CN116830484A - 射频信号波束传输增强板 - Google Patents
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Abstract
一种射频信号波束传输增强板，包括：基板，具有至少一个基板表面；至少一元特征层，设置于基板表面且包括多个元特征元件；至少一折射率匹配层，布置为覆盖元特征元件与基板表面。所述多个元特征元件具有图案布置，图案布置的图案分辨率Rp由Rp＝λ/N给出，其中λ是要传输的信号波束的波长，N是1到10的整数，使得折射率匹配层可与元特征元件一起形成元表面，以最小化要通过信号波束传输增强板传输的信号波束的反射。
Description
技术领域
本发明一般涉及建筑或装饰工程技术。更具体地说，本发明涉及一种用于建筑或装饰的射频(RF)信号波束传输增强板。
背景技术
无线信号如光波和RF波，包括毫米波(millimeter Wave)，由于容易被反射或吸收，很难穿透建筑物中的障碍物(如窗户和混凝土墙等)，信号传输因此受到影响。为了改善无线信号的穿透力，常规方法包括建造多个(例如，数千)微型基站或基站来增强信号覆盖范围。然而，这种方法通常涉及昂贵的设备和复杂的安装过程，需要很高的费用(例如，数十亿美元)。因此，需要一种简单且低成本的解决方案，特别是对于波长范围从666mm到7.5mm(即频率范围从0.45GHz到40GHz)的RF信号，来增腔波束的穿透力。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种单面配置的RF信号波束传输增强板。所述单面信号波束传输增强板包括：基板，其具有至少一个基板表面；至少一元特征层，其设置于所述基板表面且包括多个元特征元件；至少一折射率匹配层，其布置为覆盖在所述元特征元件与基板表面之上。所述多个元特征元件具有图案布置，所述图案布置具有图案分辨率Rp，所述图案分辨率Rp由Rp＝λ/N给出，其中λ是要传输的信号波束的波长，N为1到10的整数，使得所述折射率匹配层可与所述元特征元件一起形成元表面，用于最小化要通过所述单面信号波束传输增强板传输的信号波束的反射。
根据本发明的另一方面，提供一种具有双面配置的RF信号波束传输增强板。所述双面信号波束传输增强板包括：基板，其具有第一基板表面及相对于所述第一基板表面的第二基板表面；第一元特征层，其设置于所述第一基板表面且包括多个第一元特征元件；第一折射率匹配层，其布置成覆盖所述第一元特征元件和所述第一基板表面；第二元特征层，其设置于所述第二基板表面且包括多个第二元特征元件；第二折射率匹配层，其布置成覆盖所述第二元特征元件和所述第二基板表面。所述多个第一元特征元件具有第一图案布置，并且多个第二元特征元件具有第二图案布置。所述第一和第二图案布置具有相同的图案分辨率Rp，所述图案分辨率Rp由Rp＝λ/N给出，其中λ是要传输的信号波束的波长，N为1到10的整数，使得所述第一和第二折射率匹配层可以与所述第一元特征元件和第二元特征元件一起形成双层元表面，用于最小化要通过所述双面信号波束传输增强板传输的信号波束的反射。
每个元特征元件作为亚波长散射器来运作，利用RF信号波的几何或传播相位调制，使入射波的波前可以根据入射波长的极化方向进行重构。本发明提供的信号波束传输增强板可以固定或附着在建筑物的窗户等障碍物上，提供了一种简单且低成本的，改善信号穿透障碍物的能力的解决方案。
附图说明
从以下参照附图的详细描述可以容易地理解本公开的各个方面。附图不一定按比例绘制。也就是说，为了论述的清楚起见，各种特征的尺寸可以任意增加或减少。由于制造工艺和公差，本公开中的视图与实际设备之间可能存在差异。在整个附图和详细描述中，相同或相似的部件会使用共同的附图标记来标示。
图1A及图1B为根据本发明一实施例的单面配置RF信号波束传输增强板的剖面图。
图2为根据本发明一实施例的单面配置RF信号波束传输增强板的剖面图。
图3为根据本发明一实施例的单面配置RF信号波束传输增强板的剖面图。
图4为根据本发明一实施例的多层RF信号波束传输增强板的剖面图。
图5A及图5B为根据本发明另一实施例的双面配置RF信号波束传输增强板的剖面图。
图6A-6C示出了根据本发明的各种实施例的多个元特征元件的各种示例性图案布置；
图7A-7C示出了根据本发明的各种实施例的多个元特征元件的各种示例性图案布置；
图8A-8C示出了根据本发明的各种实施例的多个元特征元件的各种示例性图案布置；和
图9A-9C示出了根据本发明的各种实施例的多个元特征元件的各种示例性图案布置。
具体实施方式
在下面的描述中，本公开的优选示例将被阐述为实施例，其被认为是说明性的而不是限制性的。为了不混淆本公开，省略了某些具体细节；然而，编写本公开是为了使本领域的技术人员能够在无需过度实验的情况下实践本文的教导。
