对微波频率的定义各有不同，但一般认为微波频率是在 3 ~ 30 GHz 之间,“毫米波频率”或极高频(EHF) 是30 ~ 300 GHz。而300 GHz 以上的频率通常称为太赫兹。
更准确的理解，毫米波是指波长在1-10毫米之间的电磁波，频率在30-300GHz之间。毫米波信号在空气中的传播速度与光速相同，即108 m/s。因此，与指定频率范围相对应的波长为10 mm到1 mm。在实际应用中，24GHz以上的频率被视为毫米波，它们位于微波和远红外波重叠的波长范围内。因此，毫米波同时表现出这两种波谱的特性。国际电信联盟(ITU）将这个射频带指定为“极高频”(EHF）。
在通信频段的选择上，根据国际电信联盟 ITU 规定通常有以下几个频段:
带宽是提高吞吐量的关键，随着视频消费、云访问等新的数据密集型应用的发展，可以支持大带宽的毫米波频段将成为卫星通信的更优选择。
根据通信原理，无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5%左右，因此载波频率越高，可实现的信号带宽也越大。在毫米波频段中，28GHz 频段和 60GHz 频段是最有希望使用在5G的两个频段。28GHz 频段的可用频谱带宽可达1GHz，而60GHz频段每个信道的可用信号带宽则到了2GHz（整个9GHz的可用频谱分成了四个信道）。因此，如果使用毫米波频段，频谱带宽轻轻松松就翻了10倍，传输速率也可得到巨大提升。
与传统的低频无线通信相比，毫米波通信具有更高的频率、更短的波长和更强的穿透能力，可以实现更高速率的数据传输和更快速的响应时间。
1.宽带宽和高数据速率：通常认为毫米波频率范围是直流到微波带宽的10倍。同样，得益于其高频率范围，毫米波频带可以比低频谱提供更高的数据速率。
2. 减小的天线尺寸：由于毫米波的波长非常短，因此这些频率可以使用非常小的天线。这就支持在较小的区域内集成和使用较多的天线元素，从而可以使用相控阵天线、电子控制天线和各种其他天线技术。
3. 窄波束宽度：在相同尺寸的天线下，毫米波的波束宽度比微波窄得多。例如，12cm的天线在9.4 GHz时的波束宽度为18度，而在94GHz时的波束宽度仅为1.8度。因此，毫米波可以区分非常接近的更小目标或更清晰地观察目标细节。
4. 强大的探测能力：毫米波的宽带频谱可以用来抑制多路效应和杂波回声。目前可用的频率非常多，因此可以有效地消除相互干扰。在目标径向速度下可以获得较大的多普勒频率偏移，因而可以提高低速移动物体或振动物体的探测和识别能力。
5. 有限的范围、反射和穿透深度：有限的范围、漫反射和有限的穿透深度实际上可以在通信方面带来一定的优势。借助这些特性，许多小型基站可以彼此非常接近而不互相干扰。这实现了频谱的空间重用，允许在一个区域内支持更多的高带宽消费者。
但毫米波的缺点是频率高传输损耗大且成本高。毫米波衰减大的问题就是路径损耗。我们将从毫米波的基本概念入手，分析路径损耗的原因及其影响因素。
路径损耗（Path loss）是指电磁波在空间传播过程中受到的衰减，其大小与传播距离、频率、天线高度、障碍物等因素有关，即使在短距离内，路径损耗也可能非常高。具体而言，路径损耗的原因主要包括以下几个方面：
