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60GHz天线技术概览

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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 communications,” 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 5）Godi, G.; Sauleau, R.; Thouroude, D. "Performance of reduced size substrate lens antennas for Millimeter-wave communications", Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, On page(s): 1278 - 1286 Volume: 53, Issue: 4, April 2005

6）刘唯“60GHz空气介质龙伯透镜天线的研究”2014年浙江大学硕士学位论文 ………….

2、 普通微带天线/天线阵 原理、特征：略 在60GHz频段主要的应用障碍是在保留其体积小、重量轻、低剖面、易共形等特点的条件下，它的带宽较窄。 文献“王子浩; 石丹; 邹新龙等“一种改进型60GHz双层微带天线的设计与仿真” 2014-04-15 CNKI环境技术”中适使用了低介电常数、增加厚度的双层矩形微带天线设计。仿真带宽展宽到了6.05GHz，但是增益不高，方向性较差也没有实测结果。可以在此结构上，考虑使用天线阵列，改进增益和方向图。

文献“Bandwidth improvements of 60GHz micromachining patch antenna using gap coupled U — Microstrip feeder ”中，作者使用微机械加工的硅片介质板上（去掉下部的硅材料），然后利用馈线耦合的方式展宽带宽，提高增益。此结构仿真结果，带宽达到10GHz，增益在8dBi以上，效率大于90%。作者提出可以使用MEMS馈电网络实现波束赋形。 Adane, F. Gallée, and C. Person, “Bandwidth improvements of 60GHz micromachining patch antenna using gap coupled U- Microstrip feeder,” Proc. of the Fourth European Conf. on Antennas and Propag. (EuCAP), pp. 12-16, Apr. 2010.

Sallam, M.O.; Soliman, E.A.; Sedky, S. "Reconfigurable micromachined antenna with polarization diversity for mm-wave applications", Antennas and Propagation (EUCAP), 2012 6th European Conference on, On page(s): 3569 – 3573 与上篇论文类似，本文提出一个新结构。使用开关实现天线的垂直、水平和左右旋极化方式。

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近距离无线通信技术zongjie

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四、宽带无线接入技术
国际电子电气工程师协会(IEEE)成立了无线局域 网标准委员会，并于1997年制定出第一个无线局 域网标准——802.11。 1999年，IEEE成立了802.16工作组开始研究建立 一个全球统一的宽带无线接入城域网技术规范。
已经制定或正在制定的IEEE802.11、IEEE802.15、 IEEE802.20、IEEE802.22等宽带无线接入标准集， 覆盖了无线局域网(WLAN)、无线个域网 (WMAN)、无线城域网(WPAN)的领域。
高速近距离无线通信最高数据速率＞ 100Mbit/s，通信距离＜10m，典型技术 有高速超宽带（UWB）；
低速近距离无线通信的最低数据速率＜ 1Mbit/s，通信距离＜100m，典型技术有 Zigbee、Bluetooth等。
三、近距离无线通信技术
目前，比较受关注的近距离无线通信技 术包括蓝牙、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、 红外（IrDA）、超宽带（UWB）、近距 场无线通信（Near Field Communication， NFC）等。
该频段RFID系统的工作特性如下：
工作频率不受无线电频率管制约束； 阅读距离一般情况下小于1m； 有较高的电感耦合功率可供电子标签使用； 无线信号可以穿透水、有机组织和木材等；
电感耦合方式
低频频段的RFID系统非常适合近距离、 低速度、数据量要求较少的识别应用。 典型应用为动物识别、容器识别、工具 识别、电子闭锁防盗等。
射频通信
一、什么是射频？ 射频(Radio Frequency，RF) 表示可以辐
射到空间的电磁波频率，通常所指的频 率范围为300KHz～30GHz。 射频的本质是射频电流，是一种高频交 流电的简称。
二、频谱的划分 ① IEEE划分的频谱 ② 微波和射频 ③ 工业、科学和医用频率
宽波束天线技术综述

宽波束天线技术综述

Science and Technology&Innovation I科技与创新|2021年第04期］---------------文章编号：2095-6835(2021)04-0161-03宽波束天线技术综述柯晨希1,李铭伟2(1.武汉理工大学，湖北武汉430070；2.空军预警学院，湖北武汉430019)摘要：概述了宽波束天线的研究现状，总结了宽波束天线的关键技术，介绍了宽带宽、低剖面宽波束天线。

并根据当前研究的热点问题，提出对宽波束天线未来研究方向的展望。

关键词：天线；宽波束；宽带宽；低剖面中图分类号：TN927文献标志码：A1引言天线作为无线通信系统中重要的射频前端组件，用于接收和辐射电磁波，实现电磁波与导行波的相互转换。

