應用於5G終端的毫米波天線研究

Project: Research

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隨著5G(第五代移動通訊)最早於2020年商用,毫米波的相關應用也將會逐步融入到日常生活中。5G可實現很多目前難以想像的應用,如:外科和急診醫生可在重傷病人到達醫院前得到實時的影像,傳感器數據和病歷;醫科學生可通過無線三維虛擬影像和擴增實境作手術前期培訓;消費者亦可在幾秒之內下載或分享全高清影像。毫米波天線是5G通信前端的關鍵部件。毫米波國家重點實驗室(香港城市大學夥伴實驗室)經科技部批准成立後,在香港特別行政區政府創新科技署(創科署)資助及香港城市大學歷年的配套資助下,實驗室已建立了從微波到毫米波乃至太赫茲(THz)的一整套天線和電路測試系統。在陸貴文講座教授的帶領下,實驗室成功研發了新型的基於互補源發明的微波磁電(ME)偶極子天線,該天線在40%的工作帶寬內實現了穩定的天線增益及輻射方向,低後瓣和低交叉極化。上述發明榮獲2011年度國家技術發明獎二等獎。在毫米波頻段如60GHz,儘管直接的頻率縮放對磁電偶極子是不可能的,但它的優良特性仍可在此波段得以保留。結合市售基板可提供的的厚度和介電常數,我們成功利用印刷電路板和電鍍穿孔技術,結合多層介質集成波導饋電網路技術,實現了磁電偶極子形式的互補源天線。通過這種方式,我們研製出了許多高效的線極化,圓極化和雙極化毫米波陣列天線。我們亦通過微米製造技術實現了具有260GHz帶寬,工作於1THz的2X2磁電偶極子陣列。這些研究成果令團隊躋身於世界先?水平。今年7月陸教授榮獲IEEE天線及傳播分會2017年度約翰勞克斯(John Kraus) 天線獎。此項目擬開展的研究方向有二。其一是在天線陣列共面情況下如何實現波束切換,其二是採用氧化銦錫(ITO)來實現透明天線。5G通信對天線的一個重要要求是波束控制。利用傳統的移相器方法會增加成本。目前,毫米波波束切換主要利用巴特勒矩陣實現,但其饋電網絡尺寸較大。我們擬使用不同的天線分別實現不同的波束方向,以減小天線之間的耦合。我們擬採用多層饋電網絡以減小天線尺寸。我們香港城市大學毫米波國家重點實驗室已開展了高介電常數貼片天線陣的研究。在微波頻段,水的介電常數大約是80,我們已經成功實現了以水作高介電常數貼片的透明天線設計。但液體不適用於透明電子產品,因此我們打算用ITO,一種透明薄膜導體設計天線。目前多層ITO電路已經廣泛應用於智能手機屏幕上,而我們用ITO實現的微波及毫米波透明天線可以集成在顯示幕上。所以使用?可以在5G高速網絡下用手機瀏覽或下載海量資料。要注意的是,我們需要研究屏幕的厚度對天線的影響。

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Project number9240002
Grant typeMainGov
StatusFinished
Effective start/end date1/07/1829/04/21