图1A为根据本发明一实施例的单面配置RF信号波束传输增强板10的剖面图。参考图。如图1A所示，信号波束传输增强板10可包括基板，基板10具有第一表面121以及相对于第一表面121的第二表面122。
信号波束传输增强板10还可包括设置在第一表面121上的元特征层14，元特征层14包括多个元特征元件142。可选地，如图1B所示，多个元特征元件142可以嵌入到基板12的第一表面121。
信号波束传输增强板10还可包括折射率匹配层16，折射率匹配层16布置为覆盖多个元特征元件142和基板12，用于与元特征元件142一起形成元表面，用于最小化通过信号波束传输增强板10传输的信号波束的反射。
可选地，信号波束传输增强板10还可包括多个保护层144，每个保护层144布置在相应的元特征元件142的顶部，用于保护相应的元特征元件142免受腐蚀或风化。
可选地，信号波束传输增强板10还可以包括粘合层18，用于将信号波束传输增强板10固定在障碍物的表面，例如建筑物的窗户或混凝土墙。参考图1A，信号波束传输增强板10的粘合层18可设置于折射率匹配层16上。或者如图2所示，粘合层18可设置于第二基板表面122上。
在一些其他实施例中，如图3所示，信号波束传输增强板10可包括一对第一及第二粘合层18a、18b，分别设置于折射率匹配层16及基板12的第二表面122上。
在一些其他实施例中，如图4所示，两个或多个信号波束传输增强板10可以堆叠形成多层信号波束传输增强板。
图5A绘示了根据本发明另一实施例的双面配置RF信号波束传输增强板20的剖面图。参考图5A，信号波束传输增强板20可包括基板22，基板22具有第一表面221及相对于第一表面221的第二表面222。信号波束传输增强板20可进一步包括第一元特征层24a，其设置于第一表面221且包括多个第一元特征元件242a；以及第二元特征层24b，其设置于第二表面222上且包括多个第二元特征元件242b。或者如图5B所示，多个第一元特征元件242a可以嵌入到基板的第一表面221中并且多个第二元特征元件242b可以嵌入到基板的第二表面222中。
信号波束传输增强板20还可以包括第一折射率匹配层26a，设置为覆盖多个第一元特征元件242a和第一基板表面221；以及第二折射率匹配层26b，设置为覆盖多个第二元特征元件242b和第二基板表面222。
第一和第二折射率匹配层26a、26b可配置为与多个第一元特征元件242a和多个第二元特征元件242b一起形成双层元表面，用于最小化通过信号波束传输增强板20传输的信号波束的反射。
可选地，信号波束传输增强板20还可以包括多个第一保护层244a，分别设置在多个第一元特征元件242a之上；以及多个第二保护层244b，分别设置在多个第二元特征元件242b之上。
可选地，信号波束传输增强板20还可以包括设置在第一折射率匹配层26a上的第一粘合层28a。第一粘着层28a可以用于将信号波束传输增强板10固定在建筑物的窗户、混凝土墙等障碍物的表面。可选地，信号波束传输增强板20还可以包括设置在第二折射率匹配层26b上的第二粘合层28b。这样，信号波束传输增强板20可以用作接合膜。
在各种实施例中，基板12、22的均方根表面粗糙度范围为5nm至1000nm，以增强元特征元件与基板之间的粘附力、粘合层与基板之间的粘附力和/或折射率匹配层和基板之间的粘附。基板可具有10μm至100mm范围内的厚度。
在各种实施例中，基板12、22可由透明或不透明的聚合物材料制成，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、碳化钽(TaC)、玻璃纤维增强环氧树脂层压板(FR4)等，或者任何其他合适类型的，针对要传输的信号波束具有可接受的透射率(例如，大于60％)的聚合物材料。
或者，基板12、22可由透明或不透明的非聚合物材料制成，例如但不限于陶瓷、玻璃、硅、不锈钢(SUS)、锌合金、铝合金或黄铜，或者任何其他合适类型的，针对要传输的信号波束具有可接受的透射率(例如，超过60％)的非聚合物材料。
图6A-6C、7A-7C、8A-8C和9A-9C示出了多个元特征元件142、242a和242b的各种示例性图案布置。如图6A所示，多个元特征元件可以具有相同的形状(例如，圆形)和相同的尺寸。或者如图6B所示，多个元特征元件可以具有相同的形状但不同的尺寸；或者具有不同的形状(例如，圆形和方形)。元特征元件的其他示例性形状可以包括但不限于椭圆形、矩形、多边形或环形……等。多个元特征元件142可以规则地布置(例如以二维阵列的形式)(如图6A至6C所示，)，或者随机地布置(如图7A至7C所示)。另外，多个元特征元件可以彼此分开(如图6A至6C所示)，或者相互连接(如图8A至8C所示)。多个元特征元件可以用导电材料实心地填充(如图3A至3C所示)，或者用导电材料以网状形式填充(如图9A-9C所示)。
