毫米波

毫米波頻段沒有太過精確的定義，通常將30~300GHz的頻域(波長為1～10毫米)的電磁波稱毫米波，它位於微波與遠紅外波相交疊的波長範圍，因而兼有兩種波譜的特點。毫米波的理論和技術分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發展。

與光波相比，毫米波利用大氣窗口（毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時，由於氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率）傳播時的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。

優點：

1）極寬的帶寬。通常認為毫米波頻率範圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口，但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5倍。這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。

2）波束窄。在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一個 12cm的天線，在9.4GHz時波束寬度為18度，而94GHz時波束寬度僅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀察目標的細節。

3）與激光相比，毫米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認為具有全天候特性。

4）和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統更容易小型化。

缺點：

1）大氣中傳播衰減嚴重。

2）器件加工精度要求高。

毫米波在通信、雷達、遙感和設點天文等領域有大量的應用。要想成功地設計並研製出性能優良的毫米波系統，必須了解毫米波在不同氣象條件下的大氣傳播特性。影響毫米波傳播特性的因素主要有：構成大氣成分的分子吸收（氧氣、水蒸氣等）、降水（包括雨、霧、雪、雹、雲等）、大氣中的懸浮物（塵埃、煙霧等）、以及環境（包括植被、地面、障礙物等），這些因素的共同作用，會使毫米波信號受到衰減、散射、改變極化和傳播路徑，進而在毫米波系統中引進新的雜訊，這諸多因素將對毫米波系統的工作造成極大影響，因此我們必須詳細研究毫米波的傳播特性。

近年來，隨著對毫米波系統需求的增長，毫米波技術在研製發射機、接收機、天線以及毫米波器件等方面有了重大突破，毫米波雷達進入了各種應用的新階段。

20世紀80年代以來由於對毫米波雷達需求的日益增長，從而形成了開發毫米波雷達的熱潮，這取決於毫米波雷達具有以下特性：

1）頻帶極寬，適用於各種寬頻信號處理；

2）可以在小的天線孔徑下得到窄波束，方向性好，有極高的空間分辨力，跟蹤精度較高；

3）有較寬的多普勒寬頻，多普勒效應明顯，具有良好的多普勒分辨力，測速精度較高；

4）地面雜波和多徑效應影響小，低空跟蹤性能好；

5）毫米波散射特性對目標形狀的細節敏感，因而可提高多目標分辨對目標識別的能力與成像質量；

6）由於毫米波雷達以窄波束髮射，因而使敵方在電子對抗中難以截獲；

7）目前隱身飛行器等目標設計的隱身頻率範圍局限於1~20GHz，又因為機體等不平滑部位相對毫米波來說更加明顯，這些不平滑都會產生角反射，從而增加有效反射面積，所以毫米波雷達具有一定的反隱身功能；

8）毫米波與激光和紅外相比，雖然它沒有後者的解析度高，但它具有穿透煙、灰塵和霧的能力，可全天候工作。

毫米波雷達的缺點主要是受大氣衰減和吸收的影響，目前作用距離大多限於10公里之內。另外，與微波雷達相比，毫米波雷達的元器件目前批量生產成品率低。再加上許多器件在毫米波頻段均需塗金或者塗銀，因此器件成本較高。

1）喇叭天線

角錐形喇叭一般的開口波導可以輻射電磁波，但由於口徑較小，輻射效率和增益較低。如果將金屬波導開口逐漸擴大、延伸，就形成了喇叭天線。喇叭天線因其結構簡單、頻帶較寬、易於製造和方便調整等特點，而被廣泛應用於微波和毫米波段。在毫米波治療儀中也普遍採用。

2）微帶天線

微帶天線或印刷天線在最早是在厘米波段得到廣泛應用，隨後擴展到毫米波段。這類擴展並不是按波長成比例的縮尺，不是完全的仿效，而是有著新的概念和新發展。

但是毫米波微帶天線有兩個關鍵問題，一是傳輸線的損耗變大，二是尺寸公差變得很嚴格。

3）漏波天線

這類天線是電磁波沿著開放式結構傳輸時由於一些不連續結構而輻射能量的，所以叫漏波天線。

2020年6月15日，中國工程院院士劉韻潔表示，南京網路通訊與安全紫金山實驗室已研製出CMOS毫米波全集成4通道相控陣晶元，並完成了晶元封裝和測試，每通道成本由1000元降至20元。同時，他們封裝集成1024通道天線單元的毫米波大規模有源天線陣列。晶元與天線陣列力爭2022年規模商用於5G系統。

2021年5月21日，中國IMT-2020(5G)推進組5G毫米波測試計劃取得里程碑進展，成功完成5G毫米波大上行幀結構的8K視頻回傳業務。

2021年7月20日，東京工業大學和NEC開發出了有效利用波長為1-10毫米的“毫米波”、可以快速高精度通信的無線設備，目標是應用於6G基站等。開發的無線設備在長4.5毫米、寬5毫米的半導體晶元上搭載8個收發器，特點是能迅速準確地“波束成形”，操控信號向特定方向上集中。