密歇根大学的电气和计算机工程师发明了首个完全集成的单芯片数字毫米波(MMW)波束形成器，为高频5G通信开辟了新的可能性。该技术可用于改善车对车通信、自动驾驶、卫星互联网和国防等方面。

波束形成可以让传输信号的设备将信号指向特定的方向，而不是让信号向各个方向辐射——这会导致显著的干扰和效率损失。它是毫米波通信的基本技术，发生在一个相对较高的频率(通常在24GHz和100GHz之间)。这种高频通信允许高速数据传输，这是5G的关键优势之一。

模拟波束形成一直是研究人员的标准方法，但Michael Flynn教授一直在研究一种数字方法，以利用诸如大规模波束形成、高度精确的波束模式、灵活性和同时生成多个波束的能力等优势。

Flynn说：“有了模拟波束形成技术，你一次只能听一件事，但现在有很多新应用，你希望同时收听多种内容，并在它们之间快速切换。”

例如，弗林（Flynn）可以想象在被派往灾区的无人机上使用数字波束形成技术，为陷入困境的人们提供紧急互联网。同样，中国计划向太空发射卫星，以便向居住在城市外的人们提供互联网，因为在城市外，互联网接入可能断断续续或根本不存在。拥有数字无线波束形成能力的手机将为个人提供更可靠的互联网接入。

学生自行搭建的测试装置包括一个微型消声室和一个机械装置来移动波束形成器以测试其准确性。

Flynn和他的团队建造了一个28GHz毫米波数字波束形成器，使用一个定制设计的天线阵列，由单个集成电路中的16个天线组成。

它是已知的第一个进行毫米波数字波束形成的单片机系统。部分原因是它是一个单芯片，其功率和尺寸都比目前的数字系统好上一个数量级。由于是数字信号，信号既可以指向任何方向，又可以同时从四个不同的方向“收听”。

这意味着，该设备可以跟踪四架飞机或同时与四颗卫星通信。

令弗林印象深刻的是，这些学生不仅有能力处理导致新技术出现的前沿研究，而且他们愿意解决机械设计等问题，这是使一切工作顺利进行的重要组成部分。

Flynn说：“这个芯片代表了几代研究生7年多的工作成果。”

其中Lu Rundao、Christine Weston、Daniel Weyer和Fred Buhler等毕业生与他们的导师Flynn教授合著了一篇论文，论文是“具有16位元素的全集成式28GHz数字波束形成器。内置4×4贴片天线阵列和64个连续带通Delta-Sigma adc。” Lu在2020年IEEE射频集成电路研讨会上发表论文，获得了最佳学生论文奖。

博士生Lu说：“人们永远不会停止追求更好的网络连接。毫米波数字波束形成可能会改变5G世界的游戏规则。”