新型低功耗毫米波技术：未来智能手机可装备雷达！

导读

最近，日本科学家开发出一种低功耗毫米波放大器，供电电压低至0.5V，频率覆盖范围从80 GHz 到106 GHz。它使用深度耗尽通道（DDC）技术进行制造，是首个工作在W波段(75-110 GHz)，具有这么低的供电电压的放大器。

背景

今天，我们所要介绍的创新技术成果，和一项重要的前沿技术相关。它就是：毫米波

毫米波，是指波长在1毫米至10毫米之间、频率在30 GHz 至300 GHz之间的电磁波。它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，所以兼有两种波谱的特点。

它具有如下优点：

· 频谱范围广、带宽极宽。
· 波束窄，因此分辨率高，抗干扰性好。
· 传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。
· 更容易小型化。
· 观测灵敏度高。

因此，毫米波技术可应用于很多领域，例如：

科学研究，例如射电天文学、遥感技术方面。高分辨率的毫米波辐射计可用于遥感气象参数；毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜可用于探测宇宙空间的辐射波谱，推断星际物质的成分。

（图片来源于: 维基百科）

通信，例如5G通信方面，在射频前端和天线中会使用到毫米波技术，另外，地球上的点对点通信或者卫星的通信或广播方面，也会用到毫米波，因为它具有很强的隐蔽性和抗干扰性，所以点对点毫米波通信可用于保密很高的通信领域，而卫星通信中则利用了毫米波段频谱资源丰富的优势。

（图片来源于: 维基百科）

雷达，利用毫米波技术制成的雷达，可广泛应用于例如坦克、飞机、舰艇的短程火控雷达，以及拦截目标用的雷达、导弹制导系统、汽车车载雷达等等方面。

（图片来源于: 维基百科）

安检，毫米波成像技术可有效地对被检测物体进行成像， 在机场安检等方面得以应用。

医疗，据医学研究发现，毫米波和人体组织的固有频率相近，能够引起人体大分子组织的谐振，从而达到改善人体机能、治疗疾病的效果。

然而，对于毫米波技术成功商用来说，很重要一点就是控制好电路功耗。

（图片来源于: 广岛大学）

另外，Fujishima 教授又补充道：

“我们设计的0.5V的W波段放大器，另外一个重要的意义就是可靠性。我们研究人员知道一些主要的会议上展示的毫米波电路，电压在1V或者更高，难以持久。如果你测量它们，在几天甚至几小时，而不是几年，就会发现它们的性发生衰退，这是因为所谓的'热载流子效应'。你不会想要一辆很快就会失去‘视力’的汽车。0.5V的电压将显著降低热载流子的产生。”

未来

三重富士通半导体技术开发的副总监Mutsuaki Kai 说：

“相比于传统的CMOS技术，我们的DDC晶体管在低功耗的操作方面具有更佳的性能。我们已经证实能将这些优越的性能拓展至毫米波频段。我对于我们和广岛大学之间的合作感到满意。我们计划构建一个最大化DDC技术能力的设计环境，来进一步推进这项研究。”

研究小组计划继续拓展低电压毫米波CMOS电路的可能性。

参考资料

【1】https://www.hiroshima-u.ac.jp/en/news/39778
【2】K. Katayama, S. Amakawa, K. Takano, T. Yoshida, M. Fujishima, K. Hisamitsu, and H. Takatsuka, “An 80-106 GHz CMOS amplifier with 0.5 V supply voltage,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), June 2017.