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毫米波頻段為范圍雖然有限但屬于寬帶范疇的通信系統(tǒng)提供了新的極好的發(fā)展機(jī)遇。由于美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)和其它全球性管理機(jī)構(gòu)允許毫米波頻點(diǎn)的帶寬指配或免費(fèi)開放給點(diǎn)到點(diǎn)通信鏈路(參見(jiàn)2007年8月Microwaves & RF期刊第40頁(yè))，有許多系統(tǒng)級(jí)的公司對(duì)高頻鏈路的興趣越來(lái)越濃厚，而許多器件級(jí)的公司也表現(xiàn)出極大的熱情。全球?qū)Ω咚僬Z(yǔ)音、數(shù)據(jù)和音頻互連需求的不斷增長(zhǎng)推動(dòng)了頻率規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)免費(fèi)開放毫米波范圍的頻譜。
可接受的毫米波頻率通常在30到300GHz范圍內(nèi)，其名字就來(lái)源于這些頻點(diǎn)的信號(hào)波長(zhǎng)很短。在這些頻點(diǎn)工作的元器件通過(guò)采用波導(dǎo)互連，其對(duì)應(yīng)于毫米波頻譜的波導(dǎo)物理尺寸具有很小的信號(hào)傳導(dǎo)損失。當(dāng)然，許多同軸連接器公司現(xiàn)在已能為從直流到110GHz范圍內(nèi)的寬帶應(yīng)用(如寬帶測(cè)量)提供接口尺寸小至1毫米的連接器，不過(guò)大多數(shù)毫米波設(shè)備的工作頻率范圍只占總的30到300GHz頻譜的很小一部分。
BridgeWave Communications是能夠提供完整的點(diǎn)到點(diǎn)毫米波鏈路解決方案的公司之一，公司在全球部署有數(shù)千臺(tái)60和80GHz的無(wú)線千兆比特設(shè)備。該公司的毫米波無(wú)線設(shè)備支持局域網(wǎng)(LAN)干線擴(kuò)展、移動(dòng)電話回傳應(yīng)用以及大容量互聯(lián)網(wǎng)接入。他們提供的無(wú)線系統(tǒng)被稱為“無(wú)線光纖”系統(tǒng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)可以提供象光纖鏈路一樣的性能、可靠性和安全性，而且不存在安裝問(wèn)題。
BridgeWave公司的點(diǎn)到點(diǎn)固定無(wú)線系統(tǒng)采用了專有的AdaptRate技術(shù)和前向糾錯(cuò)技術(shù)(FER)，可以在毫米波頻率所能達(dá)到的最長(zhǎng)鏈路距離上獲得可靠的性能。BridgeWave公司最近還發(fā)布了新的AdaptPath技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)AdaptRate毫米波鏈路與第二條采用有線或無(wú)線技術(shù)的補(bǔ)充性連接的集成，從而形成多技術(shù)解決方案，提高了可用性和覆蓋范圍。
通過(guò)組合公司的60或80GHz無(wú)線橋與較低速的第二條通信通道，如免許可的5GHz無(wú)線橋或有許可的6或11GHz鏈路，AdapPath鏈路切換技術(shù)可以創(chuàng)建全天候雙通道數(shù)據(jù)連接。當(dāng)環(huán)境條件變化而降低了毫米波鏈路的性能時(shí)，AdaptPath技術(shù)可以在數(shù)據(jù)差錯(cuò)發(fā)生之前自動(dòng)將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換到第二條通道 上。BridgeWave公司高級(jí)副總裁兼首席營(yíng)銷官Gregg Levin指出，“AdaptPath是BridgeWave即將采取的下一步策略，旨在向企業(yè)、政府部門和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供更大的靈活性，以滿足他們對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量、范圍和正常運(yùn)行時(shí)間的要求。”
