CN112952370A - 透明双频双极化小型天线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透明双频双极化小型天线及其制备方法，该天线自上而下包括：上层介质基板、微带辐射贴片、下层介质基板、地面辐射贴片，以及侧馈微带线；微带辐射贴片为矩形且四个边对应开设有第一矩形槽；上层介质基板与下层介质基板对应一角向上弯折挖孔形成两个突出尖角；且上层介质基板形成突出尖角的一侧开设有第二矩形槽，第二矩形槽的一端与微带辐射贴片的一角连接；地面辐射贴片的一角与下层介质基板的两个突出尖角形成互补；侧馈微带线的一角与微带辐射贴片的一角连接且能与第二矩形槽的位置对应。该天线使用角馈及矩形槽形成双频双线极化特性，结构简单，便于制作，具有透光性。

Description

透明双频双极化小型天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，是一种透明双频双极化小型天线及其制备方法。

背景技术

双极化天线是指能够发射或接收两个正交极化电磁波的天线。双极化天线有便于实现极化分集、收发一体化等优点，可对抗多径衰落的影响，减少通信系统中天线的数量，有很强的实用性，因此双极化天线的结构引起研究人员的关注。透明天线这个想法在铟锡氧化物(ITO)薄膜出现后得到了实践，其具有高透光性、隐蔽、便于集成的优点，在太阳能电池、可穿戴设备、汽车玻璃等领域有广泛的应用前景。

双极化天线有偶极子天线、微带贴片天线、缝隙天线等多种类型，将其与透明天线相结合时应选择便于制作的结构，双极化微带贴片天线是一种适用于工程的双极化天线形式。传统的微带贴片天线实现双极化的方式较多，如L型探针馈电、边馈、角馈、混合馈电等，这些方法均需设置两个馈电端口，结构较为复杂，制作不便。单端口微带贴片天线的实现有很大的应用需求，一般采用基于开槽加载技术的微带天线，通过在微带天线上设置不同形状的开槽及加载不同形状的枝节实现双极化，但该种结构辐射方向易偏移，且尺寸较大。矩形微带天线并行角馈的馈电点在对角线，只需一个馈电端口可激励两个不同频率的简并模，再通过开矩形对称槽调控可实现双极化，结构较为简单。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种透明双频双极化小型天线，该结构简单，具有透光性，可用于移动通信、导航、雷达探测等领域。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种透明双频双极化小型天线，自上而下包括：上层介质基板、微带辐射贴片、下层介质基板、地面辐射贴片，以及侧馈微带线；其中，

所述微带辐射贴片为矩形且其四个边分别对应开设有第一矩形槽，相对边上的所述第一矩形槽大小相同；

所述上层介质基板与所述下层介质基板对应一角向上弯折挖孔形成两个突出尖角；且所述上层介质基板形成突出尖角的一侧开设有第二矩形槽，所述第二矩形槽的一端与所述微带辐射贴片的一角连接；

所述地面辐射贴片的一角与所述下层介质基板的两个突出尖角形成互补；

所述侧馈微带线的一端与所述微带辐射贴片的一角连接且能与所述第二矩形槽的位置对应。

进一步地，还包括SMA接头，所述SMA接头的探针与所述侧馈微带线连接，所述侧馈微带线与所述地面辐射贴片通过所述SMA接头相连使用并行角馈结构馈电。

进一步地，所述上层介质基板与所述下层介质基板的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、透明玻璃中的一个或多个。

所述上层介质基板与所述下层介质基板采用透明玻璃制成，所述透明玻璃的介电常数为3，厚度为3mm。

进一步地，所述微带辐射贴片、所述侧馈微带线、所述地面辐射贴片均为透明导电材料。

进一步地，所述透明导电材料包括铟锡氧化物薄膜、透明金属网格薄膜、石墨烯薄膜中的一个或多个。

进一步地，所述微带辐射贴片、所述侧馈微带线、所述地面辐射贴片采用透明金属网格薄膜制成，所透明金属网格薄膜其透明度超过70％，方阻为0.1Ω/sq，厚度为0.175mm。

进一步地，所述透明双频双极化小型天线工作频段为1900-2300MHz。

本发明的目的之二在于提供一种上述目的之一的透明双频双极化小型天线的制备方法，该方法能制备出具有透光性的双频双极化小型天线。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种透明双频双极化小型天线的制备方法，包括以下步骤：

在透明金属网格膜上制备侧馈微带线、矩形的微带辐射贴片、地面辐射贴片；其中，所述侧馈微带线与所述微带辐射贴片在同一片透明网格膜上一起制备，且所述侧馈微带线的一端与所述微带辐射贴片的一角连接；

预先制备上层介质基板与下层介质基板；

在所述上层介质基板、所述微带辐射贴片、所述下层介质基板、所述地面辐射贴片中间涂抹光学胶，通过覆膜机挤压出多余光学胶及空气，经过紫外灯的照射，使得光学胶固化，形成自上而下为上层介质基板、微带辐射贴片、下层介质基板、地面辐射贴片的结构。

