CN219476981U - 一种透明天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体公开了一种透明天线，其中，包括：透明天线层，在所述透明天线层一侧依次设置的第一透明介质层、第二透明介质层和透明反射层，所述第一透明介质层与所述透明天线层接触设置，所述第二透明介质层与所述第一透明介质层间隔设置，所述透明反射层与所述第二透明介质层接触设置，所述透明天线层背离所述第一透明介质层的表面设置阵列结构和馈电结构，所述阵列结构与所述馈电结构连接，且所述阵列结构形成三叉戟馈电方式，所述透明天线层和所述透明反射层均包括网格结构。本实用新型提供的透明天线能够平衡透明天线的透光率、导电率以及能够定向辐射。

Description

一种透明天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种透明天线。

背景技术

近几年来，无线通信技术不断发展，在生活中存在的无线设备越来越多，但是设备空间有限，这对天线就有了更高的要求。灵活、透明、坚固和对环境友好的光透明天线，能够与各种形状和大小的设备相适应，有效的缓解这些问题，引起人们的大量关注。

光透明天线是使用特定的光透明导电材料制成，外观达到透明的一种天线。常见的光透明导电材料有纳米级金属薄膜、透明导电氧化物、透明金属和氧化物结合的多层薄膜、金属网格等。光透明天线有良好的导电性和透光性，同时还有良好的隐蔽和共形特性，适用于各种场景和透明结构，如汽车玻璃、建筑窗口、智能屏幕显示器、可植入的医疗设备和立方体卫星上的太阳能电池等，也可用于一些可穿戴设备，如手表、项链、眼镜和头盔等。

透光率和电导率是衡量一种材料是否适合用于制备透明天线的关键指标。当前透明导体制作的天线虽然有很高的透光率和电导率，但是薄膜面电阻很大，而采用超薄金属膜结构制作的天线虽然具有优异的导电特性，但透光性很差，基于透明导体或超薄金属膜结构的透明天线无法平衡所需的天线效率和透明度。而且随着越来越多物联网设备的出现和新兴的车联网发展，城市环境需要更快、更可靠的网络，通过将透明天线应用于窗户上来实现额外的接入点和信号中继将是一种比较好的网络解决方案。然而现有技术中，光透明天线均为平面薄膜天线形式，其结构决定了天线的辐射方向图基本为全向辐射，对于诸如充当窗口天线的室内中继器系统，要求这种窗口透明天线需要有较好的定向辐射特性，其辐射应朝向窗外部，而对窗内侧的辐射尽可能的小以防止对室内信号的干扰。

因此，如何能够平衡透明天线的透光率、导电率成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型提供了一种透明天线，解决相关技术中存在的透明天线在透光率、辐射效率无法平衡以及不能够定向辐射的问题。

作为本实用新型的一个方面，提供一种透明天线，其中，包括：

透明天线层，在所述透明天线层一侧依次设置的第一透明介质层、第二透明介质层和透明反射层，所述第一透明介质层与所述透明天线层接触设置，所述第二透明介质层与所述第一透明介质层间隔设置，所述透明反射层与所述第二透明介质层接触设置，

所述透明天线层背离所述第一透明介质层的表面设置阵列结构和馈电结构，所述阵列结构与所述馈电结构连接，且所述阵列结构形成三叉戟馈电方式，

所述透明天线层和所述透明反射层均包括网格结构。

进一步地，所述阵列结构包括三片间隔设置矩形单极子贴片，且三片矩形单极子贴片通过U型调谐枝节连接后形成三叉戟馈电方式，每个矩形单极子贴片的馈电方式为三点馈入。

进一步地，所述馈电结构包括馈线和对称设置在所述馈线两侧的接地贴片，所述馈线与阵列结构连接，且所述馈线位于所述透明天线层的中线位置，沿着所述透明天线层的长边引出。

进一步地，所述透明天线层和所述透明反射层均包括玻璃介质和形成在所述玻璃介质表面上的网格结构，所述透明天线层的网格结构背离所述第一透明介质层，所述透明反射层的网格结构背离所述第二透明介质层。

进一步地，所述网格结构包括周期性正方形银线网格。

进一步地，所述周期性正方形银线网格的长度与银线的宽度之比为50:1。

进一步地，所述第一透明介质层和所述第二透明介质层之间设置支撑件以实现所述第一透明介质层和所述第二透明介质层的间隔设置。

进一步地，所述支撑件包括分别位于所述第一透明介质层和所述第二透明介质层的四个角位置的支撑块。

进一步地，所述支撑块的厚度与所述透明天线的中心频率程呈负相关。

进一步地，所述第一透明介质层和所述第二透明介质层均包括透明玻璃层或聚二甲基硅氧烷层。

本实用新型提供的透明天线，通过在透明天线层的表面形成三叉戟馈电方式，能够加了贴片电流的均匀分布，不仅提高了输入阻抗的稳定性，也减少了透明天线的损耗，提高了透明天线的辐射效率和增益；另外，通过设置透明反射层，能够大大降低天线的背向辐射，增加了透明天线的前后比，从而进一步提高了天线的定向性；且由于透明天线层和透明反射层均包括网格结构，同时解决了高透光率和高导电性的局限，使得透明天线同时具备高透光率以及高辐射效率的特点。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的透明天线的主视图。

