國內首個！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下，微波、毫米波相控陣芯片和天線的領軍企業(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領域的領軍地位。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。

這家公司在國內的毫米波相控陣技術領域有哪些突破，填補了國內空白？5月28日，在是德科技年度盛會上，東南大學教授、天銳星通首席科學家趙滌燹分享了5G毫米波通信最新應用進展，以及5G毫米波在部署中毫米波相控陣技術如何解決無線覆蓋的痛點問題，并且重點闡述了國內首個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，典型應用囊括衛(wèi)星通信和低空經濟場景

隨著衛(wèi)星通信、低空經濟和沉浸式XR通信的興起，5G毫米波技術在這些新型應用領域有廣闊的應用前景。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)據流量，對于雷達系統(tǒng)來說，它也有很好的雷達識別精度。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)將推動實現(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、標準化和互操作、互通信等七大目標。趙滌燹表示，與5G毫米波相關的包括沉浸式通信，包括沉浸式XR通信、遠程多感官遠程呈現(xiàn)和全息通信。沉浸式通信的游戲，數(shù)據量特別大，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)據流量不大，需要的衛(wèi)星節(jié)點多，這些應用場景中5G毫米波具備優(yōu)勢。泛在連接，應用在衛(wèi)星通信和低空經濟領域，衛(wèi)星通信整個寬帶都在毫米波波段，低空經濟包括通感一體、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，解決毫米波傳輸痛點

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鍵技術。相控陣是一個電磁波接收發(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領域，原理是利用多個天線發(fā)射無線電磁波，無線電磁波在空間進行合成，來聚焦波束，增大輸出功率的效果，它可以彌補毫米波覆蓋能力的不足。以一個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個天線，這100個天線它的空間波速就可以聚焦，可以形成1個非常好的定向波束來定向發(fā)送功率，起到遠距離覆蓋的一個效果。

毫米波相控陣具備兩大優(yōu)勢：一、實現(xiàn)遠距離覆蓋。高頻段波長短，天線尺寸小，頻率提升N倍時，在發(fā)射和接收端均配置N×N的陣列天線，實現(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，每個天線接1個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)星通信領域實現(xiàn)寬帶、遠距離傳輸。

二、二維高速電掃描，調節(jié)每個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，同時實現(xiàn)空分復用。為了實現(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，應用場景不斷擴展

2020年初，天銳星通與網絡通信與安全紫金山實驗室合作，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，實現(xiàn)了中國在該項技術上的突破。

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，集成1024天線單元，256顆CMOS相控陣芯片，功率分配網絡、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單元標準陣面+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，芯片里面集成驅動放大器DA、功率放大器PA、移相器PS和衰減器ATT，內置SPI、功率檢測、溫度檢測模塊。單通道的功率增益達到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，實現(xiàn)批量生產，性能國際同步。

據悉，天銳星通和中國聯(lián)通合作，完成推出了“高國產化率毫米波室內分布式基站”，去年榮獲了2022年度信息通信領域的十大科技進展。

CMOS毫米波芯片與大規(guī)模集成相控陣已經在規(guī)模性的推廣應用了，成果已經在車載、船載、無人機衛(wèi)星通信領域和毫米波5G領域得到規(guī)模性應用。趙滌燹介紹說，天銳星通將毫米波技術應用在低空經濟中。比如在無人機載遠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非地面網絡技術，構建毫米波接入回傳一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)超遠距、低時延和強抗干擾的無人機提供無線接入覆蓋，接入數(shù)據通過光交換機傳送給機載端回傳AAU，通過單跳，或者兩跳無線遠距離回傳。

據悉，天銳星通以自研CMOS相控陣芯片為核心構建相控陣天線，突破大規(guī)模毫米波相控陣集成技術和窄波束精確快速對準技術，研制全套定制化毫米波通信設備，實現(xiàn)毫米波通信距離量級提升。

此外，天銳星通推出了“國內首臺套”— Ka頻段衛(wèi)通平板相控陣天線子陣產品，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，可在動中通的車載、船載、機載、便攜等平臺上應用，為用戶提供優(yōu)質高效的衛(wèi)星通信網絡。

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