波在高頻段用于移動(dòng)通信以及衛(wèi)星通信變成可能。

新技術(shù)可將成本降到十分之一

傳統(tǒng)的相控陣都用化合物和半導(dǎo)體材料去做，由于制作成本高昂, 極大地限制了其應(yīng)用范圍。尤肖虎教授、趙滌燹教授等人組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年探索，突破了 CMOS 器件固有瓶頸，成功研制出 Ka 頻段毫米波 CMOS 相控陣芯片，并探索出基于高密度混壓 PCB 工藝的大規(guī)模集成相控陣解決方案，具有超高集成度、超低成本等特點(diǎn)。

尤肖虎介紹，現(xiàn)在手機(jī)和電子產(chǎn)品95%以上都是基于 CMOS 工藝，是最普及的工藝，也是最容易做到低成本和大規(guī)模量產(chǎn)的工藝。這種工藝比較難的地方是：做到頻率比較高的時(shí)候，有一些負(fù)面的特性。尤肖虎團(tuán)隊(duì)考慮的就是把這些負(fù)面特性解決掉，才能使得最便宜最常見的工藝用于毫米波�！斑@項(xiàng)技術(shù)研究成功后，可以大幅降低成本。比如過去的相控陣，制造成本可能是幾十萬，應(yīng)用新技術(shù)降低到原來的十分之一，是完全可以的。隨著技術(shù)的成熟，還可以做到更便宜，甚至到白菜價(jià)，使得毫米波技術(shù)更便于推廣應(yīng)用�！�

中國將進(jìn)入5G毫米波時(shí)代

據(jù)了解，該項(xiàng)成果已在車載、船載和無人機(jī)寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信和毫米波 5G 領(lǐng)域得到規(guī)模性應(yīng)用，曾入選《Light: Science & Applications》與科學(xué)網(wǎng)評選出的“2020中國光學(xué)領(lǐng)域十大社會(huì)影響力事件”。相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新成果發(fā)表于 IEEE JSSC，TMTT，TCAS I 等著名國際期刊，并作為封面論文發(fā)表于《中國科學(xué)：信息科學(xué)》2021 年第 3 期；已申請國家發(fā)明專利 15 項(xiàng)。大概有30多個(gè)廠家圍繞著這項(xiàng)技術(shù)在開發(fā)各種產(chǎn)品。

“5G目前在厘米頻段，但預(yù)計(jì)到冬奧會(huì)之后，中國將進(jìn)入5G毫米波時(shí)代。這個(gè)時(shí)候，我們的手機(jī)、基站將會(huì)成毫米波的頻段。這樣相控陣技術(shù)就大有可為了�！� 尤肖虎表示，隨著移動(dòng)通信朝6G發(fā)展，他們在考慮把現(xiàn)有技術(shù)用到6G領(lǐng)域，預(yù)計(jì)6G頻段更高，這項(xiàng)技術(shù)在200-300GHZ頻段上仍然可以用，但是遇到挑戰(zhàn)會(huì)更大。

尤肖虎說，東大移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和紫金山實(shí)驗(yàn)室希望在涉及未來移動(dòng)通信長遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)方面做一些長久的研究，把基礎(chǔ)扎牢，使得國家出現(xiàn)重大需求時(shí)，有自主可控的技術(shù)可以使用。