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發揮高頻訊號優勢 毫米波多元應用加速落地
應用優勢顯著

【作者: 王岫晨】   2023年09月19日 星期二

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毫米波(Millimeter Wave;mmWave)是一種無線通信和雷達技術中的射頻頻段,其頻率範圍通常介於30GHz到300GHz之間。毫米波的主要特點是其高頻率,這使其具有一些獨特的應用和優勢,但也伴隨著一些挑戰。


毫米波主要應用包括了5G無線通信。由於毫米波頻段的高頻率,它可以提供極高的數據速率和低延遲,這使得5G網路更能滿足大容量數據傳輸和低延遲應用,如4K/8K視訊串流,虛擬現實(VR)和擴增現實(AR)等。


毫米波雷達也廣泛應用於汽車和自動駕駛系統中,以實現高精度的障礙物檢測和跟蹤。由於毫米波的短波長,它能夠提供出色的空間分辨率,有助於車輛更精確地識別周圍環境,包括其他車輛、行人和道路標誌。


毫米波成像技術也可以用於安全檢查,如機場安全檢查和監獄檢查。它可以檢測到身體表面下的異常物體,如隱藏的武器或禁止品,而無需進行身體搜查,這有助於提高安全性和減少侵犯隱私的情況。在醫療影像學中,毫米波能以非侵入性方式檢測和成像人體組織。這可以用於早期癌症檢測、皮膚病變檢測和其他醫學應用。另外,毫米波望遠鏡也用於研究宇宙中的冷物質,如星際塵埃和行星的大氣。這些觀測有助於了解宇宙的起源和演化。



圖一 : 毫米波雷達廣泛應用於汽車和自動駕駛系統中,以實現高精度的障礙物檢測和跟蹤。(source:台灣愛立信)
圖一 : 毫米波雷達廣泛應用於汽車和自動駕駛系統中,以實現高精度的障礙物檢測和跟蹤。(source:台灣愛立信)

5G通信

毫米波在5G通信中帶來了許多顯著的優勢,但也面臨一些挑戰。由於毫米波的主要特點之一是其極高的頻率,這使其能夠提供極高的數據傳輸速率。這對於支持高畫質視頻流、VR和AR應用非常重要。5G毫米波可以實現更高的數據速率,用戶可以更快地下載和上傳大文件,並享受更流暢的多媒體體驗。


毫米波通信還可以實現低延遲傳輸。這對於即時應用,如遠距醫療、自動駕駛汽車和遠程操作非常重要。毫米波的短波長使信號可以更快地在通信系統之間傳播,進而降低通信延遲。


由於毫米波波束的方向性,它允許在同一區域內建立多個小型基站,以實現高容量密度。這意味著在擁擠的城市地區和大型活動中,更多的設備可以同時連接到5G網路,而不會導致網路過載。5G毫米波需要更多的基站來實現覆蓋,因為毫米波信號的傳播距離較短,而且容易受到障礙物的干擾。因此,城市中必須展開大規模的基站部署工程,以確保充分的覆蓋。


5G毫米波也被廣泛用於提供室內覆蓋和高流量的熱點區域,如機場、體育場館和商業區域。這有助於確保在這些地方提供高質量的5G服務。


然而,毫米波還面臨一些挑戰,包括信號穿透能力較差,容易受到障礙物影響,需要更多的基站和設施,以及更高的功耗。因此,在部署5G毫米波時,需要仔細考慮這些問題,並在技術和基礎設施方面進行相應的改進。


儘管如此,毫米波仍然被視為實現5G應用中高速數據和低延遲的關鍵技術之一,對未來的智慧城市、自動駕駛、工業物聯網和更多領域具有巨大的潛力。



圖二 : 鐳洋科技及廣聯科技展出的5G毫米波通訊量測解決方案。(鐳洋科技提供)
圖二 : 鐳洋科技及廣聯科技展出的5G毫米波通訊量測解決方案。(鐳洋科技提供)

