国产自主可控毫米波相控阵技术实现“成都造”毫米波核“芯” 不再被“卡脖子”

技术人员对将要测试的产品进行调试

技术人员正在检测产品

毫米波

一般指频率在30GHz到300GHz这段范围内的无线电频谱，跟传统的移动通信无线电频谱相比，频率要高得多。毫米波的波长在1毫米到10毫米之间，这也是“毫米波”名称的由来。

相控阵

是一个电磁波接收发射系统，电磁波的频率越高、波长越短，其天线单元也就越小，在同样的面积下就可以容纳更多的天线。天线一多，密密麻麻地排成一个方阵，就组成了天线阵列。

毫米波CMOS相控阵芯片完成3.0版本重大升级！意味着成都天锐星通科技有限公司这款芯片正式规模化生产。

对于当前中国半导体产业来说，任何一个细分领域的突破，都将成为铭刻在国产替代上的深刻印迹，毫米波芯片作为当前5G核“芯”和宽带低轨卫星通信核“芯”技术链当中的重要一环也不例外。

2013年，成都天锐星通科技有限公司在成都高新区成立，一批在国内毫米波相控阵领域工程经验非常丰富的技术人员聚集在一起，决心攻克技术难关，解决“卡脖子”难题，打破西方垄断。

2020年，CMOS毫米波全集成4通道相控阵芯片研发成功，在世界上首次较为彻底地解决了阻碍CMOS毫米波通信的芯片问题。

从芯片、模块到天线全面实现自主可控，技术水平处于国际领先。天锐星通这家本土高新技术企业，正通过研发降低生产成本，疏通毫米波相控阵天线产品走向商用甚至大规模出货的所有环节，不断提升毫米波核“芯”产业链上的话语权。未来，可以预见，在毫米波相控阵技术的赋能下，更多创新和使用场景将加速落地。

不断研发创新

从芯片、模块到天线

全面实现自主可控

天锐星通的毫米波相控阵天线测试实验室内，工作人员正在操作电脑，对相控阵天线进行测试。

“对这样一台数千通道的相控阵天线，常规的测试方法需要半个月左右，我们通过七八年的算法优化，不仅测得准，测试时间也缩短到一个小时以内。”公司总经理张成军告诉记者，今年年底，实验室将实现自动化改造，大大提高人员效率，同时更节省时间。

随着5G毫米波通信和宽带低轨卫星通信的迅速崛起，毫米波相控阵天线开始了前所未有的发展。然而，毫米波的无线传输距离短，价格昂贵是制约其应用的短板，在提高性能的同时大幅度地降低成本便是解决问题的核心关键。

“毫米波相控阵技术的发展一直以来受核心芯片、封装和制板工艺的限制，经过6年的技术探索与创新，我们与国家网络通信与安全紫金山实验室以及深南电路股份有限公司合作，研制出CMOS毫米波全集成4通道、16通道相控阵芯片，封装集成了1024通道天线单元的毫米波大规模有源天线阵列。”在芯片测试实验室内，张成军直言这一路走来不容易。

芯片封装，通俗点来说就是给芯片加上一个塑料壳，实际上起着安放、固定、密封、保护芯片和增强点热性能的作用，也是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。做计划时，研发团队觉得很简单，计划1个月、预算100万元左右完成，然而几家全球领先的封装企业在毫米波相控阵芯片的封装上都没有经验，企业最终投入超过1000万元，用了两年时间才算解决了封装问题。

“高集成的毫米波相控阵天线PCB板制造，最开始的成品率也只有20%，经过四年多和深南电路的不断尝试，才实现技术突破。”张成军说，不断研发的过程中，也促进了毫米波相控阵整个产业链的发展和成熟。

高集成度、超低成本

推动产品

实现大规模商业化

将芯片放在仪器上，实验室工作人员互相配合，开始测试效率、功耗、噪声、线性度等等。“3.0版本毫米波CMOS相控阵芯片推出前，我们除了要全面测试各种指标外，还要完成与仿真值的比较，以及与2.0版本的对比测试。”张成军说，与此前的版本相比，3.0版本的芯片性能指标提升了20%，功耗降低10%，更重要的是，其可靠性和一致性上的改进，让这版芯片完全可实现大规模推广应用。