路径损耗是一个广义的概念，它包括了路径上的各种损耗，如反射、绕射、散射等。这些因素都可能导致信号在传输过程中损失能量。自由空间损耗则是路径损耗的一种特殊情况，它特指在理想状态下，没有其他物体干扰的情况下，电磁波仅因为传播距离的增加而在自由空间中自然衰减的部分。
2. 分子吸收损耗：由于毫米波频率较高，其波长较短，易被空气中的分子吸收和散射，导致信号衰减。
分子吸收对路径损耗具有重大影响，尤其是在距离较长时（在高达400 GHz的频率下约为1…10 dB / km）。
但是，对于本地连接而言，与自由空间损耗相比，影响仍然很小，并且可以将THz无线电频谱划分为500 GHz以上的大气吸收峰之间的有利频谱窗口。除技术界限外，在对无线电频谱进行分类时，还应考虑各种材料的渗透和表面的反射。
3. 大气衰减损耗：大气中的水汽和氧气对毫米波的传输也会产生影响，导致信号衰减。
由于频段特性，毫米波在无线通信、雷达探测、遥感监测等领域具有重要应用价值，但大气传播过程中存在显著的衰减效应。这种衰减主要由气体分子吸收、云雾粒子散射及降水引起，具体机制涉及复杂的物理过程。大气中的水蒸气和氧气可以吸收电磁波，由于大气传输吸收特性，这两种气体会对射频信号造成大幅的衰减。水蒸气的吸收频段是在22，183和323 GHz, 而氧气的吸收频段是在60和118 GHz。因此毫米波应用研究主要集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上。
“大气窗口 ”指的是通过大气传输的电磁波具有高传输率且反射、吸收和散射较少的频率带。通常， “大气窗口”频率带适用于点对点通信，而“衰减峰”频率带适用于多分支多样性隐藏网络和满足网络安全要求的系统。
毫米波传输的一个特点是大气衰减。
关于大气衰减的影响，卫通的Ku/Ka比sub6大约是多了0.1dB/km的损耗，在1000km的LEO高度就是100dB左右，此时的天线路径损耗比大气损耗多得多。
其次，信号质量很重要。好天馈不如好高度，好高度不如好环境。毫米波的环境比sub6干净多了，信号质量就更好。
式中：
φ小为电磁能辐射至χ处的辐射通量，
φ0为χ=0处的辐射通量，
χ为辐射能在大气中传播的距离，
σ为衰减系数，由吸收系数α和散射系数ν组成。
σ=α+ν，α与辐射能的波长、大气的温度、压力和密度有关，ν是波长和散射粒子半径的一个复杂函数，但当粒子的尺度大于波长时（称为无选择性散射），ν与波长无关。
大气衰减的程度与电磁波波长有密切关系。能透过大气的电磁波辐射的连续波长区间为大气窗口。故为减少电磁波传播的衰减，可根据大气窗口的情况选择适当波长的电磁波。如He-Ne激光器的波长为0.63微米，处于大气窗口之内，传输时衰减较小。
大气衰减的计算公式可以根据具体的应用场景和需求进行选择和调整。在实际应用中，需要根据实测数据和经验进行参数的确定，并考虑影响因素的修正。通过准确的衰减计算，可以为电磁波的传输和通信提供可靠的参考和预测，从而提高系统性能和效率。
4. 反射损耗：在信号传输过程中，遇到建筑物、山体等障碍物时，会发生反射现象，导致信号衰减。
反射损耗随反射表面不同而不同，水面的反射损耗在0~1dB，麦田的反射损耗在2~4dB，城市、山体的反射损耗可达14dB~20dB.
