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TechnicalFeature 技术特写

高速互联网流量正在经历从40G向100G以太网的跃升，与此同
时，400G和800G也正处于实验和验证阶段。促使通信信道发
生这一吞吐能力剧增的原因在于人们对以更低的成本更快地发
光纤
10 Gbps 送更多数据的需求（图3）。
此外，为了实现相控阵改善、大规模MIMO、复杂波束赋
毫米波
形、调制功能升级以及低截获概率雷达，传统纯射频系统还正
FSO & 60 GHz Radio •1 to 10 Gbps 无线电（SDR）及认知无线电等结构不但要求子系统和模块之
1 Gbps •点到点 • 授权 在逐步增大其数字一体化程度。全数字波束赋形、软件定义
• 71 to 86 GHz
• 全球范围内可用
间具有快得多的数字通信速度，而且还要满足可靠性和精度方
100 Mbps 面的军事标准。虽然光纤技术广泛用于以太网，但其在小量
生产、设计/原型测试、安装和维护等方面也有一定程度的应
用，这些应用需要使用毫米波同轴组件。
802.11 点到点微波
a/b/g/n/ac/ LTE, 5G
ad/ax 毫米波同轴电缆及连接器的供货
1 Mbps 上述新兴应用要求本行业在不牺牲性能的同时以更低的成
短<1/2英里 短/中1英里 中2英里 中/长>4英里 长>10英里
密集城区 城区 工业郊区 住宅郊区 乡村 本提供远高于历史供货量的同轴电缆和连接器。为了缩短设计
周期以及赢得具有竞争性的上市时间，必须缩短毫米波同轴电
距离/拓扑/区段
缆和连接器采购中的前置时间。毫米波同轴组件一直以来均为
小众产品，许多制造商目前可能并不具有太大的存货量，但是
图1：毫米波应用从近距离通信和高吞吐量设备间通信扩展至“最
后一公里”家庭宽带互联网。来源：改编自dailywireless.org。 鉴于其市场即将大幅增长，对于用户而言，毫米波同轴组件的
快速供应将是一项非常具有吸引力的服务。
更小的同轴连接器。现有的0.8mm同轴电缆的最高工作频率为
145GHz。 毫米波领域的考虑因素
工作频率为数十GHz的测试系统可产生数百GHz的谐波。 毫米波同轴电缆及连接器之所以比低频同轴系统更加昂贵
为了对功率放大器、接收机、收发器、混频器及调制设备进行 且性能有所不同的原因在于其物理、结构和材料特性。以下的
测试，需要在基本频率的多种倍数下进行毫米波测试，才能实 多个与频率相关的现象造成了此类限制：电导率和趋肤效应；
现性能表征。因此，未来所需的同轴电缆组件的工作频率可能 同轴传输线的横向电磁模（TEM）；介电常数；传播速度；
远高于现有同轴电缆组件的工作频率。 及波长。同轴传输线的导体导电率及介电损耗随频率的变化体
自动测试 现为电阻性损耗（如插入损耗）与沿该传输线传播的信号频率
为了维持较低的成本，许多毫米波器件将在测试设备中使 之间的关系（图4）。
用自动测试，这些测试设备需要使用可靠耐用且性能一致的高 由于趋肤深度随频率的增大而减小，因此毫米波频率下的
性能互连器件。用于测量测试用途的传统毫米波同轴电缆和连 趋肤深度小于6GHz以下频率的损耗。在毫米波频率下，沿传
接器一直以来均为精密电缆，然而这些电缆不但没有特殊的耐 输线传播的电磁能量分布于离导体表面1μm以内的范围内。举
用性，而且在应力和应变条件下的性能也欠佳。自动测试系统 例而言，铜在6GHz下的趋肤深度为0.842μm，在60GHz下的趋
5,6
通常会经受振动、冲击、反复弯曲及多次配接/断开，多数毫 肤深度为0.266μm。 由于趋肤深度为电阻率、磁导率和频率的
米波连接器无法承受这些条件而且在这些条件下无法保持一致 函数，因此金、银和铝等电阻率较高且磁导率较低的材料可更
的工作性能和校准性能。因此，高耐用性计量级同轴组件的需 好地传输毫米波信号。由于这些材料为毫米波同轴组件的优选
求量将获得极大增长，而且其价格和供货量也将使得其比现有 材料，因此此类组件的成本更高且制造和维修过程更加复杂。
产品更易获得。 此外，趋肤效应和TEM传输使得导体表面状况和传输线
高速数据 内的电介质分布成为高频条件下的重要因素。材料及表面一致
毫无疑问，为了满足新应用的需求和实现系统间通信， 性越差，损耗和反射/电压驻波比（VSWR）就越大（图5）。
军事、政府和通信系统正在逐渐增大其数据传输速度。目前， 对于将经受反复移动、弯曲、振动、冲击和其他形式的应力的

79 (GHz) SRR 雷达类型 长程 中程 短程
79 (GHz) MRR Pre-Crash 频段(GHz) 76 to 77 77 to 81 77 to 81
前进/停车 盲点检测(BSD)
77 (GHz) LRR
ACC 带宽(GHz) 0.6 0.6 4

路口交通警报 Pre-Crash 切线提示 范围(米) 1 to 100 0.15 to 30
(CTA) (LCA) 10 to 250
距离精度(米) 0.1 0.1 0.02

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图2：未来汽车将具有在毫米波频率上运行的汽车雷达系统。来源：Robert Heath 。

18 Microwave Journal China 微波杂志 May/Jun 2018