PCB科技 - 60GHz無線技術的特點

無線互聯的應用越來越廣泛。 這一趨勢在消費類電子產品中顯而易見，在過去十年中，手機和平板電腦市場迅速推動了各種無線標準的採用。 該地區的Wi-Fi熱點數量已超過1.75億個，預計2018年將達到3.3億個。 支持藍牙的產品總數也有所增加，2014年至2018年間，支持藍牙的音訊設備數量增長了400%。 大多數無線技術使用相同的2.4GHz和5GHz頻段，這兩個頻段變得越來越擁擠。 2015年智能手機的訂閱量預計為34億，每一個都意味著更多的數據需求，不斷將手機網絡和授權頻段的資源推向極限。

近年來，出現了一種新的解決方案，可以解决現有頻段面臨的資源約束，打破現有無線解決方案的約束。 在毫米波（30 GHz-300 GHz）頻段，60 GHz頻段因其潜力而脫穎而出。 該波段在許多領域未經授權，囙此對許多應用非常方便。 這為出現一組新的集成千兆收發器提供了可能性，能够在已經擁擠的2.4GHz和5GHz頻段上提供大量頻寬。

許多應用程序受益於60 GHz科技。 在資料傳輸領域，60 GHz科技正被用於取代現有的Wi-Fi應用程序，以實現高達4.6 Gbps的資料傳輸速率，比現有的802.11ac[4]標準快五倍。 WirelessHD？ 標準支持消費者電子設備之間的視頻流。 製造商已經在為筆記型電腦、智能手機、數位電視、視頻投影儀和虛擬實境耳機添加WirelessHD支持，並預計WirelessHD將用於移動應用程序、家庭影院和其他計算設備。 其他領域也開始開發60 GHz科技，包括用於辦公樓和校園的無線返回應用程序，這些應用程序依靠60 GHz資料傳輸應用程序快速輕鬆地在建築物和無線連接器之間建立互連，以實現更輕更穩定的設備。 然而，對更高無線寬度和高速高清視頻傳輸的需求並不局限於消費電子產品。 工業也可以受益於毫米波科技。 本文概述了60 GHz科技，不僅涵蓋了現有的消費電子應用，還探討了毫米波科技在許多不同工業領域的潜在應用。

60 GHz無線技術概述

包括美國聯邦通信委員會在內的監管機构已為各種行業指定了豁免範圍。 60 GHz頻帶的頻寬超過7 GHz[5]。 它提供的頻寬資源是5GHz頻寬的20倍以上。

60 GHz頻段具有廣泛的頻譜範圍，提供千兆位元組級的網絡容量，並具有幾個關鍵的傳播和衰减特性，新的高性能無線解決方案可以從中受益。

2.4GHz和5GHz頻段適用於中距離傳輸，是Wi-Fi等本地網絡架構的理想選擇。 60 GHz頻帶具有相對較短的訊號傳播距離，並在通過空氣和固體結構時衰减，使其成為短距離應用的理想選擇。 為了充分利用60 GHz頻段的優勢，需要相控陣天線、高方向性波束和波束控制科技。 Redis Semiconductor提供基於SiBEAM科技的射頻收發器（RF），該科技使用標準CMOS IC科技製造和封裝。

應用

毫米波科技的特點是，天線需要在一定的範圍內轉動到目標，並且可以根據不同的範圍對不同類型的應用進行分類。 為了演示相關科技，我們將其分為3種應用類型：10mm、1-10m和100m及以上。

[10mm]無線連接器

在很短的距離內（通常在10mm左右），60 GHz科技可以作為電纜的有效替代品。 專業設計的無線發射器和接收器集成電路可用於在短距離內以非常高的速率傳輸數據，取代有線連接。

60 GHz科技也可以用作物理介面的替代解決方案。 它對於需要設備耐久性的應用非常有用，因為它消除了物理介面，物理介面是電子設備的常見故障之一，也是水、灰塵和其他可能危害電子設備的顆粒的主要入口之一。 除了故障率外，一些專用介面，例如將可移動平板電腦連接到基礎設備或傳統筆記型電腦基礎的介面，通常需要比標準化連接器多得多的開發和實施成本。

[1-10m]無線數據/音訊

在中距離應用（1-10m）中，60 GHz科技可以用作現有無線應用（如Wi-Fi）的高速替代解決方案和無線視頻的電纜替代解決方案。

802.11ad是由IEEE定義的60 GHz資料傳輸標準，它還定義了802.11a、802.11b、802.11n和802.11ac Wi-Fi標準。 業界的主要公司，如高通公司，正在將802.11ad集成到其產品中[6]，從而為用戶提供超快的視頻和資料傳輸。

60 GHz科技特別適合無線電纜更換解決方案。 高頻寬、低延遲、點對點架構和室內傳輸特性使其成為室內電纜的理想替代解決方案。 該科技可以在家庭影院系統（圖1）中發揮作用，用於高清視頻傳輸。 這項科技使消費者能够自由靈活地放置視頻內容輸出設備和電視荧幕，為消費者提供了極大的便利。 WirelessHD標準是高品質視頻傳輸領域的一項新興技術，它充分利用60 GHz頻段，實現卓越的無線用戶體驗。