除了以上因素外，路径损耗还受到天线高度、传输距离、频率等因素的影响。
传输距离越远，路径损耗越大；频率越高，路径损耗也越大；天线高度越低，路径损耗也越大。
由于毫米波的频率较高，其传输距离较短，易受到障碍物和大气吸收的影响，因此路径损耗也较大。路径损耗的大小直接影响到毫米波通信的传输距离和质量，因此如何减小路径损耗成为了毫米波通信研究的重点。
卫星通信是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。
卫星通信常用频段如下：
按照频段，可划分：L、S、C、X、Ku、K、Ka。不同的频段对应的用途也不同。最常用的频段是C(4~8GHz)和Ku(12~18GHz)频段，Ka(27-40GHz)频段是后起之秀。
卫星通信使用到的频段涵盖L, S, C, Ku, Ka等，L和S频段用于卫星移动通信。
K频段
K频段由于处于大气吸收损耗影响最大的频率窗口，不适合于卫星通信。
C频段
目前卫星业务C频段用于卫星固定业务，通常6/4GHz表示为上下行频率。
C频段使用比较早，频率低，增益也低，天线口径较大(通常1.8米以上)。虽然相对其它频段遭受地面微波等干扰的几率大些，但其雨衰远小于Ku频段，更远远小于Ka频段。更适于对通信质量有严格要求的业务，比如电视、广播等。
Ku频段
Ku频段用于卫星固定业务及直播卫星业务，最常使用14/12GHz。
Ku频段频率高、增益也高，天线尺寸较小，便于安装，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收。相对来说受地面干扰影响小，因此特别适合做动中通、静中通等移动应急通信业务、卫星新闻采集SNG及DTH业务。
Ku频段易受天气影响，但其更大的工作带宽，更高的信号强度、更小的天线口径，更具有开发价值。
Ka频段
Ka频段由于具有丰富的频率资源，其频率工作范围要大数倍，目前已成为高通量卫星的主要选择，在现代军事和民用通信上都有广泛的应用前景。
Ka频段由于雨衰比Ku频段更大，对器件和工艺的要求更高。其特点类似于Ku频段，雨衰更大，但可用频段带宽也更大，可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、卫星新闻采集(SNG)、VSAT业务、直接到户(DTH)业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。
Ka频段是近年来兴起投入使用的，由于C和Ku频段已近饱和，无法承载更多的业务，Ka(27-40GHz)频段投入使用。
高通量卫星最大的特点就是容量大，其大容量主要通过多点波束及频率复用实现，高通量卫星的频率复用像是将地面的蜂窝设计搬上卫星，通过复用，可以实现可用带宽或可用容量的倍增，每颗卫星得到了数倍或数十倍于常规卫星的可用频率资源，大大降低单位带宽的成本。
对于基于空间的系统，所涉及的距离和速度使得在对电气系统建模时考虑运动学非常重要。
相关问题：在一些高频段，多普勒频移会不会带来子载波间的干扰？
答： 会的，这个是 5G NTN 采用低轨道卫星的一大挑战，卫星移动速度高达几KM/s，这样会产生严重的多普勒频移，Ku 频段可以高达200KHz。
相关问题：5G在卫星上应用的效果怎么样？衰减程度等？
答： 目前 5G 和卫星的融合更多是和低轨道卫星 LEO 的融合，目前3GPP Rel-17 还在开展NTN 的技术规范工作，国内外都有一些相应的测试，低轨的衰减取决频率范围和轨道高度，Ku 频段以上都有较大的大气损耗。
毫米波技术为无线通信领域带来翻天覆地的变化。新一代 5G、卫星和车载雷达通信使用超大带宽，实现了更高的数据吞吐量和超精细的距离分辨率。毫米波技术是一个至关重要的推动因素，它为性能提升提供了充足的裕量，但同时也带来了路径损耗、设计裕量小、调制复杂、标准严格等挑战。
毫米波技术已在5G通信系统中应用，例如毫米波基站采用Massive MIMO技术来获得高增益，以补偿高频引起的信号衰减；毫米波终端采用具有波束合成功能的毫米波模组，实现空间角度上的覆盖。随着5G技术大规模商业化，全球移动通信业界已开始筹划6G移动通信关键技术的研究。其中，太赫兹技术、超大规模天线阵列、空天地一体化的卫星通信、全频谱通信、人工智能等技术都有可能成为实现6G通信的关键技术。毫米波因其丰富的频谱资源，必将在6G通信中继续扮演重要角色。
