CN115064868B - 一种双极化交叉偶极子透明天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种双极化交叉偶极子透明天线，由透明介质基板、交叉偶极子、金属地与馈线组成；所述交叉偶极子、金属地和馈线都印刷在透明介质基板的上表面，所述交叉偶极子包括两对偶极子，每一对偶极子摆放成交叉状。本发明的透明天线结构简单紧凑，在具有高透光率的同时还兼顾着高辐射效率，可以很好的工作在5G频段内。且作为透明天线，具有光学透明、隐蔽和共形特性，并且具有良好的导电率和透光率。可以完美的替代传统的基站天线。同时透明天线具备小型化、宽带化等特点，对5G基站天线的应用场景有很大的提升。为以后的太阳能电池板、汽车导航、卫星通信等领域提供更多的可能性，在无线通信领域取得更大的突破。

Description

一种双极化交叉偶极子透明天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种双极化交叉偶极子透明天线。
背景技术
天线是一种将导行波和自由空间波进行相互转换的换能器，在通信过程中发挥着至关重要的作用。随着车载通信、全球定位卫星导航（GNSS）、全球微波互天线是一种将导行波和自由空间波进行相互转换的换能器，在通信过程中发挥着至关重要的作用。1997年，美国国家航空和航天管理局（NASA）的科学家们提出了使用光透明薄膜材料来制作天线的设想。一旦天线实现光透明特性，可以带来很多用处。目前，光透明薄膜在天线方面的研究是稀少的，这可能是由于透明材料的制造困难、损耗性和低效率。可用于制作天线的光透明薄膜材料大致可以分为三类，例如氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)和镀银聚合物(AgHT)膜。其中，ITO更可取，因为它在光学透明度和导电性之间提供了合理的折衷。但是ITO和AgHT都是易碎且昂贵的，因为它们的晶体结构和稀土铟成分。因此由这种透明导体膜制成的天线效率不高。这种情况是透明天线广泛应用的主要障碍之一。随着透明设备发展的迅速，许多优异的透明导电材料被开发，相比于传统的透明薄膜电极，金属网状膜具有更高的导电率，并且制作成本较低。随着5G技术发展迅速，5G终端的建设更加完善。对天线性能、结构尺寸等要求越来越高，传统的天线已经满足不了人们的需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种双极化交叉偶极子透明天线，以解决上述的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种双极化交叉偶极子透明天线的具体技术方案如下：
一种双极化交叉偶极子透明天线，由透明介质基板、交叉偶极子、金属地与馈线组成；所述交叉偶极子、金属地和馈线都印刷在透明介质基板的上表面，所述交叉偶极子包括两对偶极子，每一对偶极子摆放成交叉状。
进一步地，所述金属地为金属网格。
进一步地，所述透明介质基板使用的是透明材料PET，介电常数为3，损耗角正切0.002，尺寸为188mm×184mm×1mm。
进一步地，两对偶极子成±45°垂直状，用以产生±45°双线极化。
进一步地，每个交叉偶极子包括第一偶极子和第二偶极子，第一偶极子和第二偶极子分别通过偶极子臂与馈线连接。
进一步地，两对交叉偶极子关于Y轴对称，采用CPW馈电形式。
进一步地，第二偶极子的臂长度L4为44mm。
进一步地，馈线的长度L1为64mm。
进一步地，第一偶极子的宽度W1为10mm。
本发明的一种双极化交叉偶极子透明天线具有以下优点：本发明的天线由一对交叉偶极子组成。整体成对称结构，且利用共面波导进行馈电增加其工作带宽，同时所设计的透明天线具有传统基站天线所不具备的光学透明、隐蔽和共形特性以及实现天线的小型化和宽带化。同时不同于传统的透明导电薄膜，其使用基于光刻-纳米压印复合工艺所加工的金属网格来代替金属，具有优越的导电性与透光性，此透明天线结构简单紧凑，在具有高透光率的同时还兼顾着高辐射效率，可以很好的工作在5G频段内。且作为透明天线，具有光学透明、隐蔽和共形特性，并且具有良好的导电率和透光率。可以完美的替代传统的基站天线。同时透明天线具备小型化、宽带化等特点，对5G基站天线的应用场景有很大的提升。为以后的太阳能电池板、汽车导航、卫星通信等领域提供更多的可能性，在无线通信领域取得更大的突破。
附图说明
图1是本发明的双极化交叉偶极子透明天线整体结构示意图；
图2是本发明的双极化交叉偶极子透明天线馈线长度L1对天线电的压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响图；
图3是本发明的双极化交叉偶极子透明天线偶极子的臂长度L4对天线的电压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响图；
图4是本发明的双极化交叉偶极子透明天线偶极子的大小W1对天线的电压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响图；
图5是本发明的双极化交叉偶极子透明天线偶极子的金属地的宽度GND_W1对天线的电压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响图；
图6是本发明的双极化交叉偶极子透明天线最终结构示意图；
图7是本发明的双极化交叉偶极子透明天线与非透明天线的实测效率图；
图8是本发明的双极化交叉偶极子透明天线与非透明天线的实测增益图；
图9a是本发明的在3.4GHZ上测量的透明天线与纯铜天线的E面辐射方向图；
图9b是本发明的在3.4GHZ上测量的透明天线与纯铜天线的H面辐射方向图；
图9c是本发明的在3.6GHZ上测量的透明天线与纯铜天线的E面辐射方向图；
图9d是本发明的在3.6GHZ上测量的透明天线与纯铜天线的H面辐射方向图；
图9e是本发明的在3.8GHZ上测量的透明天线与纯铜天线的E面辐射方向图；
图9f是本发明的在3.8GHZ上测量的透明天线与纯铜天线的H面辐射方向图；
图中标记说明：1、透明介质基板；2、交叉偶极子；3、金属地；4、馈线；21、第一偶极子；22、第二偶极子。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种双极化交叉偶极子透明天线做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的一种双极化交叉偶极子透明天线，由透明介质基板1、交叉偶极子2、金属地3与馈线4组成。交叉偶极子2、金属地3和馈线4都印刷在透明介质基板1的上表面，使用基于光刻-纳米压印复合工艺所加工的金属网格作为金属地3。透明介质基板1使用的是透明材料PET，介电常数为3，损耗角正切0.002，尺寸为188mm×184mm×1mm。
为了使得天线结构紧凑，应用范围广且具有较大的工作带宽以及较高的辐射效率，故而交叉偶极子2采用印刷偶极子。交叉偶极子2包括两对偶极子，并且每一对偶极子摆放成交叉状以便产生双极化，便于作为基站天线工作接收更多的信息。如图1所示，天线的辐射表面使用两对交叉偶极子，设计成±45°垂直状，用以产生±45°双线极化。每个交叉偶极子包括第一偶极子21和第二偶极子22，第一偶极子21和第二偶极子22分别通过偶极子臂与馈线4连接。同时两对交叉偶极子2关于Y轴对称，采用CPW馈电形式，便于拓展其工作带宽，提高其天线的性能同时易于与其他元器件连接。同时天线的阻抗匹配调整方便。
