CN111342222A - 透明天线设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透明天线设备，包括：透明介质层，所述透明介质层包括相背离的第一表面和第二表面；第一透明天线结构，设置在所述第一表面上，所述第一透明天线结构包括至少一个第一辐射单元和多个第一接收单元；第二透明天线结构，设置在所述第二表面上，所述第二透明天线结构包括至少一个第二辐射单元和多个第二接收单元。上述透明天线设备，透明介质层的两侧表面分别设置透明天线结构，两侧的透明天线的辐射单元和接收单元分别提供信号接收和辐射功能，使得信号能够有效地穿透透明介质层，从而应用于建筑物时，能够解决信号无法室内覆盖的问题。

Description

透明天线设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种透明天线设备。

背景技术

目前,使用20～30GHZ的特高频段的5G通信技术的应用日益广泛。然而，电磁波频率越高，波长越短，绕射能力越差，更容易被障碍物阻挡，导致出现5G信号室外与室内两重天的情况，甚至出现到室内5G信号就彻底消失的情况，导致5G很难完成对室内信号的有效覆盖。

发明内容

基于此，有必要针对通信信号很难完成对室内的有效覆盖的问题，提出一种透明天线设备。

一种透明天线设备，包括：透明介质层，所述透明介质层包括相背离的第一表面和第二表面；第一透明天线结构，设置在所述第一表面上，所述第一透明天线结构包括至少一个第一辐射单元和至少一个第一接收单元；第二透明天线结构，设置在所述第二表面上，所述第二透明天线结构包括至少一个第二辐射单元和至少一个第二接收单元。

上述透明天线设备，透明介质层的两侧表面分别设置透明天线结构，两侧的透明天线的辐射单元和接收单元分别提供信号接收和辐射功能，使得信号能够有效地穿透透明介质层，从而应用于建筑物时，能够解决信号无法室内覆盖的问题。

在其中一个实施例中，所述透明介质层为玻璃或透明聚合物层。透明天线设备可以制成透明天线模块，特别是玻璃天线模块，替换传统的车辆或建筑物的窗户玻璃，在实现窗户玻璃原有的透光功能的前提下，能够增强车内或室内的通信信号强度。

在其中一个实施例中，所述第一透明天线结构和第二透明天线结构均为金属网格天线。金属网格天线具有透光率高的优点，可在不影响玻璃透光性的情况下，有效解决室内5G信号弱的问题。

在其中一个实施例中，所述第一透明天线结构包括多个第一辐射单元和多个第一接收单元，所述第二透明天线结构包括多个第二辐射单元和多个第二接收单元，多个所述第一辐射单元和多个所述第一接收单元呈阵列设置，或沿平行于所述第一表面的方向直线排列；多个所述第二辐射单元和多个所述第二接收单元呈阵列设置，或沿平行于所述第二表面的方向直线排列。通过上述手段，当利用金属网格制备透明天线结构时，只需要金属材料蚀刻成对应的形状即可，或者网格状沟槽的形状与天线结构的形状对应即可。

在其中一个实施例中，每一所述第一辐射单元和一个所述第二接收单元的位置一一对应，构成多组的第一信号传递结构，每一所述第二辐射单元和一个所述第一接收单元的位置一一对应，构成的多组的第二信号传递结构。每个第一接收单元在透明介质层的另一侧有一个位置距其较近的第二辐射单元，二者构成信号馈送结构；每个第二接收单在透明介质层的另一侧有一个位置距其较近的第一辐射单元，二者构成信号馈送结构；使得透明天线设备具有较好的信号穿透效果。

在其中一个实施例中，所述第一信号传递结构中，所述第一辐射单元和第二接收单元在所述第一表面上的投影至少部分重合，所述第二信号传递结构中，所述第二辐射单元和第一接收单元在所述第一表面上的投影至少部分重合。第一信号传递结构中，第一接收单元和第二辐射单元在第一表面上的投影至少部分重合，这样二者垂直于第一表面的方向上距离较近，信号穿透效果较佳。第二信号传递结构中，第二接收单元和第一辐射单元在第一表面上的投影至少部分重合，这样二者垂直于第一表面的方向上距离较近，信号穿透效果较佳。

