解锁毫米波：5G 通信、医疗应用与雷达技术的深度探秘
在科技飞速发展的浪潮中，毫米波技术正以其独特的魅力和广泛的应用领域，成为众多行业关注的焦点。它就像一把万能钥匙，为我们开启了一个又一个充满无限可能的新世界。
毫米波，作为波长在 1 - 10mm（频率 30 - 300GHz）的电磁波，处于微波与远红外波的重叠区域，其通信特性与光通信极为相似。频率高、波长短，传播时呈直射状态，波束窄且方向性极佳，但也容易被阻挡而反射或阻断。正是这些特性，让毫米波在 5G 通信中发挥着核心作用。大量的空闲频段为 5G 网络提供了充足的带宽资源，良好的指向性和窄波束特性则为大规模 MIMO 技术的实现奠定了基础，使得 5G 系统能够为用户提供高速、稳定的网络连接。然而，毫米波传输距离较短的短板，也意味着需要更多的基站来实现全面覆盖。
国际电信联盟 ITU 为了推动全球 5G 毫米波频段的研究和统一协调，在 2019 年世界无线电通信大会（WRC - 19）上专门设立 1.13 议题，针对 24.25GHz - 86GHz 频段范围的 11 个候选频段展开深入研究，重点聚焦于 5G 系统与同、邻频多种无线电业务的兼容共存问题。在 2018 年 1 月的 5G 毫米波特设工作组第四次协调会议上，26GHz（24.25GHz - 27.5GHz）与 40GHz（37GHz - 43.5GHz）频段脱颖而出，成为最受瞩目的频段，全球超过半数的研究报告都围绕它们展开。与此同时，70GHz、80GHz 频段也逐渐受到更多关注，各国纷纷加大研究投入。而 32GHz（31.8GHz - 33.4GHz）等频段则相对较少被提及。
令人惊奇的是，毫米波在医疗领域也有着独特的应用历史。早在二十世纪六十年代至七十年代后期，前苏联就率先将毫米波用于医疗。目前普遍认为，毫米波通过与人体组织内粒子发生谐振，从而产生生物学效应和治疗作用，因此毫米波疗法也被称为微波谐振疗法或毫米波谐振疗法。多数毫米波治疗仪输出波长 8.3 - 8mm、频率 36 - 37.5GHz 的毫米波，少数可输出 7.11mm（42.19GHz）、5.6mm（53.53GHz）、4.96mm（60.48GHz）的毫米波，输出功率密度一般为 10mW/cm² 。值得注意的是，5G 毫米波的 40G 频段（37GHz - 43.5GHz）与毫米波治疗仪的部分频段存在重叠，这一发现为 5G 毫米波在医疗领域的应用打开了想象的大门。
从作用机理来看，毫米波作用于生物体时，70% 的能量会在 300µm 深的生物组织内被吸收，穿透深度小于 1mm，虽然无法进入深部组织，但却能引发局部乃至深部或远隔组织和脏器的一系列反应。关于其作用机理，目前存在多种学说，其中谐振学说得到了较为广泛的认可。该学说认为，生物组织中的 DNA、RNA、蛋白质等大分子和生物膜都有各自固定的振荡频率（5 - 3000GHz），恰好处于毫米波的频率范围（30 - 300GHz）内。当毫米波作用于这些生物大分子和生物膜时，会引发谐振，使能量增强，进而在机体内传播并引发一系列生物学效应，如组织微观结构改变、蛋白质和酶活性变化等，最终导致细胞代谢与功能的改变。基于此，毫米波疗法对含水组织具有良好的亲和力，能够改善局部组织的新陈代谢和血液循环，加快组织水肿的吸收，促进病理产物和代谢产物的排泄，从而达到消炎、消肿、止痛等治疗目的。不过，目前毫米波疗法在具体应用参数的理论基础、生物效应及分子细胞学机制等方面仍有待进一步明确，还需要多学科、大样本的临床验证。
基于 5G 系统中大规模 MIMO 技术，我们不妨大胆畅想一下 5G 毫米波在医疗领域的应用前景。5G 系统能够调动多个临近基站的天线同时指向某个移动用户，为其提供稳定的高速带宽。如果该频段为毫米波频段，用户或许可以通过手机输入特殊指令，让系统调动周围天线对自己进行毫米波治疗。此外，从 5G 手机的角度出发，将其打造为具有医疗效果的便携式毫米波治疗仪也并非天方夜谭，实现一物多用。当然，在探讨这些应用时，我们必须考虑辐射剂量的问题。我国电磁辐射安全标准是不超过 40μw/cm²，对比毫米波治疗仪一般 10mW/cm² 的功率密度，5G 基站变身毫米波治疗仪的设想难度较大，而 5G 手机变身治疗仪则相对更具现实可行性。
除了在 5G 通信和医疗领域，毫米波在雷达系统中也有着卓越的表现。毫米波雷达利用毫米波段电磁波进行探测和测量，具有高分辨率、高灵敏度、高抗干扰能力等众多优势，在军事、航空、航天、交通、气象等多个领域都得到了广泛应用。它主要由天线、发射机、接收机、信号处理器和显示设备等部分组成。天线采用波导、喇叭、透镜等结构，具备高增益、低副瓣、宽频带的特点，对雷达性能影响重大；发射机采用固态器件，如砷化镓、氮化镓等，能高效、稳定地产生高频率、高功率的毫米波信号；接收机通过低噪声放大器、混频器、滤波器等器件，接收并处理目标反射回来的信号；信号处理器利用数字信号处理器、微处理器等，对信号进行处理、分析和判断，提取目标的位置、速度、形状等关键信息；显示设备则将这些信息以直观的图形、数字等形式呈现给操作人员。
毫米波雷达的工作过程包括发射、传播、反射、接收和处理等环节。发射机产生毫米波信号并通过天线发射，信号在大气中传播时会受到折射、散射、吸收等因素的影响，遇到目标物体后部分信号被反射回来，接收机接收反射信号并进行放大、滤波、解调等处理，最后由信号处理器提取目标信息。凭借这些特性，毫米波雷达能够分辨出较小的目标物体，探测到较远的目标，抵抗各种干扰，覆盖多个频段，实现小型化、低功耗，具备多模式工作和多目标处理能力，且具有低截获概率和较强的环境适应性。
毫米波技术在 5G 通信、医疗、雷达等领域展现出了巨大的潜力和应用价值。虽然目前在一些方面还存在挑战和不确定性，但随着科技的不断进步和研究的深入开展，相信毫米波技术将在更多领域取得突破，为我们的生活带来更多意想不到的改变和便利，推动各个行业迈向新的发展阶段。
更多资讯内容，详见文章
相关知识
毫米波技术：无线通信的新纪元与医疗健康的革新
了解5G高频板、毫米波及其在通信领域的变革 > 敬鹏电子
60GHz毫米波通信技术在医疗健康领域的创新应用与挑战
毫米波科技与人体健康之间有何关联？
智能驾驶关键技术自主研发：行易道与毫米波雷达传感器
无线通信技术的应用领域
智能家居适老化：毫米波雷达恰逢其时
毫米波无线通信对人体健康有何影响？
毫米波雷达+AI，清雷科技引领睡眠体检新风向
清雷科技赋能基层医院转型：毫米波雷达+AI重构医养服务新范式
网址: 解锁毫米波：5G 通信、医疗应用与雷达技术的深度探秘 https://m.trfsz.com/newsview1350347.html
