CN109713442A - 一种天线及其制备方法、透明窗 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线技术领域，公开一种天线及其制备方法、透明窗。天线包括透明基底，以及位于所述透明基底上的透明导电薄膜，其中：所述透明导电薄膜包含相对称的第一图案和第二图案，所述第一图案具有第一馈电点、且向所述第一馈电点远离所述第二图案的一侧延伸，所述第二图案具有第二馈电点、且向所述第二馈电点远离所述第一图案的一侧延伸；沿远离所述第一馈电点的方向上，所述第一图案的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向上，所述第二图案的宽度逐渐变大。上述天线，具有光透明的特性和宽带阻抗特性，可以适用于多种领域。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线及其制备方法、透明窗。
背景技术
目前，常规天线的辐射体和馈线均采用导电性能较好的金属材料制备，都不具备透光性能；自2000年后，采用透明铟锡氧化物薄膜(Indium Tin Oxide film，ITO film)制备薄膜天线的理论提出后，一些科学家对于透明导电薄膜天线做了一些实验研究，但是结果并不理想，主要原因是这一类天线的频带较窄，很难实现宽频带发射。
发明内容
本发明公开了一种天线及其制备方法、透明窗，目的是提供一种同时具有光透明和超宽带特性的薄膜天线。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种天线，包括透明基底，以及位于所述透明基底上的透明导电薄膜，其中：
所述透明导电薄膜包含相对称的第一图案和第二图案，所述第一图案具有第一馈电点、且向所述第一馈电点远离所述第二图案的一侧延伸，所述第二图案具有第二馈电点、且向所述第二馈电点远离所述第一图案的一侧延伸；沿远离所述第一馈电点的方向上，所述第一图案的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向上，所述第二图案的宽度逐渐变大。
上述天线，通过透明导电薄膜形成第一图案和第二图案以作为天线电极，且天线的基底采用透明材料，从而该天线具有光透明的特性；并且，上述天线中，第一图案和第二图案对称设置并从馈电点一端相互远离且尺寸逐渐变大，从而具有宽带阻抗特性，即具有宽带工作的能力。因此，上述天线是一种具有光透明特性和超宽带特性的薄膜天线，可以适用于多种领域。
可选的，所述第一图案和第二图案为等腰直角三角形，所述第一馈电点和第二馈电点为等腰直角三角形的顶点。
可选的，所述第一图案从顶点至斜边的距离为10mm-100mm；所述第二图案从顶点至斜边的距离为10mm-100mm；所述第一馈电点和所述第二馈电点之间的距离为0.1mm-10mm。
可选的，所述天线还包括第一馈线和第二馈线；所述第一馈线的第一端通过第一馈电点与第一图案连接，所述第二馈线的第一端通过第二馈电点与第二图案连接，所述第一馈线和第二馈线是对称图形，沿远离所述第一馈电点的方向所述第一馈线的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向所述第二馈线的宽度逐渐变大。
可选的，所述第一馈线和第二馈线的形状为直角三角形，且所述第一馈线的一条直角边和所述第二馈线的一条直角边相邻设置。
可选的，所述第一馈线远离所述第一馈电点的一端的宽度为5mm-15mm；所述第二馈线远离所述第二馈电点的一端的宽度为5mm-15mm。
可选的，所述第一馈线和第二馈线为所述透明导电薄膜的图案；所述天线还包括第一金属部和第二金属部，所述第一馈线远离所述第一馈电点的一端与所述第一金属部电连接，所述第二馈线远离所述第二馈电点的一端与所述第二金属部电连接。
可选的，所述天线的发射频段为800MHz-6GHz。
可选的，所述透明导电薄膜为铟锡氧化物薄膜。
可选的，所述透明导电薄膜的表面电阻小于10欧姆。
可选的，所述透明导电薄膜的厚度为300nm-800nm。
可选的，所述基底为玻璃。
一种透明窗，包含上述任一技术方案所述的天线。
一种天线的制备方法，包括以下步骤：
在透明基底上涂覆透明导电薄膜；