在其中一个实施例中，所述透明天线设备还包括通信控制单元，各所述辐射单元及接收单元均与通信控制单元连接。通信控制单元将接收单元接收到的信号通过对应的辐射单元发射出去，从而实现信号的传递。

在其中一个实施例中，所述透明天线设备还包括第一透明基底，所述第一透明基底贴合在所述第一表面上，所述第一透明天线结构形成于所述第一透明基底的靠近所述第一表面的表面上；所述透明天线设备还包括第二透明基底，所述第二透明基底贴合在所述第二表面上，所述第二透明天线结构形成于所述第二透明基底的靠近所述第二表面的表面上。将第一透明基底与第一天线结构提前制成一体，再贴合至第一表面；第二透明基底与第二天线结构提前制成一体，再贴合至第二表面；通过上述手段，提供了一种模块化组装透明天线设备的方式，提高了组装效率。并且，透明介质层也可以提前设置在窗户处，然后贴附第一透明基底和第二透明基底，使得透明天线设备的获得更为方便，应用更为灵活。

在其中一个实施例中，所述第一透明天线结构形成于所述第一表面上，且所述第一透明天线结构上覆盖有第一保护层；所述第二透明天线结构形成于所述第二表面上，且所述第二透明天线上覆盖有第二保护层。第一保护层将第一透明天线结构与外界隔离，避免第一透明天线结构轻易被损坏；第二保护层将第二透明天线结构与外界隔离，避免第二透明天线结构轻易被损坏。

在其中一个实施例中，所述第一保护层为光学胶层或防腐蚀层，所述第二保护层为光学胶层或防腐蚀层。光学胶层具有透明和透光的特点，保证了透明天线设备的透明度和透光性。防腐蚀层防止第一透明天线结构和第二透明天线结构受到腐蚀。

附图说明

图1为一实施例的透明天线设备的结构示意图。

图2为图1中A-A向的剖视图，且示意出了其工作原理。

图3为透明天线结构的网格示意图。

图4为图3所示的透明天线结构的一个网格的示意图。

图5为另一实施例的透明天线设备的剖视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“形成于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明的一实施例提出一种透明天线设备100，其可以应用于例如车辆或者建筑物的建筑区域，以改善车辆的内部空间中的电磁波环境，或者改善建筑物的室内电磁波环境，从而改善内部空间的通信信号。更具体的，透明天线设备100可以作为车辆的车窗的构成部分，或作为建筑物窗户的构成部分，以使其在应用时可以实现上述的改善内部电磁波环境的目的。

如图2所示，透明天线设备100包括透明介质层10、第一透明天线结构20和第二透明天线结构30。

透明介质层10包括相背离的第一表面110和第二表面120。第一透明天线结构20设置在第一表面110上。第二透明天线结构30设置在第二表面120上。其中，第一透明天线结构20可以直接形成在第一表面110上，也可是形成在其他的层结构上，然后该层结构与第一表面110相贴合。类似地，第二透明天线结构30可以直接形成在第二表面120上，也可是形成在其他的层结构上，然后该层结构与第二表面120相贴合。具体实施时，如图2所示，透明天线设备100还包括第一透明基底40和第二透明基底50，其中第一透明基底40贴合在第一表面110上，第二透明基底50贴合在第二表面120上。第一透明天线结构20形成于第一透明基底40的靠近第一表面110的表面。第二透明天线结构30形成于第二透明基底50的靠近第二表面120的表面。

如图1和图2所示，第一透明天线结构20为透明天线结构，具体实现的方式不限制。具体设置时，可以采用金属网格天线，包括多个第一接收单元210和多个第一辐射单元220。第一接收单元210配置为提供接收电磁波功能的设置(RX单元),第一辐射单元220配置为提供辐射电磁波功能的设置(TX单元)。第一辐射单元220和第一接收单元210分别具有用于控制各自的工作状态的射频开关230。

第二透明天线结构30也为透明天线结构。与第一透明天线结构20类似，第二透明天线结构30可以采用金属网格天线，包括多个第二接收单元310和多个第二辐射单元320。第二接收单元310配置为提供接收电磁波功能的设置(RX阵列),第二辐射单元320为配置为提供辐射电磁波功能的设置(TX单元)。第二接收单元310和第二辐射单元320分别具有用于控制各自的工作状态的射频开关(未图示)。