在各种实施例中，多个元特征元件142、242a和242b的图案布置可以具有图案分辨率Rp，其被定义为多个元特征元件的大小或多个元特征元件之间的间隙的函数(例如，平均值)。例如，对于元特征元件为圆形且大小相同且规则排列的图案布置(如图6A所示)，图案分辨率Rp可以定义为元特征g元件的直径d和元特征元件之间的间隙的平均值，其由下式给出：Rp＝(d+g)/2。或者，图案分辨率Rp可定义为元特征元件的直径d与元特征元件之间的间隙g的总和，其由下式给出：Rp＝d+g。
优选地，图案分辨率Rp的值可以由Rp＝λ/N确定，其中λ是要传输的信号波束的波长，N为1到10的整数(即，N＝1,2,…,10)。多个第一导电元件的图案分辨率可以选择在500nm到100mm的范围内，使得要传输的信号波束的波长可以在7.5mm到666mm的范围内。例如，为了增强波长为11.5mm(即，频率为26GHz)的信号波束的传输，多个第一导电元件的图案分辨率可以选择在1.15mm至11.5mm的范围内。
在各种实施例中，信号波束传输增强板10、20的总厚度t可由t＝λ/M确定，其中λ是要传输的信号波束的波长，M为1到10的整数(即，M＝1,2,…,10).信号波束传输增强板的总厚度t可以选择在500nm至100mm的范围内，使得要传输的信号波束的波长可以在7.5mm至600mm的范围内。例如，为了增强波长为11.5mm(即，频率为26GHz)的信号波束的传输，多个第一导电元件的图案分辨率可以选择在1.15mm至11.5mm的范围内。
在各种实施例中，多个元特征元件142、242a和242b可以由透明或不透明的导电材料制成。导电材料可以包括：金属，例如但不限于铜、镍、金、银、锡、锌、铬、钛、钴、钼、铝、铂或钯等，或它们的合金；金属氧化物，例如但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌(ZnO)、掺氟氧化锡(FTO)、氧化镓铝锌(GaAlZO)；金属氮化物,例如但不限于氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)；或有机/聚合物材料，例如但不限于聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、碳纳米管(CNT)、银纳米线(AgNW)、石墨烯等。
在各种实施例中，折射率匹配层16、26a和26b可以是透明的并且具有从1到3的折射率。优选地，折射率匹配层16、26a和26b可以是透明的并且具有从1.3到1.6的折射率。
优选地，折射率匹配层16、26a和26b可以具有从2.0到5.0的介电常数。折射率匹配层16、26a和26b可以由低损耗材料制成，例如但不限于聚苯乙烯、聚对二甲苯、聚酰亚胺、SLA树脂、SU-8、SUEX、环烯烃聚合物(COP)、聚四氟乙烯(聚四氟乙烯、液晶聚合物(LCP)等。
或者，折射率匹配层16、26a和26b可以由混合材料制成，使得折射率匹配层16、26a和26b也可以充当粘合层。混合材料可包括但不限于共聚物或聚合物/陶瓷混合物、环氧聚合物混合物、硅基聚合物混合物等。
在各种实施例中，保护层144、244a和244b可以由镍、铬、钛、铝、钴、钼、铂、金和钯等导电电阻材料制成；或非导电电阻材料，如氧化铝、氧化铬和二氧化硅、氧化铜、氧化锌等。
在各种实施例中，粘合层18、28a和28b可以由粘合材料制成，例如但不限于丙烯酸粘合剂、环氧树脂、橡胶基粘合剂、硅树脂粘合剂、聚氨酯和异氰酸酯粘合剂等。
实施例的选择和描述是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适用于预期特定用途的各种修改。本文公开的方法虽然是参考了以特定顺序执行的特定操作来描述，但是应当理解，在不背离本发明的教导的情况下，这些操作可以被组合、细分或重新排序以形成等效方法。因此，除非在此特别指出，否则操作的顺序和分组是不具限制性的。本文公开的设备虽然是参考了特定结构、形状、材料、物质组成和关系等来描述，但是这些描述和图示是不具限制性的。本发明可以进行修改以使某特定情况适应本公开的目的、精神和范围。所有这些修改都旨在落入所附权利要求的范围内。
Claims (18)
1.一种射频信号波束传输增强板，包括：
基板，其具有至少一个基板表面；
至少一个元特征层，其布置在所述基板表面上和包括多个元特征元件；以及
至少一个折射率匹配层，其布置在所述元特征元件和所述基板表面上；