BridgeWave公司的客戶對(duì)此非常支持。上述兩種技術(shù)的結(jié)合可以幫助寬帶服務(wù)提供商Roadstar Internet加速在華盛頓地區(qū)推廣可靠的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。據(jù)該公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官M(fèi)arty Dougherty表示，“先進(jìn)的千兆以太網(wǎng)無(wú)線干線使我們有幸成為第一家為這個(gè)快速發(fā)展地區(qū)提供下一代接入服務(wù)的公司。BridgeWave公司AdaptRate和AdaptPath技術(shù)的組合使我們遙遙領(lǐng)先于業(yè)界目前的服務(wù)水平。”
Roadstar和BridgeWave公司共同確定了服務(wù)地區(qū)毫米波信號(hào)的雨衰速率，然后聯(lián)合運(yùn)用AdaptRate和AdaptPath技術(shù)，即使在下大雨的天氣也能提供最高性能的服務(wù)。當(dāng)發(fā)生大雨天氣時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將利用AdaptRate功能從全速千兆比特以太網(wǎng)(GigE)數(shù)據(jù)速率切換到較低的100Mb/s速率，必要時(shí)再利用AdaptPath功能將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換到第二個(gè)與雨天無(wú)關(guān)的40Mb/s 5GHz橋。一旦雨量足夠小，系統(tǒng)就會(huì)很快地返回到全速GigE。Dougherty還指出了BridgeWave技術(shù)的一些間接優(yōu)點(diǎn)：“AdaptPath還能降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本和復(fù)雜性，因?yàn)槲覀儾槐卦儆猛獠恳蕴W(wǎng)交換機(jī)和路由器配置冗余的無(wú)線通道。”
今年初，Endwave公司推出了工作在71到86GHz(E波段)的發(fā)送器/接收器模塊對(duì)，它們主要用于寬帶點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線設(shè)備。這兩個(gè)毫米波模塊充分利用了公司的MLMSTM(Multilithic Microsystems)和Epsilon封裝技術(shù)，因此體積小，成本低，并且具有很高的性能。MLMS技術(shù)是單片微波集成電路(MMIC)的替代技術(shù)，采用了觸發(fā)器件和電磁(EM)耦合方法來(lái)減小電路板面積和綁定性數(shù)量。
MLMS方法支持在同一MLMS芯片上混合使用GaAs、磷化銦(InP)和硅鍺(SiGe)等各種有源器件實(shí)現(xiàn)工作頻率為100GHz的真正系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)設(shè)計(jì)。Endwave公司支持越來(lái)越龐大的MLMS模型庫(kù)做MLMS設(shè)計(jì)，庫(kù)中包含有混頻器、乘法器、電壓可變衰減器(VVA)、濾波器和蘭格耦合器等。
Epsilon封裝技術(shù)則用更低成本的注模金屬化塑料外殼和金屬化FR-4電路板代替了高成本的組件，如機(jī)械加工外殼。最終結(jié)果是一個(gè)不帶機(jī)械加工金屬部件的封裝，重量和體積都很小，可大批量生產(chǎn)。這種封裝技術(shù)允許整合表貼技術(shù)(SMT)、板級(jí)芯片和裸露芯片-導(dǎo)線方法等多種組裝技術(shù)，并集成進(jìn)單個(gè)低成本的模塊中，最終提供毫米波頻率點(diǎn)的優(yōu)良性能。
發(fā)送模塊一般提供+16dBm的輸出功率和15dB的轉(zhuǎn)換增益，并在發(fā)送輸出端有一個(gè)集成的功率檢測(cè)器。接收器具有好于9dB的噪聲系數(shù)和高于25dB的射頻到中頻轉(zhuǎn)換增益。接收器的輸入1dB壓縮點(diǎn)為-25dBm。在71-71GHz和81-86GHz頻段有多種型號(hào)存在。