利用构图工艺形成第一图案和第二图案；所述第一图案具有第一馈电点、且向所述第一馈电点远离所述第二图案的一侧延伸，所述第二图案具有第二馈电点、且向所述第二馈电点远离所述第一图案的一侧延伸；沿远离所述第一馈电点的方向上，所述第一图案的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向上，所述第二图案的宽度逐渐变大。
可选的，利用构图工艺形成第一图案和第二图案图形的同时，还形成了第一馈线和第二馈线的图形；所述第一馈线的第一端通过第一馈电点与第一图案连接，所述第二馈线的第一端通过第二馈电点与第二图案连接，所述第一馈线和第二馈线是对称图形，沿远离所述第一馈电点的方向所述第一馈线的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向所述第二馈线的宽度逐渐变大。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
图2为图1中的天线沿A-A截面的示意图；
图3为图1中的天线沿B-B截面的示意图；
图4为本发明另一实施例提供的一种天线的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种天线在800MHz-6GHz频段内的S11曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种天线在0.9GHz时的E面方向图；
图7为本发明实施例提供的一种天线在0.9GHz时的H面方向图；
图8为本发明实施例提供的一种天线在2.4GHz时的E面方向图；
图9为本发明实施例提供的一种天线在2.4GHz时的H面方向图；
图10为本发明实施例提供的一种天线在4.7GHz时的E面方向图；
图11为本发明实施例提供的一种天线在4.7GHz时的H面方向图；
图12为本发明实施例提供的一种天线的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种天线，包括透明基底1，以及位于透明基底1上的透明导电薄膜，其中：
透明导电薄膜包含相对称的第一图案21和第二图案22，第一图案21具有第一馈电点210、且向第一馈电点210远离第二图案22的一侧延伸，第二图案22具有第二馈电点220、且向第二馈电点220远离第一图案21的一侧延伸；沿远离第一馈电点210的方向上，第一图案21的宽度逐渐变大，沿远离第二馈电点220的方向上，第二图案22的宽度逐渐变大。上述天线，通过透明导电薄膜形成第一图案21和第二图案22、以作为天线电极2，且天线的基底1采用透明材料，从而该天线具有光透明的特性；并且，上述天线中，第一图案21和第二图案22对称设置并从馈电点一端相互远离且尺寸逐渐变大，从而具有宽带阻抗特性，即具有宽带工作的能力。因此，上述天线是一种具有光透明特性和超宽带特性的薄膜天线，可以适用于多种领域。
一种具体的实施例中，第一图案21和第二图案22可以为等腰三角形，第一馈电点210和第二馈电点220为等腰三角形的顶点，且第一图案21和第二图案22对称设置呈领结状。
可选的，第一图案21和第二图案22可以为等腰直角三角形。从而，第一图案21和第二图案22以及它们之间的部分形状相同，通过旋转90度可以相互转换，从而形成典型的自互补天线形式，因此，该天线可以具有较高的宽带工作能力。
另一种具体的实施例中，第一图案21和第二图案22也可以是扇形，或者，第一图案21和第二图案22也可以是半椭圆形。
一种具体的实施例中，第一馈电点210和第二馈电点220之间的距离d决定了天线工作频段的高端频率，而天线工作频段的低端频率则主要取决于第一图案21和第二图案22的尺寸。
具体的，天线的臂长是决定天线低端频率的重要参数，天线臂越长，天线低频覆盖性能越好，本申请中，天线的臂长是第一图案21和第二图案22中每个图案的长度，即从馈电点至远离馈电点一端的长度，当第一图案21和第二图案22为等腰三角形时，该臂长即为三角形由顶点至斜边上的高；进一步的，天线的臂长与低端频率波长的关系由下式给出：L＝γ/4((L-97.82)/Z)，式中L为臂长；γ为天线低端频率波长；Z为天线的特性阻抗，可由下式计算：Z＝120lncot(θ/4)，其中θ为天线馈电点一端的张角，一般为60-90度，此处的天线具有较好的辐射效率，当第一图案21和第二图案22为等腰直角三角形时，θ即为90度。