工業毫米波

毫米波技術在工業領域有多種應用,這些應用可以提高生產效率、質量控制和工廠安全性。毫米波可以被廣泛用於實現工廠內的高速無線通信和物聯網連接。這有助於實現工廠的自動化和智能化,並實現即時數據監測、遠程控制和機器對機器通信。


毫米波雷達系統也可用於工業應用中的物體檢測、跟蹤和定位。它們可以用於監控運輸系統、物料處理和機器人操作,並幫助避免碰撞和提高生產效率。透過毫米波技術能實現非接觸式測量,例如測量流體層的厚度、物體的位置和運動速度。這些數據可以用於質量控制、生產過程監測和產品檢測。


而毫米波成像技術則可用於工業應用中的物體成像和缺陷檢測。它們可以幫助檢測製造中的瑕疵,如裂紋、氣泡和不良焊接,並確保產品符合標準。在安全檢查上,毫米波成像和掃描技術可被用於工廠和工業場所的安全檢查,以檢測非法物品、危險物質和非法入侵。這有助於提高工廠的安全性。


另外,毫米波可用於遠程監測工業設備的運行狀態和性能。這有助於預測性維護,減少停工時間,提高生產效率。針對材料測試,毫米波也可用來測試材料性能,如材料的導電性、磁性和機械性質。這對於新材料的研發和品質控制非常重要。


汽車毫米波應用

毫米波技術在車輛應用領域具有多種應用,它們有助於提高汽車的安全性、通信性能和自動駕駛功能。毫米波雷達是現代汽車中廣泛使用的技術之一。它們用於車輛的障礙物檢測、跟蹤和避免碰撞。車輛雷達系統利用毫米波的高頻率和方向性來提供高精度的物體定位,有助於自動緊急制動、車道保持輔助和自適應巡航控制等功能的實現。


毫米波通信技術也可用於車輛間和車輛基礎設施之間的高速數據傳輸。這有助於實現V2V和V2I通信,以改善交通管理、交通安全和車輛自動化。毫米波雷達也是自動駕駛車輛的關鍵感測器之一。它們可以識別和跟蹤周圍環境中的車輛、行人和障礙物,並為自動駕駛系統提供寶貴的數據。毫米波雷達通常能夠在惡劣天氣條件下工作,如濃霧、雨和雪。


毫米波技術也被用於車輛的盲區檢測系統,以幫助駕駛員識別在駕駛視線之外的車輛或物體。當其他車輛進入盲區區域時,系統將發出警告,幫助駕駛員避免危險。另外也可用於實現高精度的車輛停車輔助系統。它們可以提供關於周圍環境的即時資訊,幫助駕駛員平行停車、垂直停車和泊車入庫等操作。


表一:毫米波測試廠商介紹

公司名稱

簡要介紹

Keysight

測試和測量解決方案提供商,提供多種毫米波測試儀器和設備。

Rohde & Schwarz

知名的測試和測量技術公司,提供毫米波頻譜分析儀、信號發生器和雷達測試設備。

Anritsu

專注於通信和測試技術的公司,提供多種毫米波測試儀器,用於5G通信、雷達和成像應用。

NI

提供用於測試和測量的硬體和軟體解決方案,包括毫米波測試和雷達測試工具。

Tektronix

電子測試和測量儀器製造商,提供毫米波頻譜分析儀和示波器。

Advantest

半導體測試設備和測試解決方案供應商,也提供用於高頻測試和毫米波測試的設備。

Millitech

專門從事毫米波技術的公司,提供各種毫米波元件、系統和解決方案,包括天線、波導和前端儀器。

Teledyne LeCroy

示波器和測試解決方案供應商,提供高頻和毫米波示波器,用於信號分析和測試。


結語

儘管毫米波在這些領域有許多應用,但它也面臨一些挑戰,例如信號穿透能力較差,容易受到障礙物和大氣吸收的影響,因此需要更多的基站和設施來實現覆蓋。然而,隨著技術的不斷發展,毫米波的應用前景仍然非常廣泛,尤其在5G、自動駕駛和安全領域。


根據具體需求,不同的廠商可能更適合特定的毫米波應用,因此選擇最適合的供應商和解決方案,對於成功實施毫米波技術至關重要。


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