Endwave還在網(wǎng)站上提供了毫米波收發(fā)器技術(shù)的實(shí)例，它是PDH點(diǎn)到點(diǎn)形式的收發(fā)器，用在57-59GHz頻段。該收發(fā)器包含了組裝全功能時(shí)分復(fù)用(TDD)數(shù)字點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線設(shè)備所需的所有發(fā)送、接收器和原始功能。針對(duì)免許可頻段設(shè)計(jì)的這個(gè)半雙工產(chǎn)品采用了20MHz的調(diào)制帶寬，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)具有+5dBm的飽和發(fā)送輸出功率。而工作在0.1到50.0MHz同相(I)和正交(Q)中頻(IF)輸出范圍的接收器部分具有12dB的雙副邊帶(DSB)噪聲系數(shù)(針對(duì)4MHz帶寬)和-20dBm的1dB壓縮點(diǎn)。該收發(fā)器模塊尺寸僅為51x51x8mm。
另外一家利用71-76GHz、81-86GHz和92-95GHz FCC允許頻段的公司是GigaBeam。該公司的WiFiber無(wú)線光纖鏈路產(chǎn)品線使用毫米波收發(fā)器可以在1英里距離內(nèi)達(dá)到10Gb/s的性能。最近該公司從MetroNext公司收獲了兩條100Mb/s WiFiber鏈路的定單，后者是一家向美國(guó)東北部的波士頓和其它主要大城市提供無(wú)線服務(wù)的供應(yīng)商。這兩條鏈路可能作為接入鏈路而向波士頓市中心提供商用服務(wù)。據(jù)GigaBeam公司主席兼首席執(zhí)行官Lou Slaughter表示，“GigaBeam公司仍在繼續(xù)鞏固在美國(guó)東北部的競(jìng)爭(zhēng)性優(yōu)勢(shì)，這是全球人口密度最高和經(jīng)濟(jì)最活躍的地區(qū)之一。”Slaughter還透露道，“幾個(gè)月前，GigaBeam公布了一份WiFiber鏈路定單，用于西班牙一所著名大學(xué)，這是公司的毫米波鏈路首次應(yīng)用于西班牙這個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)。
當(dāng)然，并不是所有毫米波應(yīng)用都是針對(duì)通信系統(tǒng)的。例如英國(guó)的Roke Manor Research公司最近發(fā)布了最新一代的迷你型雷達(dá)高度計(jì)(MRA)，它可以幫助自動(dòng)的無(wú)人駕駛飛機(jī)(UAV)執(zhí)行軍事、準(zhǔn)軍事、民用監(jiān)視和測(cè)量任務(wù)。這個(gè)高度計(jì)符合RoHS條例和軍用標(biāo)準(zhǔn)，體積非常緊湊，重量輕，使用了帶天線?蔽器的集成式天線，可以實(shí)現(xiàn)低高度測(cè)量、高精度高度定位和低截獲概率(LPI)波形操作。這些緊湊型MRA一改傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)又大又重又費(fèi)功耗的特點(diǎn)，可以工作在76-77GHz頻率范圍，在離地面0.2到100米的高度范圍內(nèi)可以達(dá)到0.02米的地平面以上中低高度的測(cè)量精度。加上工作在4.2-4.4GHz較低頻率的改良設(shè)備，這些MRA非常適合垂直起飛和降落(VTOL)應(yīng)用以及地球物理學(xué)、波浪高度監(jiān)視、機(jī)載地圖繪制、拖曳式機(jī)載目標(biāo)、交通流量監(jiān)視和沖撞避免等應(yīng)用。
愛(ài)爾蘭公司Farran Technology在毫米波器件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面具有悠久的歷史。公司與當(dāng)?shù)氐膶W(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)(如科克Tyndall學(xué)院)合作開發(fā)出了許多用于空間和軍事用途的毫米波產(chǎn)品。該公司最近與OSIS公司簽署了一份提供毫米波子系統(tǒng)的合約，用于推行先進(jìn)的監(jiān)測(cè)功能。OSIS開發(fā)的石油泄漏識(shí)別系統(tǒng)(OSIS)能夠全天候在線監(jiān)測(cè)泄漏至海洋環(huán)境中的石油。船只和海面建筑被認(rèn)為是每年流入海洋環(huán)境超過(guò)50萬(wàn)噸石油的兩大主要來(lái)源。這種監(jiān)測(cè)功能能夠比以前更密切地監(jiān)示和控制石油泄漏。希望這種新技術(shù)能進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境法規(guī)的實(shí)施，為未來(lái)環(huán)境組織控制海洋石油的泄漏打下良好基礎(chǔ)。