可选的，本申请中，天线的臂长可以为10mm-100mm；即，第一图案21从第一馈电点210至远离第一馈电点210一端的长度为10mm-100mm，第二图案22从第二馈电点220至远离第二馈电点220一端的长度为10mm-100mm；并且，本申请中，第一馈电点210和第二馈电点220之间的距离d可以为0.1mm-10mm。
例如，当第一图案21和第二图案22为等腰直角三角形，天线的臂长即三角形斜边上的高，可以为62mm，第一馈电点210和第二馈电点220之间的距离可以为0.1mm时，本发明实施例天线的发射频段大概为800MHz-6GHz。
如图1-图4所示，一种具体的实施例，本发明提供的天线，还包括第一馈线31和第二馈线32；第一馈线31的第一端通过第一馈电点210与第一图案21连接，第二馈线32的第一端通过第二馈电点220与第二图案22连接，第一馈线31和第二馈线32是对称图形，沿远离第一馈电点210的方向第一馈线31的宽度逐渐变大，沿远离第二馈电点220的方向第二馈线32的宽度逐渐变大。
具体的，第一馈线31和第二馈线32为透明导电薄膜的图案；即，除了天线电极2的图形，透明导电薄膜还可以包括两根馈线的图形；该两根馈线分别与第一图案21和第二图案22连接，每根馈线的一端和馈电点连接、且沿远离馈电点的方向上宽度逐渐变大。
由于透明导电薄膜难以进行打孔和焊接，因此垂直式底部馈电模式较难实现，而采用薄膜双线馈电模式，可以使得天线电极2和馈线都保持在同一个平面内，从而能够满足现有加工工艺要求；并且，通过宽度渐变的馈电双线，可以使第一图案21和第二图案22顶点处所呈现出的高天线输入阻抗，与后端射频电缆良好匹配，从而可以在超宽带内保持天线辐射方向图特性稳定，并且实现功率最大传输的特性。
可选的，第一馈线31远离第一馈电点210的第二端的宽度为5mm-15mm；第二馈线32远离第二馈电点220的第二端的宽度为5mm-15mm。
一种具体的实施例，天线还包括第一金属部41和第二金属部42，第一馈线31远离第一馈电点210的第二端与第一金属部41电连接，第二馈线32远离第二馈电点220的第二端与第二金属部42电连接。每根馈线(第一馈线和第二馈线)通过金属部(第一金属部和第二金属部)来实现射频连接，可以实现良好的射频能量传输，提高传输功率。
可选的，第一金属部41和第二金属部42的材料为铜。
如图1和图4所示，一种具体的实施例中，第一馈线31远离第一馈电点210的一端以及第二馈线32远离第二馈电点220的一端均可以延伸至基底1的边缘，进而，第一金属部41和第二金属部42位于基底1的边缘，可以方便射频信号的连接。
具体的，本发明提供的天线包括安装于基底1的边缘、分别与第一金属部41和第二金属部42连接的射频电缆接头。
射频电缆接头固定于基底1边缘，可以具有较好的稳定性，进而与馈线的连接稳定性也较高。
可选的，射频电缆接头与第一金属部41和第二金属部42之间焊接。
一种具体的实施例中，透明导电薄膜可以为金属网格、铟锡氧化物薄膜(ITO)或者两者的组合，具体的，为ITO。
可选的，透明导电薄膜的表面电阻小于10欧姆，这样可以使得透明导电薄膜能够有效辐射和接收电磁波。
进一步可选的，透明导电薄膜的厚度可以为300nm-800nm，例如，可以为500nm。
一种具体的实施例中，基底1可以采用玻璃。可选的，玻璃的介电常数εr可以为8-15，厚度可以为0.1mm-20mm。这样可以保证天线具有较好的辐射效率。
另外，本发明还对上述实施例提供的天线的射频能量传输和辐射性能进行了分析。
图5为本发明实施例的天线在800MHz-6GHz频段内的S11曲线图，S11表示天线的反射系数，即有多少射频能量被反射回来了，被反射回来的能量越少表示射频能量传输效率越高。一般，要求S11小于-10dB或-15dB，从图5可以看出，本发明实施例的天线在800MHz-6GHz的工作频段(Frequency)内，S11都是小于-15dB的，即能量传输效率较高，性能优异。
图6-图11是天线的辐射方向图，辐射方向图代表了天线向自由空间中辐射电磁波的选择性，即向哪些方向上辐射强，哪些方向辐射弱；具体的，图6-图11提供了三个频段共六个辐射方向图，其中每个频段给出相互垂直的两个平面(E面和H面)的辐射方向图，这是评估天线方向图的通用方法。从图6-图11的方向图可以看出，在0度和180度附近，大概120度附近范围内，0.9GHz、2.4GHz、4.7GHz三个频段的辐射增益均比较大，由此可以得出，本发明实施例的天线在各工作频段内，基底1正前方和正后方的辐射都很大，并且这个辐射角度可以达到120度左右，从而可以看出，本发明实施例的天线辐射性能很好。
