60GHz天线技术概览

60GHz天线技术概览

要求：

1.该频段WiFi的发展，标准

2.现在WiFi的发展应用情况

3.这个频段antenna的技术要素，研究情况，现在发展情况，发展趋势

4.相关文章，包括重要会议文章，期刊文章

5.antenna的技术难点

一、60GHz频段WiFi的发展，标准，特点

60GHz频段是一个无需注册的、开放的ISM频段，在目前2.4GHz和5.2GHz ISM 频段已经被大量使用的情况下，人们的注意力自然转向了尚未被开发和利用的60GHz频段来。该频段的特点有：

1、绝对带宽很宽，高达9GHz带宽

2、波长短，具有毫米波的属性

3、在空气中衰耗得比较快

4、适合室内使用

该频段在2012年被IEEE纳入了802.11ad标准中，是标准802.11n/ac的演变。该标准允许（技术特点）：

1）支持高达2.16 G H z的信道带宽，物理层传输速率接近7 Gbit/s；

2）采用高增益、低复杂度和低处理时延的低密度奇偶校验码（LDPC）；

3）采用旋转调制、差分调制、扩展QPSK等改进的调制技术；

4）采用波束赋形技术对抗60 GHz频段的高路径损耗，支持传输距离超过10 m的可靠通信；

5）针对无线视频、快速文件传输等应用场景和60 GHz无线通信技术特点，引入新的组网方式——个人基本服务集（PBSS）；

6）采用增强的安全协议和功率管理技术；

7）支持在2.4 G H z、5 G H z和60 GHz频带之间的快速会话转移；

8）支持与其他60 G H z系统（如IEEE 802.15.3c及802.19）的共存。

WiGig技术是由WiGig（无线吉比特联盟）主导基于802.11ad标准制定的。2013年，WiGig联盟与Wi-Fi联盟合并

二、60GHz频段WiFi的发展和应用

1、2014年10月三星推出60GHz Wi-Fi 技术。三星方面表示，新的Wi-Fi 技术将能够将数据传输速度提高到 4.6Gbps，实际的数据传输速度将达到575MB 每秒，五倍于现有Wi-Fi 最快速度。三星方面透露，最早将在明年正式将这种最新的Wi-Fi 技术投入商用；

2、2014年1月世界移动通信大会上，半导体公司Wilocity宣布其生产的芯片Sparrow 支持5Gbps的网络无线传输，手机厂商可以在今年下半年尝试搭载这块芯片，而真正推出

则要等到明年上半年。

3、2013年1月在国际消费类电子产品展览会（CES）上，无线芯片厂商Wilocity演示了下一代无线传输技术802.11ad，据Wilocity介绍，他们的80.211ad芯片最大吞吐量为4.6Gbps，无线传输速度近似于USB3.0；

4、2013年韩国高级技术研究院的研究人员目前研发了最新的无线射频收发芯片，采用的是60GHz的波段，数据流量高达10gbps。这样的速度意味着用户下载一部4.7GB的电影所花的时间仅需3.76秒。该研究小组称，芯片尺寸非常小（高4mm，宽6.6mm）。整个芯片取代了过去需要多个天线才能执接收或是传输数据任务，很大程度上有利于缩小整个芯片尺寸设计。

5、2012年戴尔发布了超极本Latitude 6430u，该超极本使用了Wilocity Wil6120、Atheros AR9642两款芯片组来提供三频段的WiGig。但是，DELL没有介绍60GHz频段的传输性能。

（图片来自淘宝网）

三、60GHz WiFi天线各参数的要求

60GHz WiFi系统工作在毫米波波段，所以对天线的制作精度和某些参数的要求(增益、通信距离等)也是比较高的。一般来说，对于10m以下的通信距离，不需要使用波束赋形天线；通信距离大于10米时，由于O2 对60GHz电磁波强烈的吸收作用，必须使用波束赋形天线以抵消O2的吸收作用。

1、频率范围

（如果考虑到802.11ad需要支持在2.4 G H z、5 G H z和60 GHz频带之间的快速会话转移，所以其天线/天线阵工作频段还要加上2.4GHz和5.2GHz频段）

2、增益要求

没有限定，增益越大波束越窄。具体的要求视射频前端以及应用场合决定。

3、尺寸要求

该频段的天线比较小，如果考虑支持2.4 G H z、5 G H z频段，则需要认真设计。

4、工艺要求

天线尺寸较小，对工艺水平要求较高。一般来说，制作步骤越简单越好，制作条件限制越少越好。

5、波束赋形技术

802.11ad标准要求基于此标准实现的Wi-Fi网络天线，具有波束赋形的能力。

Directional multi-gigabit (DMG) antenna: A DMG antenna is a phased array, a single element antenna, or a set of switched beam antennas covered by a quasi-Omni antenna pattern.

四、当前阶段的天线研究概况

已知文献中，60GHz天线主要有以下几类：

1、透镜天线

因为，60GHz电磁波波长很短，所以可以利用光学透镜原理设计、制作透镜天线。

透镜天线原理：利用波程差，将全向波转换成平面波。

透镜天线的特点：

（1）、工作带宽大

（2）、较好的中心对称特性，易于实现大角度扫描

（3）、每个波束具有全口径增益，波束宽度小，扫描精度较高

（4）、波束的方向性与频率无关

（5）、旁瓣、后瓣低

（6）、加工精度和馈电网络较简单

其缺点是效率低，结构复杂，价格昂贵。

在60GHz频段上，可以较好的实现波束赋形，但是是它的体积比较大，不易于集成化。也许，只可以适用WiFi站天线。

主要参考文献有：

1）J. R. Costa, C. A. Fernandes, G. Godi, R. Sauleau, L. Le Coq, and H. Legay, “Compact Ka-band lens antennas for LEO satellites,”IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 56, no. 5, pp. 1251–1258, May 2008.

2）Rolland, A.; Sauleau, R.; Le Coq, L. "Flat-Shaped Dielectric Lens Antenna for 60-GHz Applications", Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, On page(s): 4041 - 4048 Volume: 59, Issue: 11, Nov. 2011

3）Lima, E.B.; Costa, J.R.; Fernandes, C.A., “Optimization of mechanically beam-steerable lens antenna profile for 60 GHz wireless communi cations,” Antennas and Propagation society international symposium, 2009. Apsursi’09. IEEE, 1-5 June 2009.

4）A. L. Peebles,“A dielectric bifocal lens for multibeam antenna application,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 36, no. 5, pp. 599–606, May 1988