日本研究人员开发出一种超紧凑、低功耗 150 GHz 无线电模块，可实现移动设备的高数据速率。

该设计面向6G用户设备，集成了相控阵收发器和多项关键创新，以克服在150 GHz频段工作的主要挑战。因此，这项工作有望为终端设备实现前所未有的连接能力铺平道路，远超现有的5G技术。

第六代(6G)移动通信技术旨在通过实现超过100 Gbps的数据速率彻底改变无线连接，远远超越当前的4G和5G能力。为了实现这一雄心勃勃的目标，科学家和工程师们正在转向亚太赫兹D波段(110-170 GHz)，该波段提供了超高速、大容量通信所需的更宽带宽。

然而，利用这些频率面临着前所未有的技术挑战，例如在自由空间中严重的传播损耗，以及放大器和开关等关键电路元件的实现困难。因此，现有的D波段收发器主要用于6G基站或回程应用，需要较大的芯片尺寸和笨重的天线模块。

这阻碍了它们与智能手机和物联网设备等用户设备的集成，而这些设备原本可以真正发挥 6G 的变革潜力。

为了克服这些障碍，日本东京科学研究所(Science Tokyo)工程学院电气与电子工程系的 Kenichi Okada 教授领导的研究小组与国家信息通信技术研究所(NICT)等合作，开发了一种创新的、超紧凑的、低功耗的封装天线无线电模块，可用于 150 GHz 的操作。

他们的工作成果于 2025 年 6 月 8 日在京都举行的2025 年 VLSI 技术与电路研讨会上进行展示。

这一突破在于该团队的创新电路设计方法，解决了现有相控阵系统的根本限制。

该解决方案的核心是注入锁定三倍移相器，它无需使用通常功耗高且占用芯片面积大的本振缓冲器。通过直接连接到混频器，该设计可以最大化电压幅度，同时保持精确的频率控制。

另一项关键创新在于混频器本身，即双有源次谐波混频器。它以本振频率的一半工作，有效消除了令人困扰的振荡器泄漏。此外，其双重功能可支持发送和接收模式，同时在极其紧凑的尺寸内保持高性能。

研究人员还将天线开关直接集成到放大器匹配网络中，巧妙地消除了困扰传统设计的寄生电容问题。这种集成方法最大限度地减少了信号损耗，并允许在发射和接收模式之间共享功率放大器组件，从而使设计更加节省空间。

冈田表示：“虽然使用毫米波频段的传统模块的最大数据速率只有几 Gbps，但这种新型宽带 150 GHz 模块可以在移动设备中实现几十 Gbps 的大容量无线通信。”

“这一进步为新的应用市场铺平了道路，例如高度逼真的移动 VR 和医疗手术室中的 XR 使用，提供前所未有的真实体验。”

令人惊讶的是，完整的八元件模块尺寸仅为 8.4 毫米 x 20 毫米，对于如此高频的工作来说，这非常紧凑。实验测试显示出了其令人印象深刻的性能指标：56 Gbps 的最大数据速率、创纪录的 25.7 dBm 有效辐射功率以及卓越的功率效率，传输模式下每个元件的功耗仅为 150 mW。

Okada 指出： “与为 6G 设计的传统相控阵无线电相比，该模块实现了非常高的功率密度，使其不仅适用于基站，也适用于紧凑、低功耗终端应用。”

这项工作中采用的设计考虑将加速下一代无线应用的开发，涵盖沉浸式娱乐、精准医疗程序和先进的工业自动化。

总体而言，这一成就代表着朝着在日常移动设备和复杂工业设备中充分发挥 6G 潜力迈出了关键一步。

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