近年来，随着民用无线电通信系统，军用雷达、电子对抗等新型武器装备的研制成功，宽波束天线技术得到了进一步发展。

在卫星定位、雷达探测、电子对抗等无线电通信系统中,为了确保信号传输质量和传输速率，天线往往要具备很宽的波束宽度和较宽的频带［1］。

同时，随着现代无线电通信系统朝着小型化趋势发展,天线的低剖面设计也是当前的一个研究热点。

如何设计一款高性能的宽波束天线，是确保整个系统性能的关键。

本文总结了宽波束天线的发展现状，介绍了几种宽波速天线，并且根据当前研究的热点问题，提出对宽波束天线未来研究方向的展望。

2宽波束天线的研究现状传统的微带天线的3dB轴比波束宽度(ARBW)约为70。

~100。

在早期的无线通信系统中，传统的四臂螺旋天线就可以做到这点，这是因为其远场方向图波束宽度相对比较宽。

但由于地板的制约，传统的微带天线波束不可能展到很宽。

为满足实际运用需求，人们对波束展宽技术的研究一直在进行。

至此，许多学者提出了许多展宽天线的轴比波束宽度的方法。

虽然方式不同，算法各异，但技术思想一般都是在调整两个正交场分量的远场波束形状或波束宽度，在宽角度范围内保持它们的波束形状几乎相等闵。

微波技术和天线 第四版 刘学观

微波技术和天线 第四版 刘学观

本章内容天线所接收的功率为λ2 2rtinr GGPP⋅=ππ44rlg 10in P L =)dB ()dB ()km (lg 20)MHz (lg 2045.32g r t rbf G G r f P −−++=结论若不考虑天线的因素，则自由空间的传输损耗，是球面波在传播的过程中，随着距离的增大能量自然扩散而引起的，它反映了球面波的扩散损耗。

《微波技术与天线》该损耗与电磁波的工作频率也成正比，频率愈高传输损耗愈大。

）dB (lg 10lg 10lg 10bf A L P P P P P P L rr r in r in b −=′−=′=前三项为自由空间损耗L bf ，A 为实际信道的损耗，不同的传播方式传播媒质信道的传输损耗是不同的《微波技术与天线》同的传播方式、传播媒质，信道的传输损耗是不同的。

最大时延τ为一般情况下，信号带宽不能超过，称之为容许带宽，即τ1Δ1=τf电波传播方向改变边缘绕射表面波爬行本节内容发天线高度分别为时相互能看见的距离为收、发天线高度分别为h 2 及h 1时相互能看见的距离，简称视距。

2. 视距公式修正，随着高度的增大，逐渐减小趋近于1，即r n ε=r εL >>>321n n n 当电波在大气层中依次通过每个薄层界面时，射线都将产生偏折。

衰减设收、发射天线高度分别为21E h 2 及h 1 ，间距为d ，为直射波，为反射波。

1θ2θE E E E +=E 为：21θθ⎪⎪⎧=−r f E E kr j 01e )(θθ接收点的场强为⎪⎪⎩⎨′′=′−r f RE E r k j 02e )(θθ其中式中，为反射点处反ϕj e R R =射系数，为天线方向函数。

)(θf ⎧′=θθ，此时路径因子为：⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−=−λπd h h F d h h k 21/2j 2sin 2e 121此时路径因子为本节要点电离层概况在电离层信道中的传播辐射形成的。

一种新型毫米波磁电偶极子天线阵列设计

一种新型毫米波磁电偶极子天线阵列设计

一种新型毫米波磁电偶极子天线阵列设计陆贵文;李明鉴【摘要】该文将磁电偶极子天线作为辐射阵子，并应用一种共面波导馈电网络，研究并设计了一种新型4×4毫米波天线阵列。

这种设计不仅具有很宽的阻抗带宽和增益带宽，而且价格低廉易于生产。

仿真和测试结果表明，此天线阵列的相对阻抗带宽为54.5%,3 dB增益带宽为37.1%，在工作频带内(40.2~70.0 GHz)，最大增益为18.1 dBi。

而基于其他技术设计的4×4毫米波天线阵列(如微带天线、偶极子天线)工作频带宽度一般在20%左右，增益一般在16~17 dBi。

所以该文提出的天线阵列设计具有明显的优势。

另外，仿真设计结果和实测的电参数数据有较好的一致性。

%This paper presents a new 4×4 millimeter-wave antenna array, which adopts the magneto-electric dipole as the radiating element and a type of coplanar waveguide feed network to excite the array. This design not only provides very wide impedance and gain bandwidths, but also has features of low cost and ease in fabrication. The simulated and measured results reveal that this array exhibits a wide impedance bandwidth of 54.5% and a wide 3 dB gain bandwidth of 37.1%. Over the operating frequency band (40.2~70.0 GHz), the maximum gain is 18.1 dBi. However, other 4×4 millimeter-wave antenna arrays, designed based on microstrip patch antenna or electric dipole antenna, have the operating bandwidth of about 20% and the gain of 16~17 dBi. Hence, the proposed antenna has an obvious advantage. In addition, the simulated and measured results have a good agreement.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】4页(P2517-2520)【关键词】毫米波天线阵列;磁电偶极子天线;宽带天线【作者】陆贵文;李明鉴【作者单位】香港城市大学毫米波国家重点实验室中国香港;香港城市大学毫米波国家重点实验室中国香港【正文语种】中文【中图分类】TN821为了实现海量数据传输和弥补匮乏的可用频谱，提高载波频率是必然的解决方案。