首款数字单芯片毫米波波束形成器将利用5G功能

图片来源：密西根大学

由密歇根大学的电气和计算机工程师创建的首个完全集成的单芯片数字毫米波（MMW）波束成形器为高频5G通信开辟了新的可能性。该技术可以用来改善车对车的通信，自动驾驶，卫星互联网和国防等。

波束成形使正在传输信号的设备可以将信号指向特定的方向，而不是使信号沿所有方向辐射出去，这会导致明显的干扰和效率损失。这是MMW通信的一项必不可少的技术，它发生在相对较高的频率（通常在24GHz至100GHz之间）。这种高频通信可实现高速数据传输，这是5G的关键优势之一。

模拟波束成形一直是研究人员的标准方法，但是Michael Flynn教授一直在研究一种数字方法，以利用诸如大规模波束成形，高精度波束图，灵活性以及同时生成多个波束的能力等优点。

Flynn说：“使用模拟波束成形，您一次只能听一件事。” “但是，有许多新应用程序需要同时收听多个事物并在它们之间快速切换。”

例如，弗林（Flynn）可以想象对发送到灾区的无人机使用数字波束赋形，以向遇到麻烦的人提供紧急互联网。同样，也有计划在太空中发射卫星，以便为居住在城市外的人们提供互联网，在城市外访问互联网可能参差不齐。拥有具有数字无线波束成形功能的电话将为个人提供更可靠的Internet访问。

学生建造的测试装置包括一个迷你消声室和一个机械装置，用于移动波束形成器以测试其准确性。图片来源：密西根大学

Flynn和他的团队构建了一个28GHz MMW数字波束形成器，它具有定制设计的天线阵列，该阵列由单个集成电路中的16个天线组成。

这是第一个进行MMW数字波束成形的已知单芯片系统。在某种程度上，因为它是单芯片，所以功率和尺寸比当前的数字系统好一个数量级。由于是数字信号，因此信号既可以指向任何方向，又可以一次从四个不同方向“监听”。

这意味着，例如，该设备可以跟踪四架飞机或同时与四颗卫星通信。

弗林给学生留下的深刻印象是，他们不仅能够处理导致新技术的前沿研究，而且他们也愿意解决机械设计等问题，这是使所有事物协同工作的重要组成部分。

Flynn说：“该芯片代表了多代研究生的七年多的工作经验。”

在当前和即将毕业的学生中，卢润道，克里斯汀·韦斯顿，丹尼尔·韦尔和弗雷德·布勒与他们的顾问弗林教授合着了论文，论文是“具有16位元素的全集成式28GHz数字波束成形器。封装了4×4贴片天线阵列和64个连续时间带通Delta-Sigma子ADC。” 在2020年IEEE射频集成电路研讨会上发表论文时，Lu获得了最佳学生论文奖。

博士生鲁说：“人们永远不会停止追求更好的连通性。” “毫米波数字波束成形可能是5G世界的颠覆者。”

来源：Catharine June, University of Michigan