首頁資訊解鎖毫米波：5G 通信、醫(yī)療應用與雷達技術的深度探秘

解鎖毫米波：5G 通信、醫(yī)療應用與雷達技術的深度探秘

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月01日 09:48

在科技飛速發(fā)展的浪潮中，毫米波技術正以其獨特的魅力和廣泛的應用領域，成為眾多行業(yè)關注的焦點。它就像一把萬能鑰匙，為我們開啟了一個又一個充滿無限可能的新世界。

毫米波

毫米波，作為波長在 1 - 10mm（頻率 30 - 300GHz）的電磁波，處于微波與遠紅外波的重疊區(qū)域，其通信特性與光通信極為相似。頻率高、波長短，傳播時呈直射狀態(tài)，波束窄且方向性極佳，但也容易被阻擋而反射或阻斷。正是這些特性，讓毫米波在 5G 通信中發(fā)揮著核心作用。大量的空閑頻段為 5G 網(wǎng)絡提供了充足的帶寬資源，良好的指向性和窄波束特性則為大規(guī)模 MIMO 技術的實現(xiàn)奠定了基礎，使得 5G 系統(tǒng)能夠為用戶提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接。然而，毫米波傳輸距離較短的短板，也意味著需要更多的基站來實現(xiàn)全面覆蓋。

國際電信聯(lián)盟 ITU 為了推動全球 5G 毫米波頻段的研究和統(tǒng)一協(xié)調，在 2019 年世界無線電通信大會（WRC - 19）上專門設立 1.13 議題，針對 24.25GHz - 86GHz 頻段范圍的 11 個候選頻段展開深入研究，重點聚焦于 5G 系統(tǒng)與同、鄰頻多種無線電業(yè)務的兼容共存問題。在 2018 年 1 月的 5G 毫米波特設工作組第四次協(xié)調會議上，26GHz（24.25GHz - 27.5GHz）與 40GHz（37GHz - 43.5GHz）頻段脫穎而出，成為最受矚目的頻段，全球超過半數(shù)的研究報告都圍繞它們展開。與此同時，70GHz、80GHz 頻段也逐漸受到更多關注，各國紛紛加大研究投入。而 32GHz（31.8GHz - 33.4GHz）等頻段則相對較少被提及。

令人驚奇的是，毫米波在醫(yī)療領域也有著獨特的應用歷史。早在二十世紀六十年代至七十年代后期，前蘇聯(lián)就率先將毫米波用于醫(yī)療。目前普遍認為，毫米波通過與人體組織內粒子發(fā)生諧振，從而產生生物學效應和治療作用，因此毫米波療法也被稱為微波諧振療法或毫米波諧振療法。多數(shù)毫米波治療儀輸出波長 8.3 - 8mm、頻率 36 - 37.5GHz 的毫米波，少數(shù)可輸出 7.11mm（42.19GHz）、5.6mm（53.53GHz）、4.96mm（60.48GHz）的毫米波，輸出功率密度一般為 10mW/cm2 。值得注意的是，5G 毫米波的 40G 頻段（37GHz - 43.5GHz）與毫米波治療儀的部分頻段存在重疊，這一發(fā)現(xiàn)為 5G 毫米波在醫(yī)療領域的應用打開了想象的大門。

從作用機理來看，毫米波作用于生物體時，70% 的能量會在 300μm 深的生物組織內被吸收，穿透深度小于 1mm，雖然無法進入深部組織，但卻能引發(fā)局部乃至深部或遠隔組織和臟器的一系列反應。關于其作用機理，目前存在多種學說，其中諧振學說得到了較為廣泛的認可。該學說認為，生物組織中的 DNA、RNA、蛋白質等大分子和生物膜都有各自固定的振蕩頻率（5 - 3000GHz），恰好處于毫米波的頻率范圍（30 - 300GHz）內。當毫米波作用于這些生物大分子和生物膜時，會引發(fā)諧振，使能量增強，進而在機體內傳播并引發(fā)一系列生物學效應，如組織微觀結構改變、蛋白質和酶活性變化等，最終導致細胞代謝與功能的改變?；诖耍撩撞ǒ煼▽M織具有良好的親和力，能夠改善局部組織的新陳代謝和血液循環(huán)，加快組織水腫的吸收，促進病理產物和代謝產物的排泄，從而達到消炎、消腫、止痛等治療目的。不過，目前毫米波療法在具體應用參數(shù)的理論基礎、生物效應及分子細胞學機制等方面仍有待進一步明確，還需要多學科、大樣本的臨床驗證。