如图4所示，在上述各实施例的基础上，一种具体的实施例中，第一图案21和第二图案22的边沿还可以设置有纳米金属线5。
由于金属的电导率一般比透明导电薄膜的导电率好，因此，在第一图案21和第二图案22边缘设置纳米金属线5，可以提高能量传输和辐射的效率。另外，由于纳米金属线非常细、且仅在边缘附着，因此，对天线的透过率影响非常小，且工艺简单成本低。
通过分析，当第一图案21和第二图案22为等腰三角形时，在第一图案21和第二图案22的两个腰附近电流密度最大，此时，纳米金属线5可以设置在第一图案21和第二图案22的两个腰上，在此处附着纳米金属线5对能量传输和辐射改善效果最好，天线增益最显著。
当然，对于其他形状的第一图案21和第二图案22，也可以通过分析获得其电流分布，然后在电流分布密度较大的区域布置金属材料，如可以在电流分布密度较大的区域设置金属网格。
如图4所示，一种具体的实施例中，第一馈线31和第二馈线32的边沿也可以附着纳米金属线5。
通过采用纳米金属线在馈线边缘处进行金属附着，可以提高射频传输效率，进而提高天线增益。
本发明实施例还提供了一种透明窗，该透明窗包括上述任一实施例中的天线，具体可以采用上述天线作为窗体。由于上述天线为在透明基底1上形成的透明薄膜天线，因此可以直接把基底1作为窗体结构，或者说是将薄膜天线直接制作于透明窗玻璃上。
另外，如图12所示，本发明实施例还提供了一种天线的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤101，在透明基底上涂覆透明导电薄膜；
步骤102，利用构图工艺形成第一图案21和第二图案22；第一图案21具有第一馈电点210、且向第一馈电点210远离第二图案22的一侧延伸，第二图案22具有第二馈电点220、且向第二馈电点220远离第一图案21的一侧延伸；沿远离第一馈电点210的方向上，第一图案21的宽度逐渐变大，沿远离第二馈电点220的方向上，第二图案22的宽度逐渐变大。具体的，本申请中涉及的构图工艺，是指采用光刻胶涂覆、曝光、刻蚀、显影等工艺中的一种或几种形成结构图形的过程。
上述天线，通过透明导电薄膜作为天线电极2，且天线的基底1采用透明材料，从而可以使天线具有光透明的特性；并且，上述天线电极2中，第一图案21和第二图案22对称设置且沿远离馈电点的方向上尺寸逐渐变大，因此，该天线具有宽带阻抗特性，即具有宽带工作的能力。综上，上述天线是一种具有光透明特性和超宽带特性的薄膜天线，可以适用于多种领域。
一种具体的实施例中，如图1和图4所示，利用构图工艺形成第一图案21和第二图案22的同时，还形成了第一馈线31和第二馈线32的图形；第一馈线31的第一端通过第一馈电点210与第一图案21连接，第二馈线32的第一端通过第二馈电点220与第二图案22连接，第一馈线31和第二馈线32是对称图形，沿远离第一馈电点210的方向第一馈线31的宽度逐渐变大，沿远离第二馈电点220的方向第二馈线32的宽度逐渐变大。
由于透明导电薄膜难以进行打孔和焊接，因此垂直式底部馈电模式较难实现，而采用薄膜双线馈电模式，可以使得天线电极2和馈线都保持在同一个平面内，从而能够满足现有加工工艺要求；并且，通过宽度渐变的馈电双线，可以使第一图案21和第二图案22顶点处所呈现出的高天线输入阻抗，与后端射频电缆良好匹配，从而可以在超宽带内保持天线辐射方向图特性稳定，并且实现功率最大传输的特性。
一种具体的实施例中，本发明实施例提供的天线制备方法，还可以包括以下步骤：
如图4所示，在每根馈线的远离馈电点的一端镀上金属部，如第一金属部41和第二金属部42。可选的，金属部可以为铜片。
具体的，每根馈线通过其上附着的金属部可以实现与射频电缆接头的焊接，从而可以实现良好的射频能量传输，提高传输功率。
一种具体的实施例中，本发明实施例提供的天线制备方法，还可以包括以下步骤：
如图4所示，沿第一图案21和第二图案22的边沿形成纳米金属线5，如可以采用纳米沉积工艺进行附着。
可选的，当第一图案21和第二图案22为等腰三角形时，具体在第一图案21和第二图案22的两个腰处附着纳米金属线5。
进一步的，本发明实施例提供的天线制备方法，还可以包括以下步骤：
如图4所示，沿第一馈线31和第二馈线32的边沿形成纳米金属线5。