其特征在于，所述多个元特征元件具有图案分辨率Rp的图案布置，所述分辨率Rp由Rp＝λ/N给出，其中λ为要传输的信号波束的波长，以及N为1到10的整数；以及所述折射率匹配层能够与所述多个元特征元件一起形成元表面。
2.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，具有总厚度t，所述总厚度t由t＝λ/M给出，其中λ是要传输的信号波束的波长，M是1到10的整数。
3.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个元特征元件的的每一个的形状为圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形和环形中的一种。
4.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个元特征元件规则地排列。
5.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个元特征元件中的每一个用导电材料实心地填充。
6.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个元特征元件彼此分开。
7.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，还包括多个保护层，每个保护层设置在相应的元特征元件上。
8.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，还包括至少一层粘合层设置在所述折射率匹配层上。
9.根据权利要求1所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述折射率匹配层还配置作为粘合层。
10.一种射频信号波束传输增强板，包括：
基板,具有第一基板表面以及相对于所述第一基板表面的第二基板表面。
第一元特征层，其设置于所述第一基板表面且包括多个第一元特征元件；
第一折射率匹配层，其布置为覆盖所述第一元特征元件和所述第一基板表面；
第二元特征层，其设置于所述第二基板表面且包括多个第二元特征元件；以及
第二折射率匹配层，其布置为覆盖所述第二元特征元件与所述第二基板表面；
其中所述多个第一元特征元件具有第一图案布置，所述多个第二元特征元件具有第二图案布置；
其中所述第一和第二图案布置具有相同的图案分辨率Rp，所述图案分辨率Rp由Rp＝λ/N给出，其中λ是要传输的信号波束的波长，以及N是1到10的整数；以及
其中所述第一和第二折射率匹配层被配置为与所述多个第一元特征元件和所述多个第二元特征元件一起形成双层元表面。
11.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，具有总厚度t，所述总厚度t由t＝λ/M给出，其中λ是要传输的信号波束的波长，M是1到10的整数。
12.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个第一元特征元件和所述多个第二元特征元件的形状为圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形和环形中的一种。
13.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个第一元特征元件和所述多个第二元特征元件规则地排列。
14.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个第一元特征元件和所述多个第二元特征元件中的每一个用导电材料实心地填充。
15.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，所述多个第一元特征元件和所述多个第二元特征元件彼此分开。
16.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，还包括：
多个第一保护层，每个第一保护层设置在相应的第一元特征元件上；以及
多个第二保护层，每个第二保护层设置在相应的第二元特征元件上。
17.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于，还包括：
第一粘合层，设置于所述第一折射率匹配层上；以及
第二粘合层，设置于所述第二折射率匹配层上。
18.根据权利要求10所述的射频信号波束传输增强板，其特征在于：
所述第一折射率匹配层还配置作为第一粘合层；以及
所述第二折射率匹配层还配置作为第二粘合层。
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