國產CMOS毫米波相控陣晶片問世，重要意義何在？

近日，中國工程院院士劉韻潔表示，南京網絡通信與安全紫金山實驗室已研製出CMOS毫米波全集成4通道相控陣晶片，並完成了晶片封裝和測試，每通道成本由1000元降至20元。

業界首次：CMOS+毫米波通信

同時，該實驗室封裝集成1024通道天線單元的毫米波大規模有源天線陣列。晶片與天線陣列力爭2022年規模商用於5G系統。

很多媒體為之歡欣鼓舞，簡略稱之為「5G毫米波晶片」的突破。

不過，根據筆者跟相關專家的溝通以及閱讀劉院士在新聞上說闡述的，該晶片是「CMOS毫米波全集成4通道相控陣晶片」，只是可以用於5G系統，而不是說該晶片就是「5G毫米波晶片」，這二者還是有很大的區別的。

另外，有知乎作者（甜草莓）指出該晶片並不是國際首次研製，它的意義更多在於自主研發和商用。

最重要的突破，還是來自於如同媒體報導所說，是在業界首次較為徹底地解決了阻礙CMOS毫米波通信的晶片問題，這才是關鍵所在。

該技術突破是基於東南大學移動通信國家重點實驗室承擔的國家863計劃5G研究開發、國家重大科技專項等多個項目所形成的技術積累，從晶片、模塊到天線陣面全面實現自主可控，技術水平處於國際領先。

傳統上，毫米波系統包括射頻前端、基帶等等相當多組成部分，當我們不需要考慮空間時，可以利用各自獨立的電子元器件構建（比如傳統的毫米波相控陣雷達），其尺寸較大且成本較高。

因此該作者認為，採用CMOS工藝來整體實現就變成了比較優秀的選擇，因為它具有經濟成本低、集成度高、可與數字電路形成片上系統(system on a chip, SoC)等優勢。這也就是報導裡著重提到的CMOS工藝來製作5G毫米波晶片的三點優勢。

國產CMOS毫米波相控陣晶片的價值何在？

毫米波（Millimeter Wave）指的是工作頻率在30~100GHz，波長在1~10mm之間的電磁波。目前，5G頻道有FR1頻段和FR2頻段，毫米波屬於FR2頻段。

5G毫米波最大的優點是頻率高,最快速度可達10Gbps,是4G網絡的10倍。除此之外,5G毫米波束很窄,能夠很好地辨別方向,讓信號源更加清晰穩定。

相控陣晶片也是衛星網際網路星載射頻晶片的一種。天風證券認為，相控陣晶片佔比可能達到9%，2021年採購額有望達14億元。　

　

相控陣晶片是基於相控陣雷達技術的毫米波晶片，利用大量個別控制的小型天線單元排列成天線陣面，每個天線單元都由獨立的移相開關控制，通過控制各天線單元發射的相位，就能合成不同相位波束。　　

由於毫米波通信頻譜資源豐富，5G時代選擇使用毫米波頻段，速度就好比單車道升級為十車道，蘋果公司已在研發支持毫米波的5G版手機。　

但是寬帶衛星通信和5G毫米波通信的關鍵核心器件毫米波相控陣晶片身價高昂，以256通道的典型相控陣天線為例，其售價高達上百萬元，成為該晶片商用的最大阻礙。　

　

所以劉院士所宣布的自主研發的一款相控陣晶片有望解決成本的問題，我國自主可控、成本超低的毫米波相控陣晶片問世，能夠幫助建立覆蓋全球每個角落的寬帶通信網絡，消除信號盲點。