新一代WLAN 2.4/5.2/60GHz 小型三频集成天线研究

The IEEE 802.11.ad standard has been approved to support wireless communication over the following tri-band: 2.4, 5.2, and 60 GHz. It will make the future WLAN radio devices to switch among these three bands freely and seamlessly. To meet comsumers' demands on versatile and ultra-slim portable products, the 2.4/5.2/60GHz tri-band integrated antenna is the key component. For the theoretical and technical problems that may be encountered in the antenna design, the project intends to carry out researches on the following aspects: compact 2.4/5.2GHz dual-band antennas miniaturization technologies for easily integating, 60GHz grid array technologies to improve the antenna gain and achieve circular polarization, the layout of tri-band integrated antennas for the antenna-in-package solution, and finally to achieve 2.4/5.2/60GHz tri-band integrated linear and circular polarization antennas. Considering differential RF system designs, in order to improve the system efficiency and reduce the balun loss, this project will study compact differential tri-band integared antennas on the basis of the first three contents. It will provide the theoretical guidance and technical reserves for the development of WLAN systems, and will promote the new generation of WLAN product application and industrial development.

IEEE 802.11.ad标准可支持新一代WLAN移动产品在2.4/5.2/60GHz三频段之间的随意切换，从而获得无间断无缝隙的无线网络通信。为满足消费者对产品多功能且超轻超薄的需求，小型2.4/5.2/60GHz三频集成天线是其必不可缺的关键部件。针对三频集成天线设计与实现可能遇到的理论与技术问题，本项目主要研究内容包括：易于集成设计的2.4/5.2GHz双频天线的小型化技术；提高60GHz网格阵列天线增益的新技术和实现圆极化的方法；和易于AiP设计方案的集成天线布局与构造，并最终实现小型线极化和圆极化三频集成天线。考虑射频系统多采用差分设计，为提高系统效率减小巴伦损耗，本项目将在前三项内容基础上研究小型差分三频集成天线。本项目的研究能为WALN移动通信系统的发展提供理论指导和技术储备，有利于推动新一代WLAN产品的应用和产业发展。

为保证5G系统在热点高容量场景下实现超高速率特性，毫米波技术是关键技术之一。同时，为实现高移动性和无缝漫游无缝覆盖特性，5G将融合WLAN频段。IEEE 802.11.ad标准能支持移动终端设备工作在WLAN和60 GHz频段。兼容WLAN双频和60GHz的三频天线是5G移动互联网终端的不可获缺的关键部件。我们针对在有限的封装空间内设计同时覆盖WLAN和毫米波频段的大频率比高增益天线的问题进行深入研究，研究主要内容和成果如下：1）课题组提出了引入新型零折射率媒质结构和减少介质层数的方法提高毫米波天线增益的方法，并提出了多款高增益新型毫米波天线，包括：加载ZIM高增益毫米波贴片天线、基于SIW耦合器的高增益方向图可重构毫米波端射天线、宽带高增益毫米波圆极化天线阵列，和高隔离度辐射方向相反的毫米波MIMO天线和高增益缝隙网格毫米波天线等；2）课题组基于弯折倒F天线和弯折缝隙天线，提出两款分别采用边靠边结构和嵌套结构的双馈电结构的大频率比WLAN/60 GHz LTCC天线；3）课题组提出了采用单馈电结构的任意大频率比平面微波毫米波贴片天线阵的设计方法，并设计了两款大频率为4.35 GHz / 27.6 GHz和WLAN/60 GHz天线阵列；4）结合项目特点课题组研究了差分超宽带/双频/MIMO/双极化/圆极化天线和滤波天线技术，提出了多款差分天线和滤波天线。这些都有助于今后深入开展具有新型功能的毫米波天线研究。