千兆室外無線連結

毫米波科技還可以在未來的無線回程基礎設施應用中發揮重要作用，例如下一代5G移動通信基礎設施、固定接入回程擴展和校園點對點連結。 60 GHz通道的無線容量和高度優化的射頻連結可以實現理想的“無線光纖”，以取代現有的光返回應用。

市場上有許多方案相互競爭，但大多數系統現時都基於IEEE 802.11ad標準。 除了前面提到的室內應用外，現有802.11標準的修訂版還包括使用60 GHzmm頻段來支持遠程連結（高達500米）應用。 它使用為10米房間互連開發的相同波束控制科技來支持其他應用，例如接入點連接和室外返回連結。

工業應用

60 GHz科技給消費電子領域帶來的巨大機遇已經顯而易見，該領域的科技發展將繼續快速發展。 隨著60 GHz解決方案在消費電子市場的不斷擴大，業界製造商也在探索如何使用該科技。 對於許多工業應用，它們也可以像消費電子中的許多應用一樣受益於60 GHz科技，毫米波科技使製造商能够消除電纜，提高移動性和靈活性。 此外，許多新的應用，例如使用毫米波科技的目標檢測或手勢識別，在工業領域引起了廣泛關注。

機械視覺

工業機械視覺系統主要用於檢查或引導機器人製造產品[7]。 它們是現代工廠中不可或缺的工具，用於協助在各個工業領域製造高品質、精確的產品，涉及電子、製造和尖端服裝生產。 機械視覺由3個基本元素組成：影像捕捉器（類似於攝像機，圖像感測器捕捉原始數據）、分析數據的電腦或處理器以及互連連結。 機器視覺影像捕捉器現在支持越來越高的分辯率，通常通過多芯電纜連接到電腦，然後處理影像。

現時有許多電纜資料傳輸標準。 然而，電纜解決方案面臨許多限制。 對於機器人引導的應用，電纜可能會影響動作，需要仔細規劃和佈置影像捕獲和電纜。 此外，標準電纜長度（通常在5到30米之間，除非使用昂貴的光纖）是一個主要缺點，尤其是當考慮到電纜必須穿過工業機械和許多障礙物時，這意味著電腦需要靠近工廠區域。 由於電腦和電纜需要管理，囙此存在許多障礙，暴露在惡劣工業環境中的電腦可能導致壽命縮短。

傳統的無線解決方案不是電纜的理想替代方案，因為它們具有高延遲並且需要圖像壓縮。 使用無線解決方案造成的任何延遲都將新增製造時間和成本，因為生產線必須减速以適應電腦所需的處理器時間。 同時，圖像壓縮將使電腦更難解析捕獲的影像。

使用60 GHz無線解決方案，可以在沒有視頻電纜的機器上安裝一個或多個影像捕獲。 這些影像捕捉器可以直接將資料傳輸到電腦或連接到無線連結以連接到控制中心。 無線視頻使機器人能够自由移動，有助於减少工廠區域的隱患，便於安裝新設備，並允許電腦從工廠區域移動到更受控的環境。 近年來，對機械視覺的需求急劇增加，60 GHz科技致力於為當今複雜工作領域的系統提供靈活性和便利性。

班代

工業監測是毫米波科技可以發揮作用的另一個領域。 許多辦公室、工廠和製造設施中的監控系統已經過時，只能提供較低的影像分辯率。 陞級這些系統通常需要重新安裝現有電纜以匹配新設備，通常需要數百萬美元。 WirelessHD通過將更高質量的視頻無線傳輸到附近的接收器，大大簡化了翻新這些設施的過程，只要它連接到舊系統中的現有電網。

醫療護理

醫療應用也可以從60 GHz科技中受益匪淺。 數字成像是醫生的關鍵診斷工具，尤其是在手術室，在那裡可以增强更高質量的影像，為患者提供更有效的治療。 然而，將一整套電腦設備插入手術室會帶來許多問題，問題是一束難以消毒的電纜，可能會導致安全隱患。 例如，毫米波科技可以幫助將實时視頻從微型攝像機無線傳輸到附近的監視器，或直接傳輸到安裝在外科醫生護目鏡中的耳機顯示器。 這確保了無菌室的環境，並减少了安裝新設備的繁重工作。

手術室中60 GHz科技的另一個潜在創新是手勢控制。 毫米波手勢識別可以檢測和讀取手指的運動軌跡，這在可變光照環境中更難工作，並且將比現有的紅外攝像機科技產生重大影響。 可靠的手勢控制可以取代機器上的按鈕，使設備更容易消毒。

總結

60ghz科技是無線互聯領域的一個熱門新方向。 除了當今市場上令人興奮的各種消費電子產品外，還有大量基於毫米波科技的工業應用。 60 GHz科技的突出優點，如低延遲、高頻寬和標準化介面，使其成為許多具有廣闊前景的工業應用的理想選擇。