毫米波测试技术
在毫米波频段，天线单元与射频单元之间的毫米波信号传输易受传输线长度、转接匹配等因素的影响，为了性能考虑，毫米波设备的射频与天线将一体化设计制造，这就导致了天线和射频之间没有可以剥离的测试端口，连基本的线缆连接都无法实现，天线和射频单元无法分开测试。这对测试原理与方法的提出了极大的挑战。对此业界已经达成共识，空口（Over-The-Air，OTA）测试将成为5G毫米波系统的主要测试形态，而测试对象将是一体化的毫米波多波束阵，而不是独立的射频和天线组件。在此条件下，需要建立新的测试指标体系和评估方法。同时可以预见，OTA测试技术也将会是6G 通信设备的主要测试手段。
雷达可以分为路基、机载、星载、舰载雷达系统，也可以按照雷达的具体特征分成多种类别，例如根据使用的频带、天线类型和使用的波形等来分类。
除了在通信领域，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。
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。
由于毫米波能提供无线通讯网络中高频讯号的测试、滤波和传输，其在军事国防与航太方面也具有显著优势。如装设在飞机或卫星上的毫米波雷达，能够进行防碰撞预警感测、自主巡航控制、机器人视觉、空中防御监测等功能。毫米波成像技术也能够探测隐匿物品，例如地底下或衣物掩蔽下的武器、炸药或毒品等。
汽车自动驾驶可以分为6个等级，对于汽车技术发展来看可以分为燃油化时期、电动化时期、智能化时期。
不同时期的汽车时代需要什么样的传感器？主要从智能驾驶和智能座舱来看：
燃油化时期，智能驾驶只需要简单的避障和近距离感知功能，需要用到超声波雷达和低分辨率的摄像头；这个时期没有智能座舱。
电动化时期，智能驾驶需要实现L0~L1的功能，如ACC, AEB，智能座舱需要实现身份识别和疲劳驾驶等功能；需要的传感器为毫米波雷达和高分辨率的摄像头。
智能化时期，智能驾驶需要实现L2及以上的功能，特定场景下的自动驾驶，如高速封闭道路、城市道路等，智能座舱需要对人员进行手势识别、情绪识别等；需要的传感器为4D毫米波雷达、高分辨率摄像头、低分辨率摄像头、激光雷达等。
自动驾驶毫米波雷达工作原理
毫米波雷达采集的原始数据基于极坐标系（距离+角度)，这跟激光雷达的笛卡尔(XY2）坐标不同。汽车雷达领域中，调频连续波(FMCW -Frequency Modulated Continuous Wave）的波形较为常见。其工作时，振荡器会产生一个频率随时间逐渐增加的信号，这个信号遇到障碍物之后会反弹回来，其时延为2倍的距离除以光速。返回的波形和发出的波形之间有个频率差，这个频率差是呈线性关系的：物体越远，返回的波形越晚，跟入射波的频率插值越大。将这两个频率做一个減法，就可以得到两者之间的差拍频率，通过判断差拍频率的高低就可以判断障碍物的距离。毫米波雷达测速的原理是根据信号之问的多普勒效应。
车载毫米波雷达通过天线发射毫米波，接受目标的反射信号，经内部处理后快速准确地获取汽车周圍的物理环境信息，然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分 类，进而结合车身动态信息进行数据融合，最終通过ECU进行智能处理。通过合理的决策后，会经过听觉、视觉以及触觉等多种方式告知或警告驾驶员，还可以对汽车进行主动干预，从而保证驾驶过程中的安全性和舒适性，减少事故的发生。
毫米波雷达采用毫米波的特点，通过频率高、波长短等优秀性能来完成目标探测与成像。毫米波发射机将多个周期的脉冲信号调制后，发射目标上，当被测目标与雷达之间有相互作用时，微波信号会发生散射反射，返回到接收机处。然后经过接收机的射频前端信号放大器、中频放大器以及检波器等模块的信号处理和滤波，即可实现对目标物的距离、速度、方向的精准测量和分析以识别目标类型和构造。
汽车雷达传感技术目前的主流还是 24 Ghz 窄带传感器，但它正在迅速向 76-81 GHz 高频段、5 Ghz 宽带宽、毫米波、调频连续波（FMCW）和波束赋形天线发展。只有毫米波宽带宽的先进汽车雷达可以不分白天和黑夜、晴天和雨天，始终执行这项探测远近距离目标的关键任务。
推荐阅读：射频技术基本原理