基于 5G 系統(tǒng)中大規(guī)模 MIMO 技術，我們不妨大膽暢想一下 5G 毫米波在醫(yī)療領域的應用前景。5G 系統(tǒng)能夠調動多個臨近基站的天線同時指向某個移動用戶，為其提供穩(wěn)定的高速帶寬。如果該頻段為毫米波頻段，用戶或許可以通過手機輸入特殊指令，讓系統(tǒng)調動周圍天線對自己進行毫米波治療。此外，從 5G 手機的角度出發(fā)，將其打造為具有醫(yī)療效果的便攜式毫米波治療儀也并非天方夜譚，實現(xiàn)一物多用。當然，在探討這些應用時，我們必須考慮輻射劑量的問題。我國電磁輻射安全標準是不超過 40μw/cm2，對比毫米波治療儀一般 10mW/cm2 的功率密度，5G 基站變身毫米波治療儀的設想難度較大，而 5G 手機變身治療儀則相對更具現(xiàn)實可行性。

除了在 5G 通信和醫(yī)療領域，毫米波在雷達系統(tǒng)中也有著卓越的表現(xiàn)。毫米波雷達利用毫米波段電磁波進行探測和測量，具有高分辨率、高靈敏度、高抗干擾能力等眾多優(yōu)勢，在軍事、航空、航天、交通、氣象等多個領域都得到了廣泛應用。它主要由天線、發(fā)射機、接收機、信號處理器和顯示設備等部分組成。天線采用波導、喇叭、透鏡等結構，具備高增益、低副瓣、寬頻帶的特點，對雷達性能影響重大；發(fā)射機采用固態(tài)器件，如砷化鎵、氮化鎵等，能高效、穩(wěn)定地產生高頻率、高功率的毫米波信號；接收機通過低噪聲放大器、混頻器、濾波器等器件，接收并處理目標反射回來的信號；信號處理器利用數(shù)字信號處理器、微處理器等，對信號進行處理、分析和判斷，提取目標的位置、速度、形狀等關鍵信息；顯示設備則將這些信息以直觀的圖形、數(shù)字等形式呈現(xiàn)給操作人員。

毫米波雷達的工作過程包括發(fā)射、傳播、反射、接收和處理等環(huán)節(jié)。發(fā)射機產生毫米波信號并通過天線發(fā)射，信號在大氣中傳播時會受到折射、散射、吸收等因素的影響，遇到目標物體后部分信號被反射回來，接收機接收反射信號并進行放大、濾波、解調等處理，最后由信號處理器提取目標信息。憑借這些特性，毫米波雷達能夠分辨出較小的目標物體，探測到較遠的目標，抵抗各種干擾，覆蓋多個頻段，實現(xiàn)小型化、低功耗，具備多模式工作和多目標處理能力，且具有低截獲概率和較強的環(huán)境適應性。

毫米波技術在 5G 通信、醫(yī)療、雷達等領域展現(xiàn)出了巨大的潛力和應用價值。雖然目前在一些方面還存在挑戰(zhàn)和不確定性，但隨著科技的不斷進步和研究的深入開展，相信毫米波技術將在更多領域取得突破，為我們的生活帶來更多意想不到的改變和便利，推動各個行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。

更多資訊內容，詳見文章