通过采用纳米金属线5在馈线边缘处进行金属附着，可以提高射频传输效率，进而提高天线增益。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种天线，其特征在于，包括透明基底，以及位于所述透明基底上的透明导电薄膜，其中：
所述透明导电薄膜包含相对称的第一图案和第二图案，所述第一图案具有第一馈电点、且向所述第一馈电点远离所述第二图案的一侧延伸，所述第二图案具有第二馈电点、且向所述第二馈电点远离所述第一图案的一侧延伸；沿远离所述第一馈电点的方向上，所述第一图案的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向上，所述第二图案的宽度逐渐变大。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一图案和第二图案为等腰直角三角形，所述第一馈电点和第二馈电点为等腰直角三角形的顶点。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一图案从顶点至斜边的距离为10mm-100mm；所述第二图案从顶点至斜边的距离为10mm-100mm；所述第一馈电点和所述第二馈电点之间的距离为0.1mm-10mm。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括第一馈线和第二馈线；所述第一馈线的第一端通过第一馈电点与第一图案连接，所述第二馈线的第一端通过第二馈电点与第二图案连接，所述第一馈线和第二馈线是对称图形，沿远离所述第一馈电点的方向所述第一馈线的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向所述第二馈线的宽度逐渐变大。
5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一馈线和第二馈线的形状为直角三角形，且所述第一馈线的一条直角边和所述第二馈线的一条直角边相邻设置。
6.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一馈线远离所述第一馈电点的一端的宽度为5mm-15mm；所述第二馈线远离所述第二馈电点的一端的宽度为5mm-15mm。
7.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一馈线和第二馈线为所述透明导电薄膜的图案；所述天线还包括第一金属部和第二金属部，所述第一馈线远离所述第一馈电点的一端与所述第一金属部电连接，所述第二馈线远离所述第二馈电点的一端与所述第二金属部电连接。
8.如权利要求1-7任一项所述的天线，其特征在于，所述天线的发射频段为800MHz-6GHz。
9.如权利要求1-7任一项所述的天线，其特征在于，所述透明导电薄膜为铟锡氧化物薄膜。
10.如权利要求1-7任一项所述的天线，其特征在于，所述透明导电薄膜的表面电阻小于10欧姆。
11.如权利要求1-7任一项所述的天线，其特征在于，所述透明导电薄膜的厚度为300nm-800nm。
12.如权利要求1-7任一项所述的天线，其特征在于，所述基底为玻璃。
13.一种透明窗，其特征在于，所述透明窗包含权利要求1-12任一项所述的天线。
14.一种天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在透明基底上涂覆透明导电薄膜；
利用构图工艺形成第一图案和第二图案；所述第一图案具有第一馈电点、且向所述第一馈电点远离所述第二图案的一侧延伸，所述第二图案具有第二馈电点、且向所述第二馈电点远离所述第一图案的一侧延伸；沿远离所述第一馈电点的方向上，所述第一图案的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向上，所述第二图案的宽度逐渐变大。
15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，利用构图工艺形成第一图案和第二图案的同时，还形成了第一馈线和第二馈线的图形；所述第一馈线的第一端通过第一馈电点与第一图案连接，所述第二馈线的第一端通过第二馈电点与第二图案连接，所述第一馈线和第二馈线是对称图形，沿远离所述第一馈电点的方向所述第一馈线的宽度逐渐变大，沿远离所述第二馈电点的方向所述第二馈线的宽度逐渐变大。
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