与现有技术对比，本发明具有以下优点和效果：

本发明公开了一种透明双频双极化小型天线，其采用透明基板材料及透明导电薄膜制成，结构简单，便于制作，具有透光性，进一步地，该天线的微带辐射贴片为矩形，长宽尺寸不同，可产生两个不同频率极化正交的简并模，再通过对矩形辐射贴片上两组矩形对称槽尺寸设置调节双极化辐射，使得天线工作于双频双极化模式；馈电方式为微带线并行角馈结构，具有简单、易于制作的优点，调整侧馈微带线的位置及宽度获得阻抗匹配，使得该天线可用于移动通信、导航、雷达探测等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的一种透明双频双极化小型天线的一实施例的整体结构示意图；

图2(a)是俯视图；

图2(b)是底视图；

图2(c)是侧视图；

图3为图1中透明双频双极化小型天线的回波损耗图像；

图4(a)为本发明中的透明双频双极化小型天线低频段中心频率f₀₁＝1995MHz处辐射特性仿真三维增益方向图；

图4(b)为本发明中的透明双频双极化小型天线低频段中心频率f₀₁＝1995MHz处辐射特性仿真三维轴比方向图；

图4(c)为本发明中的透明双频双极化小型天线低频段中心频率f₀₁＝1995MHz处辐射特性仿真xoz面的增益方向图；

图4(d)为本发明中的透明双频双极化小型天线低频段中心频率f₀₁＝1995MHz处辐射特性仿真xoz面的轴比方向图；

图4(e)为本发明中的透明双频双极化小型天线低频段中心频率f₀₁＝1995MHz处辐射特性仿真yoz面的增益方向图；

图4(f)为本发明中的透明双频双极化小型天线低频段中心频率f₀₁＝1995MHz处辐射特性仿真yoz面的轴比方向图；

图5(a)为本发明中的透明双频双极化小型天线高频段中心频率f₀₂＝2185MHz处辐射特性仿真三维增益方向图；

图5(b)为本发明中的透明双频双极化小型天线高频段中心频率f₀₂＝2185MHz处辐射特性仿真三维轴比方向图；

图5(c)为本发明中的透明双频双极化小型天线高频段中心频率f₀₂＝2185MHz处辐射特性仿真xoz面的增益方向图；

图5(d)为本发明中的透明双频双极化小型天线高频段中心频率f₀₂＝2185MHz处辐射特性仿真xoz面的轴比方向图；

图5(e)为本发明中的透明双频双极化小型天线高频段中心频率f₀₂＝2185MHz处辐射特性仿真yoz面的增益方向图；

图5(f)为本发明中的透明双频双极化小型天线高频段中心频率f₀₂＝2185MHz处辐射特性仿真yoz面的轴比方向图。

附图标记：1为上层介质基板，2为微带辐射贴片，3为侧馈微带线，4为下层介质基板，5为地面辐射贴片，6为SMA接头

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

需要注意，本文中的公式中的代表式下标如不做额外解释，均只作为区分，不代表其他释义。

实施例1

参考图1，为本发明一种透明双频双极化小型天线的结构示意图，以及图2(a)-图2(c)，该天线自上而下包括：上层介质基板1、微带辐射贴片2、侧馈微带线3、下层介质基板4、地面辐射贴片5，以及SMA接头6；其中，

微带辐射贴片2为矩形且微带辐射贴片的四个边对应开设有4个第一矩形槽；其中，微带辐射贴片2两两对应边上的第一矩形槽大小相同；

上层介质基板1与下层介质基板4对应一角向上弯折挖孔形成两个突出尖角；且上层介质基板形成突出尖角的一侧开设有第二矩形槽，第二矩形槽的一端与微带辐射贴片2的一角连接；

地面辐射贴片2的一角与下层介质基板的两个突出尖角形成互补；

侧馈微带线3的一端与微带辐射贴片的一角连接且能与第二矩形槽的位置对应。

SMA接头6的探针与侧馈微带线3连接，侧馈微带线与地面辐射贴片通过SMA接头相连使用并行角馈结构馈电。

本实施例中，上层介质基板1与下层介质基板4可采用透明基板材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、透明玻璃等制成。在实施例中，该天线采用透明玻璃制成，且其介电常数为3，厚度为3mm(该上下层介质层也可采用工作频段在1900-2300MHz范围内，具有稳定介电常数的其他透明基板材料，其厚度由天线工作频段及尺寸决定)，该下层介质基板4作用为支撑天线，绝缘即防止两辐射层的直接电接触，上层介质基板1可起到保护天线结构及小型化的作用；上层介质基板1与下层介质基板4的形状由标准的矩形变为如图1所示的不规则形，且上层介质基板1与侧馈微带线3对应的地方应开槽，便于侧馈微带线3的设计、SMA接头6的连接及后续封装。

优选地，微带辐射贴2、侧馈微带线3及地面辐射贴片可采用透明导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)薄膜、透明金属网格薄膜、石墨烯薄膜等制成；一具体实施例中，该天线采用透明金属网格薄膜制成，且其透明度超过70％，方阻为0.1Ω/sq，厚度为0.175mm(辐射贴片也可采用透明度较高，方阻较小的其他透明导电材料制成，且其厚度应尽可能小)。