如图2所示，是本发明的本发明的双极化交叉偶极子透明天线馈线的长度L1大小的变化对天线电的压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响。L1长度变化主要对高频辐射效率影响较大，L1=62mm时，辐射效率最大为64.5%，随着L1变大，高频辐射效率较小，低频辐射效率影响不大。且谐振频点向低频移动。通过优化确定L1的大小。
如图3所示，是本发明的双极化交叉偶极子透明天线偶极子的臂长度L4大小的变化对天线的电压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响。随着L4长度的增加，低频辐射效率变大，当增大到42mm-44mm时,高频辐射效率开始减小。且L4增大，导致谐振频点向高频偏移。通过优化确定L4的大小。
如图 4所示，是本发明的双极化交叉偶极子透明天线偶极子的宽度大小W1的变化对天线的电压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响。W1增加，偶极子宽度变大，高频辐射效率增加，低频辐射效率减小。谐振频点向低频偏移。通过优化确定W1的大小。
如图5所示，是本发明的双极化交叉偶极子透明天线的金属地的宽度GND_W1对天线的电压驻波比（VSWR）和辐射效率（Radiation efficiency）的影响。GND_W1增加，地变大，高频辐射效率减小而低频辐射效率增加。谐振频点向低频偏移。通过优化确定GND_W1的大小。
如图6所示，是本发明的整体天线图。天线成Y轴对称结构，介质板为常见的材料PET(介电常数为3，损耗角正切0.002)，同时使用共面波导CPW进行馈电。相关尺寸参数如下所示：
尺寸参数：（单位mm）
Parameters L W L1 L2 L3 L4 L5 L6
184 188 64 28 42.2 44 34 46.2
备注 透明天线长度 透明天线宽度 馈线长度 耦合馈线长度 偶极子1臂长度 偶极子2臂长度 偶极子1大小 偶极子2大小
Parameters W1 W2 GND_L1 GND_L2 GND_W1 GND_W2 CPW GAP
10 11 61.8 52 27 40 3.6 0.3
备注 偶极子1宽度 偶极子2宽度 地 地 地 地 馈线宽度 馈线缝隙
如图7所示，是本发明的双极化交叉偶极子透明天线与非透明天线实测的S参数结果图，结果表示透明天线在3.2GHZ-3.8GHZ频带内S参数低于-16dB，其相对带宽约为21.8%（S11<-15dB）在3.32GHZ处回波损耗达到-21dB。
如图8所示，是本发明的双极化交叉偶极子透明天线与非透明天线实测的辐射效率以及增益结果图，透明天线在3.2-3.8GHZ频带内，其辐射效率达到70%，最大增益为4.5dBi。具有良好的天线性能
如图9a-9f所示是本发明的双极化交叉偶极子透明天线与非透明天线实测的辐射方向图在3.4GHZ、3.6GHZ、3.8GHZ上测量了透明天线与纯铜天线的E面和H面的方向图，并将其与仿真结果进行比较。从实测结果可以看出所设计的透明天线为全向天线，在3.4-3.8GHZ频带内具有稳定的辐射方向图，并且纯铜天线与透明天线的辐射方向图主波束角度基本一致，与仿真结果较为接近。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种双极化交叉偶极子透明天线，其特征在于，由透明介质基板（1）、交叉偶极子（2）、金属地（3）与馈线（4）组成；所述交叉偶极子（2）、金属地（3）和馈线（4）都印刷在透明介质基板（1）的上表面，定义透明介质基板（1）表面的上下端中心的连线为Y轴，金属地（3）设置在透明介质基板（1）的下端，交叉偶极子（2）设置在远离金属地（3）靠近透明介质基板（1）的上端的方向，交叉偶极子（2）通过馈线（4）与金属地（3）连接，所述交叉偶极子（2）包括两对偶极子，每一对偶极子摆放成交叉状，两对偶极子成±45°垂直状，用以产生±45°双线极化，每个交叉偶极子包括第一偶极子（21）和第二偶极子（22），第一偶极子（21）和第二偶极子（22）分别通过偶极子臂与馈线（4）连接，两对交叉偶极子（2）关于Y轴对称，采用CPW馈电形式。
2.根据权利要求1所述的双极化交叉偶极子透明天线，其特征在于，所述金属地（3）为金属网格。
3.根据权利要求1所述的双极化交叉偶极子透明天线，其特征在于，所述透明介质基板（1）使用的是透明材料PET，介电常数为3，损耗角正切0.002，尺寸为188mm×184mm×1mm。
4.根据权利要求1所述的双极化交叉偶极子透明天线，其特征在于，第二偶极子（22）的臂长度L4为44mm。
5.根据权利要求1所述的双极化交叉偶极子透明天线，其特征在于，馈线（4）的长度L1为64mm。
6.根据权利要求1所述的双极化交叉偶极子透明天线，其特征在于，第一偶极子（21）的宽度W1为10mm。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201966319U (zh) * 2011-01-21 2011-09-07 杭州电子科技大学 一种宽带低轮廓背腔集成天线
CN202134653U (zh) * 2011-04-15 2012-02-01 哈尔滨工程大学 一种小型化宽频天线
CN104733846A (zh) * 2015-03-24 2015-06-24 江苏物联网研究发展中心 小型化uhf弯折偶极子抗金属rfid标签天线
KR101627282B1 (ko) * 2015-09-02 2016-06-03 성균관대학교산학협력단 이중대역 원형편파 다이폴 안테나
CN108232458A (zh) * 2018-01-02 2018-06-29 华南理工大学 一种差分双频双极化双环基站天线
CN108400439A (zh) * 2018-04-22 2018-08-14 吉林医药学院 一种w形终端双频带双极化平面缝隙天线
CN108511923A (zh) * 2018-03-01 2018-09-07 太行通信股份有限公司 一种双极化交叉折叠偶极子三频段天线
CN109449612A (zh) * 2018-11-16 2019-03-08 东莞理工学院 一种带谐波抑制的一体化整流天线
CN109994817A (zh) * 2019-03-14 2019-07-09 重庆大学 一种超宽带双极化基站天线
CN110289480A (zh) * 2019-07-12 2019-09-27 南京信息工程大学 一种应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线
CN112821055A (zh) * 2021-01-05 2021-05-18 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 一种应用于wifi的单端口双频双极化全向天线
WO2021168990A1 (zh) * 2020-02-25 2021-09-02 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种宽频带双极化太阳电池天线及天线阵