记者了解到，毫米波相控阵天线的售价一般以一个通道为计量单位，一直以来都是身价不菲。以256通道的典型相控阵天线为例，其售价高达上百万元人民币，单通道成本达几千甚至上万元，极大地限制了应用范围。

“传统的毫米波相控阵通常基于化合物半导体芯片加以实现，制作成本高昂，我们使用硅基CMOS工艺，把单通道芯片成本降低到千分之一。”张成军告诉记者，目前能提供商用CMOS工艺的5G毫米波相控阵射频芯片的企业，全世界仅有5家，除了天锐星通外，其他4家分别是高通、恩智浦、ADI、Anokiwave，均为美国企业，但他们都还在改进中，没有真正定型下来实现量产，且各家指标性能水平相当。

同时，除芯片外，公司探索出基于高密度混压PCB工艺的大规模集成相控阵低成本解决方案，攻克了毫米波相控阵大批量生产的工艺问题和成本问题。

目前，公司将新研发出的毫米波相控阵天线在超大规模应用上，每通道售价定为1美元。张成军说，在这个价格上，国际上已经很难有企业能够竞争，“而我们还有可观的利润。”

此外，研发团队也推出了标准化可拼接产品，可将小规模的相控阵子阵灵活地拼接为用户所需要的大规模阵列。“就像拼积木一样，人人都可以拼。”

拥抱产业浪潮

乘势而起

成为技术引领者和推动力

毫米波相控阵技术的发展与普及是毫米波5G与宽带卫通发展最重要的关键基础之一，并直接对毫米波相控阵天线提出了上万亿元的海量市场需求，间接需求更是高达数十万亿元，从而成为国家、企业必争的领域。目前，各个国家正竞相展开一场关于毫米波相控阵技术的竞速赛。在张成军看来，这条赛道上，中国已经走在了前列。

“尤其是成都，是国内射频领域产业集群最集中的城市，在这里可以清晰地看到产业和技术的演进。”张成军说，不论是最早的分离器和雷达，还是机械式、大功率的毫米波，再到相控阵以及现在技术水平更高、成本更低的表贴式毫米波相控阵，成都的产业一代一代地在发展，每一代在国内都处于领先地位，“许多院所和企业都愿意到成都来发展射频相关产业，尤其是把研发都转到了成都，这也带动了成都一大批民营企业迅速成长。”

成都相关高校及科研院所聚集，为企业储备了人才梯队，有利于解决发展蓄力不足的问题。在创新创业环境方面，政府的扶持与市场的不断扩大，也让企业能够静下心来做实事。从推出第一台可量产的卫通毫米波相控阵天线产品到在全球首次用毫米波相控阵实现与高轨卫星宽带通信；从5G毫米波基站射频芯片成为国内除华为外第二个研制出商用芯片的企业到毫米波相控阵芯片及大规模阵列天线被鉴定为国际领先水平，天锐星通在曾经被国外公司占据的国内毫米波相控阵市场上，硬生生撕开了一个大大的口子。

“毫米波正迎来国家政策利好。”张成军说，工信部关于加快5G发展的要求中明确提出了积极开展5G毫米波的测试验证工作，要加快推动产业链的发展。另一方面，全球卫星宽带通信呈现爆发式增长，中国卫星网络集团有限公司今年4月28日在雄安新区挂牌，毫米波在卫星通信领域也迎来发展机遇。

多重机遇叠加，天锐星通更坚定了做“全球普及相控阵技术的引领者和推动力”的决心。引领者，要求产品性能具有相对优势，在国际上处于技术领先地位；推动力，则是让产品价格具有绝对优势，碾压国际竞争对手，在商用领域大规模应用，都能够用得起。“大浪还没有到来，但大家已做好准备，明年毫米波相控阵产业浪潮奔涌下，且看我们乘势而起。”

本报记者 吴怡霏 摄影 胡大田

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