在軍事領(lǐng)域，具有悠久歷史的毫米波技術(shù)提供商Millitech公司最近從美國(guó)陸軍通信電子研發(fā)與工程中心(CERDEC)收獲了價(jià)值3700萬(wàn)美元的合同，用于設(shè)計(jì)開發(fā)下一代移動(dòng)式衛(wèi)星通信(SOTM)的天線系統(tǒng)。這份為期兩年的合同涉及提供5個(gè)原型系統(tǒng)，以及可能對(duì)原型產(chǎn)品長(zhǎng)達(dá)三年的支持。
這種創(chuàng)新的有源準(zhǔn)光陣列(AQA)天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于移動(dòng)車輛，可以提高*的通信能力。這種專利待批的AQA天線融合了傳統(tǒng)天線技術(shù)和相位陣列天線技術(shù)的最佳性能，能以可承受的價(jià)格提供空前卓越的性能。Millitech公司總裁兼首席運(yùn)營(yíng)官Kent Whitney指出，“該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于向在非常惡劣的地形中全速前進(jìn)的車輛內(nèi)的士兵提供關(guān)鍵的信息。這是下一代通信系統(tǒng)中最關(guān)鍵的技術(shù)之一，同時(shí)具有軍用和商用價(jià)值。”
ELVA-1公司的毫米波事業(yè)部也成功開發(fā)出94GHz的頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)前端設(shè)備，可用于車輛沖撞告警和結(jié)構(gòu)級(jí)檢測(cè)應(yīng)用。這個(gè)FMCW模塊采用公司設(shè)計(jì)的基于Impatt二極管的有源倍頻器(AFM)，通過(guò)修改可以工作在20到150GHz的頻率范圍內(nèi)。為了提高靈敏度和精度，發(fā)送器的頻率掃描是線性化的，其線性化電路被實(shí)現(xiàn)為開環(huán)系統(tǒng)。FMCW模塊還采用了AFM技術(shù)，可以使用低成本壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生毫米波頻率。由于具有約200mW的發(fā)送功率和良好的接收靈敏度，F(xiàn)MCW雷達(dá)模塊可以在數(shù)百米距離內(nèi)有效地發(fā)揮作用。
在元器件領(lǐng)域，ARRA公司可以提供各種無(wú)源的微波和毫米波器件，包括從2.*0GHz的喇叭形天線。這些天線可以提供最低15dBi最高18dBi的增益。這種精確加工的鋁制天線非常適合高頻接收和發(fā)送應(yīng)用，具有1.25:1的最大VSWR。低頻型號(hào)提供同軸連接器，毫米波型號(hào)提供波導(dǎo)法蘭。
另外，公司還提供多種毫米波十字定向耦合器，包括覆蓋22-33GHz頻率范圍的WR-34 model 34-600和26.5-40GHz頻率范圍的WR-28 model 28-600。這兩種耦合器都具有20-60dB的耦合性能，并具有15dB的方向性，最大VSWR為1.15:1，最大頻率靈敏度為±1.3dB。
Spacek Labs公司也提供各種毫米波頻率的器件，比如型號(hào)為P34-1的低噪聲混頻/預(yù)放可以在Ka波段提供26GHz的帶寬和2GHz寬本地振蕩器(LO)以及WR-28波導(dǎo)處理的射頻帶寬。這個(gè)多功能器件具有25dB的典型射頻到中頻增益，10到500MHz的中頻帶寬和2.5dB的典型DSB噪聲系數(shù)。最近，公司推出了型號(hào)為AW-8X的倍頻器。這個(gè)8X部件可以將9.35-13.75GHz的輸入轉(zhuǎn)換成75-100GHz的輸出，并提供0dBm或以上的輸出功率。
Dorado International公司則提供大部分波導(dǎo)頻段的無(wú)源毫米波器件，包括用于60-90GHz E波段應(yīng)用的衰耗器、耦合器和移相器。全波段60-90GHz耦合器具有3、6、10和20dB的耦合值，最高40dB的方向性，以及小于1.20:1的VSWR。固定和可變60-90GHz衰耗器在毫米波頻率范圍內(nèi)最多可提供30dB的衰耗。
（作者：Jack Browne，技術(shù)總監(jiān)，《Microwaves & RF》）