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190334255A1 (en) * 2018-04-25 2019-10-31 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Modular/scalable antenna array design

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201966319U (zh) * 2011-01-21 2011-09-07 杭州电子科技大学 一种宽带低轮廓背腔集成天线
CN202134653U (zh) * 2011-04-15 2012-02-01 哈尔滨工程大学 一种小型化宽频天线
CN104733846A (zh) * 2015-03-24 2015-06-24 江苏物联网研究发展中心 小型化uhf弯折偶极子抗金属rfid标签天线
KR101627282B1 (ko) * 2015-09-02 2016-06-03 성균관대학교산학협력단 이중대역 원형편파 다이폴 안테나
CN108232458A (zh) * 2018-01-02 2018-06-29 华南理工大学 一种差分双频双极化双环基站天线
CN108511923A (zh) * 2018-03-01 2018-09-07 太行通信股份有限公司 一种双极化交叉折叠偶极子三频段天线
CN108400439A (zh) * 2018-04-22 2018-08-14 吉林医药学院 一种w形终端双频带双极化平面缝隙天线
CN109449612A (zh) * 2018-11-16 2019-03-08 东莞理工学院 一种带谐波抑制的一体化整流天线
CN109994817A (zh) * 2019-03-14 2019-07-09 重庆大学 一种超宽带双极化基站天线
CN110289480A (zh) * 2019-07-12 2019-09-27 南京信息工程大学 一种应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线
WO2021168990A1 (zh) * 2020-02-25 2021-09-02 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种宽频带双极化太阳电池天线及天线阵
CN112821055A (zh) * 2021-01-05 2021-05-18 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 一种应用于wifi的单端口双频双极化全向天线

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