透明天线设备100用作车窗玻璃或建筑物玻璃时，第一透明天线结构20和第二透明天线结构30中的一个面向外界，另一个则面向车内或室内,具体哪一个面向外界不作限制。以透明天线设备100作为建筑物的房间玻璃，第一透明天线结构20面向室外，第二透明天线结构30面向室内为例，用户在室内使用室内终端200时，如图2所示，室内终端200接收室外基站300的信号1时，第一接收单元210接收室外基站300的信号1，通过第二辐射单元320向室内辐射信号1，从而使室外的信号穿透房间玻璃覆盖至室内，从而改善室内的电磁波信号。反之，当室内终端200向室外发送信号2时，第二接收单元310接收室内终端200的信号2，然后通过室外的第一辐射单元220将信号2传送给室外基站300。

透明天线设备100中，透明介质层10的两侧表面分别设置透明天线结构，两侧的透明天线的辐射单元和接收单元分别提供信号接收和辐射功能，使得信号能够有效地穿透透明介质层10，从而应用于建筑物的窗户玻璃时，能够解决对室内信号无法覆盖的问题。可以理解，当欲在室内覆盖的通信信号是5G信号时，第一透明天线结构20和第二透明天线结构30均应具备对20～30GHZ的特高频段的电磁波的接收或辐射传输能力。

透明介质层10包括玻璃，还可以是聚碳酸酯层(PC)或聚氯乙烯层(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等透明聚合物层。具体设置时，透明介质层10采用玻璃，使透明天线设备100为一个相背离的两侧表面均具有天线结构的玻璃模块，该玻璃模块可以制成车辆的车窗玻璃，或建筑物的窗户玻璃。也就是说，透明天线设备100可以制成透明天线模块，特别是制成玻璃天线模块，替换现有的车辆或建筑物的窗户玻璃，在实现窗户玻璃原有的透光功能的前提下，能够增强车内或室内的通信信号强度。

第一透明天线结构20和第二透明天线结构30的具体结构形式不限制。具体设置时，第一透明天线结构20和第二透明天线结构30均为金属网格天线。金属网格天线具有透光率高的优点，可在不影响玻璃透光性的情况下，解决室内5G信号弱的问题。如图3和图4所示，金属网格天线的金属网格60的形状为正方形，还可以是正多边形、异形网格等，本发明的实施例对此不作具体的限制。

具体设置时，金属网格天线的金属网格60的形状为如图4所示意的正方形。进一步地，还可以通过调整正方形的金属网格60的几何图形的边的长度L、相邻边之间的夹角角度A及金属网格线宽W，使金属网格60的开口率尽量大，开口率越大，则该金属网格天线的透光率就越高。本实施例中，利用下述公式计算金属网格天线透光率：透光率(OT)＝L*L/[(L+W)*(L+W)]，其中金属网格线宽W的尺寸一般控制在几个微米到几十微米之间。

金属网格天线的材质具有多种。具体实施时，金属网格60可以采用铜、银等低电阻率的金属材质来制作。如此，制得的金属网格天线整体的电阻低，满足天线低电阻的要求，使用时天线自身功耗损耗小。

当利用金属网格制备第一透明天线结构20和第二透明天线结构30时，金属网格60的形成方式不限制。以获得第一透明天线结构20为例进行说明。一种可能的实施方式中，可参考图2，第一透明基底40为硅铝酸盐玻璃或钙钠玻璃，直接在玻璃表面蚀刻出网格状沟槽，再向沟槽内填充导电金属以得到金属网格60。这样得到的第一透明天线结构20的表面与第一透明基底40的表面平齐，利用光学胶层70将具有第一透明基底40的第一透明基底40与透明介质层10相贴合时，与透明介质层10相贴合的表面为平面，无需刻意使用光学胶层找平，因此需要使用的光学胶层的厚度较小，利于实现透明天线设备的轻薄化。第二透明天线结构30的获取方式可以与第一透明天线结构20的获取方式相同，不再赘述。

在另一种可能的实施方式中，第一透明基底40为透光率高的PET基材，金属网格60的材质为铜。具体制作时，将铜箔设置在PET基材的表面，然后再利用黄光工艺，将铜箔蚀刻成具有一定形状的金属网格天线。此时得到附着在第一透明基底40的表面的第一透明天线结构20。第二透明天线结构30的获取方式可以与第一透明天线结构20的获取方式相同，不再赘述。