进一步地，本实施例中的透明双频双极化小型天线的工作频率为1900-2300MHz。

具体地，本实施例中还提供一种制作上述天线的方法：微带辐射贴片、侧馈微带线可在一份透明金属网格薄膜上制备，辐射贴片制备采用丝网印刷技术，使用油墨覆盖并保护所需图案，在溶液中刻蚀掉其他部分，清理油墨即可获得所需图案；本实施例中该天线的制作需将已制备好的辐射贴片与上下层介质基板进行粘合。具体地，在辐射贴片与介质基板中间涂抹光学胶，通过覆膜机挤压出多余光学胶及空气，经过紫外灯的照射，使得光学胶固化以固定辐射贴片及介质基板(光学胶固化前后均为透明)。多次进行相同步骤即可制备得到该透明双频双极化小型天线，再将SMA端口一端与侧馈微带线相连，另一端与地面辐射贴片相连，外接电源即可对天线进行馈电。

实施例2

基于实施例1中体现，本实施例中设计了一个透明双频双极化小型天线，采用全波电磁仿真软件对该天线进行了性能仿真，仿真实验结果验证了本发明所提出的采用并行角馈实现双频双极化天线的可行性和有效性。

具体地，通过在矩形微带贴片上开两对对称矩形槽调节并采用并行角馈结构，可产生两个不同频率极化正交的简并模，实现双频双极化，结构较为简单，通过矩形微带贴片上的开槽以及上层介质基板的使用，使得天线小型化；获得的天线低频段1980-2010MHz及高频段2170-2200MHz的回波损耗如图3所示，图中可知，本发明中小型化及并行角馈结构的应用使得天线的回波损耗略大，但仍能满足天线的性能；且别于传统天线中两个馈电端口形成双圆极化特性，本发明中使用角馈及矩形槽形成双线极化特性，尺寸小、结构简单、制作方便。

图4(a)-图4(f)及图5(a)-图5(f)分别为在低频段中心频率f₀₁＝1995MHz及高频段中心频率f₀₂＝2185MHz时的天线增益及轴比方向图的仿真结果，f₀₁＝1995MHz时天线的增益为0.23dB，f₀₂＝2185MHz时天线的增益为2.22dB，且低频段和高频段均为线极化，这些图表征了该天线的辐射特性，证明本发明中的透明双频双极化小型天线辐射性能良好，轴比和增益均较好。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种透明双频双极化小型天线，其特征在于，自上而下包括：上层介质基板、微带辐射贴片、下层介质基板、地面辐射贴片，以及侧馈微带线；其中，

所述微带辐射贴片为矩形且其四个边分别对应开设有第一矩形槽，相对边上的所述第一矩形槽大小相同；

所述上层介质基板与所述下层介质基板对应一角向上弯折挖孔形成两个突出尖角；且所述上层介质基板形成突出尖角的一侧开设有第二矩形槽，所述第二矩形槽的一端与所述微带辐射贴片的一角连接；

所述地面辐射贴片的一角与所述下层介质基板的两个突出尖角形成互补；

所述侧馈微带线的一端与所述微带辐射贴片的一角连接且能与所述第二矩形槽的位置对应。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括SMA接头，所述SMA接头的探针与所述侧馈微带线连接，所述侧馈微带线与所述地面辐射贴片通过所述SMA接头相连使用并行角馈结构馈电。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述上层介质基板与所述下层介质基板的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、透明玻璃中的一个或多个。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述上层介质基板与所述下层介质基板采用透明玻璃制成，所述透明玻璃的介电常数为3，厚度为3mm。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带辐射贴片、所述侧馈微带线、所述地面辐射贴片均为透明导电材料。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述透明导电材料包括铟锡氧化物薄膜、透明金属网格薄膜、石墨烯薄膜中的一个或多个。

7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述微带辐射贴片、所述侧馈微带线、所述地面辐射贴片采用透明金属网格薄膜制成，所透明金属网格薄膜其透明度超过70％，方阻为0.1Ω/sq，厚度为0.175mm。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述透明双频双极化小型天线工作频段为1900-2300MHz。

9.一种如权利要求1-8任一项所述透明双频双极化小型天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在透明金属网格膜上制备侧馈微带线、矩形的微带辐射贴片、地面辐射贴片；其中，所述侧馈微带线与所述微带辐射贴片在同一片透明网格膜上一起制备，且所述侧馈微带线的一端与所述微带辐射贴片的一角连接；

预先制备上层介质基板与下层介质基板；

在所述上层介质基板、所述微带辐射贴片、所述下层介质基板、所述地面辐射贴片中间涂抹光学胶，通过覆膜机挤压出多余光学胶及空气，经过紫外灯的照射，使得光学胶固化，形成自上而下为上层介质基板、微带辐射贴片、下层介质基板、地面辐射贴片的结构。

Images