如图2所示，第一透明天线结构20的多个第一接收单元210和多个第一辐射单元220可以是沿一平行于第一表面110的方向排列，具体的多个RX单元、TX单元沿直线排列。多个第一接收单元210和多个第一辐射单元220还可以是各自阵列地设置第一表面110上，即多个第一接收单元210形成多行多排的RX阵列，多个第一辐射单元220形成多行多排的TX阵列。类似地，第二透明天线结构30的多个第二接收单元310和多个第二辐射单元320沿一平行于第一表面110的方向直线排列，还可以是阵列地设置第二表面120上。

通过上述手段，当利用金属网格制备透明天线结构时，只需要金属材料蚀刻成对应的形状即可，或者网格状沟槽的形状与天线结构的形状对应即可。具体设置时，第一透明天线结构20中，多个第一辐射单元220形成TX阵列区，多个第一接收单元210形成RX阵列区，TX阵列区在第一表面110上占据右半侧区域，RX阵列区第一表面110上占据左半侧区域。第二透明天线结构30的设置方式与第一透明天线结构20相同。

本实施例中，多个第一辐射单元220和多个第一接收单元210在第一表面110上各自所覆盖的区域的面积不限制。具体设置时，二者可以各占一半面积。同样，多个第二辐射单元320和多个第二接收单元310在第二表面120上各自所覆盖的区域的面积不限制。

如图2所示，为了更好地实现信号双向穿透透明介质层110的效果，一实施方式中，多个第一辐射单元220和多个第二接收单元310的位置对应，构成多组的第一信号传递结构，多个第二辐射单元320和多个第一接收单元210的位置一一对应，构成多组的第二信号传递结构。这样，每个第一接收单元210在透明介质层110的另一侧有一个位置距其较近的第二辐射单元320，二者构成信号馈送结构；每个第二接收单元310在透明介质层110的另一侧有一个位置距其较近的第一辐射单元220，二者构成信号馈送结构；使得透明天线设备100具有较好的信号穿透效果。

如图2所示，透明天线设备100还包括通信控制单元330，各接收单元及辐射单元均与通信控制单元330连接。通信控制单元330将接收单元接收到的信号通过对应的辐射单元发射出去，从而实现信号的传递。通信控制单元330可以是与透明天线设备100的其他元件即透明介质层10、第一透明基底40、第二透明基底50等集成在一起，还可以是独立的，在安装时安装到车辆或者建筑物的适合位置。

具体设置时，第一信号传递结构中，第一接收单元210和第二辐射单元320在第一表面110上的投影至少部分重合，这样二者垂直于第一表面110的方向上距离较近，信号穿透效果较佳。在其他的实施方式中，二者的投影也可以错开一定距离。第二信号传递结构中，第二接收单元310和第一辐射单元220在第一表面110上的投影至少部分重合，这样二者垂直于第一表面110的方向上距离较近，信号穿透效果较佳。在其他的实施方式中，二者的投影也可以错开一定距离。

如图2所示，第一透明基底40贴合在第一表面110上，第一透明天线结构20形成于第一透明基底40的靠近第一表面110的表面。具体的，第一透明基底40可以是PET、COP(Cyclo Olefin Polymer,环烯烃聚合物)、玻璃等材质，第一透明天线结构20直接形成在第一透明基底40的表面，即将第一透明基底40与第一天线结构20提前制成一体。然后第一透明基底40通过光学胶70粘结至第一表面110，即可使透明介质层10的一侧具有第一天线结构20。

第二透明基底50贴合在第二表面120上，第二透明天线结构30形成于第二透明基底50的靠近第二表面120的表面。具体的，第二透明基底50可以是PET、COP、玻璃等材质，第二透明天线结构30直接形成在第二透明基底50的表面，即将第二透明基底50与第二天线结构30提前制成一体。然后第二透明基底50通过光学胶70粘结至第二表面210，即可使透明介质层10的一侧具有第二天线结构30。

通过上述手段，提供了一种模块化组装透明天线设备100的方式，提高了组装效率。并且，透明介质层10可以提前设置在窗户处，然后贴附第一透明基底40和第二透明基底50，即透明天线设备100在应用时进行组装，使得透明天线设备100的获得更为方便，应用更为灵活。

在另一实施方式中，如图5所示，第一透明天线结构20形成于透明介质层10的第一表面110，且第一透明天线结构20上覆盖有第一保护层130。第一保护层130将第一透明天线结构20与外界隔离，避免第一透明天线结构20轻易被损坏。第二透明天线结构30形成于透明介质层10的第二表面120，且第二透明天线结构30上覆盖有第二保护层140。第二保护层30将第二透明天线结构20与外界隔离，避免第二透明天线结构30轻易被损坏。

具体设置时，第一保护层130和第二保护层140可以均为防腐蚀层，第一保护层130将第一透明天线结构20将第一透明天线结构20封装在第一表面110上；第二保护层140将第二透明天线结构30封装在第二表面120上，防止第一透明天线结构20受到腐蚀。第一保护层130和第二保护层140还可以是光学胶层，利用光学胶层将第一透明天线结构20封装在第一表面110上，将第二透明天线结构30封装在第二表面120上。光学胶层具有透明和透光的特点，保证了透明天线设备的透明度和透光性。

另外，具体设置时，还可以是第一保护层130和第二保护层140二者之一为防腐蚀层，二者之另一为光学胶层。透明天线设备100使用时，防腐蚀层面对室外以应对恶劣环境，光学胶层面对室内。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种透明天线设备，其特征在于，包括：

透明介质层，所述透明介质层包括相背离的第一表面和第二表面；

第一透明天线结构，设置在所述第一表面上，所述第一透明天线结构包括至少一个第一辐射单元和至少一个第一接收单元；

第二透明天线结构，设置在所述第二表面上，所述第二透明天线结构包括至少一个第二辐射单元和至少一个第二接收单元。

2.根据权利要求1所述的透明天线设备，其特征在于，所述透明介质层为玻璃或透明聚合物层。

3.根据权利要求1所述的透明天线设备，其特征在于，所述第一透明天线结构和第二透明天线结构均为金属网格天线。

4.根据权利要求3所述的透明天线设备，其特征在于，所述第一透明天线结构包括多个第一辐射单元和多个第一接收单元，所述第二透明天线结构包括多个第二辐射单元和多个第二接收单元，多个所述第一辐射单元和多个所述第一接收单元呈阵列设置，或沿平行于所述第一表面的方向直线排列；多个所述第二辐射单元和多个所述第二接收单元呈阵列设置，或沿平行于所述第二表面的方向直线排列。

5.根据权利要求4所述的透明天线设备，其特征在于，每一所述第一辐射单元和一个所述第二接收单元的位置一一对应，构成多组的第一信号传递结构，每一所述第二辐射单元和一个所述第一接收单元的位置一一对应，构成的多组的第二信号传递结构。

6.根据权利要求5所述的透明天线设备，其特征在于，所述第一信号传递结构中，所述第一辐射单元和第二接收单元在所述第一表面上的投影至少部分重合，所述第二信号传递结构中，所述第二辐射单元和第一接收单元在所述第一表面上的投影至少部分重合。

7.根据权利要求1所述的透明天线设备，其特征在于，所述透明天线设备还包括通信控制单元，各所述辐射单元及接收单元均与通信控制单元连接。

8.根据权利要求1所述的透明天线设备，其特征在于，所述透明天线设备还包括第一透明基底，所述第一透明基底贴合在所述第一表面上，所述第一透明天线结构形成于所述第一透明基底的靠近所述第一表面的表面上；所述透明天线设备还包括第二透明基底，所述第二透明基底贴合在所述第二表面上，所述第二透明天线结构形成于所述第二透明基底的靠近所述第二表面的表面上。

9.根据权利要求1所述的透明天线设备，其特征在于，所述第一透明天线结构形成于所述第一表面上，且所述第一透明天线结构上覆盖有第一保护层；所述第二透明天线结构形成于所述第二表面上，且所述第二透明天线结构上覆盖有第二保护层。

10.根据权利要求9所述的透明天线设备，其特征在于，所述第一保护层为光学胶层或防腐蚀层，所述第二保护层为光学胶层或防腐蚀层。

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