图2为本实用新型提供的透明天线的俯视图。

图3为本实用新型提供的透明天线的仰视图。

图4为本实用新型提供的透明天线导电层的银线网格结构示意图。

图5为本实用新型提供的透明天线的S11特性曲线。

图6a为本实用新型提供的透明天线工作在1.8GHz时的3D辐射方向图。

图6b为本实用新型提供的透明天线工作在1.8GHz时的xoz面辐射方向图。

图6c为本实用新型提供的透明天线工作在1.8GHz时的yoz面辐射方向图。

图7a为本实用新型提供的透明天线工作在2.1GHz时的3D辐射方向图。

图7b为本实用新型提供的透明天线工作在2.1GHz时的xoz面辐射方向图。

图7c为本实用新型提供的透明天线工作在2.1GHz时的yoz面辐射方向图。

图8a为本实用新型提供的透明天线工作在2.45GHz时的3D辐射方向图。

图8b为本实用新型提供的透明天线工作在2.45GHz时的xoz面辐射方向图。

图8c为本实用新型提供的透明天线工作在2.45GHz时的yoz面辐射方向图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种透明天线，如图1至图3所示，包括：

透明天线层10，在所述透明天线层10一侧依次设置的第一透明介质层20、第二透明介质层30和透明反射层40，所述第一透明介质层20与所述透明天线层10接触设置，所述第二透明介质层30与所述第一透明介质层20间隔设置，所述透明反射层40与所述第二透明介质层30接触设置，

所述透明天线层10背离所述第一透明介质层20的表面设置阵列结构11和馈电结构12，所述阵列结构11与所述馈电结构12连接，且所述阵列结构11形成三叉戟馈电方式，

所述透明天线层10和所述透明反射层40均包括网格结构。

本实用新型提供的透明天线，通过在透明天线层的表面形成三叉戟馈电方式，能够加了贴片电流的均匀分布，不仅提高了输入阻抗的稳定性，也减少了透明天线的损耗，提高了透明天线的辐射效率和增益；另外，通过设置透明反射层，能够大大降低天线的背向辐射，增加了透明天线的前后比，从而进一步提高了天线的定向性；且由于透明天线层和透明反射层均包括网格结构，同时解决了高透光率和高导电性的局限，使得透明天线同时具备高透光率以及高辐射效率的特点。

具体地，如图2所示，所述阵列结构11包括三片间隔设置矩形单极子贴片111，且三片矩形单极子贴片111通过U型调谐枝节112连接后形成三叉戟馈电方式，每个矩形单极子贴片111的馈电方式为三点馈入。

应当理解的是，本实用新型实施例中的三片矩形单极子贴片111的形状均相同，每片矩形单极子贴片为三点馈电方式，这种设计增加了电流的均匀分布，并且三个馈点的相互作用不仅提高了输入阻抗的稳定性，也减少了透明天线的损耗，提高了透明天线的辐射效率和增益。

具体地，如图2所示，所述馈电结构12包括馈线121和对称设置在所述馈线121两侧的接地贴片122，所述馈线121与阵列结构11连接，且所述馈线121位于所述透明天线层10的中线位置，沿着所述透明天线层10的长边引出。

在本实用新型实施例中，所述馈线121具体与所述阵列结构11中的U型调谐枝节112连接，且馈线121位于整个透明天线层的中线位置，由长边引出，以图2所示方向为例，其长边即为左右方向的边。另外，馈线左右两边分别为尺寸相同的矩形接地贴片122，与馈线121共同构成共面波导馈电结构。

具体地，所述透明天线层10和所述透明反射层40均包括玻璃介质和形成在所述玻璃介质表面上的网格结构，所述透明天线层的网格结构背离所述第一透明介质层，所述透明反射层的网格结构背离所述第二透明介质层。

如图4所示，所述透明天线层10的玻璃介质上形成的阵列结构和馈线结构，该阵列结构和馈线结构具体可以包括网格结构，所述透明反射层具体可以包括在玻璃介质上形成的网格结构。在本实用新型实施例中，所述网格结构包括周期性正方形银线网格。

在本实用新型实施例中，所述周期性正方形银线网格的长度与银线的宽度之比为50:1。

应当理解的是，银线的线宽具体可以为20μm，面电阻为0.1Ω/□（此处面电阻的单位即为欧姆/方块）；每个网格宽度与银线线宽之比为50:1，即每个网格的宽度为1mm，此时透光率可以达到96%，在兼顾高导电性的同时保证了高透光率。当然每个网格的宽度和银线线宽不局限于50:1，可以根据具体的需求去调整透光率和导电性的平衡。

另外，在本实用新型实施例中，银线网格采用静电喷印技术，它通过产生泰勒锥来实现直径比喷口尺寸小两个数量级的射流，能在透明玻璃介质表面形成高精度的周期性正方形银线网格，由银线网格取代透明薄膜充当导电层。

应当理解的是，本实用新型实施例中的透明反射层40由铺满透明玻璃的银线网格组成，用于反射透明天线的背向辐射，进一步解决了现有技术中透明天线不能够定向辐射的问题。

具体地，所述第一透明介质层20和所述第二透明介质层30之间设置支撑件以实现所述第一透明介质层20和所述第二透明介质层30的间隔设置。

在本实用新型实施例中，所述支撑件包括分别位于所述第一透明介质层和所述第二透明介质层的四个角位置的支撑块。

具体地，本实用新型实施例中第一透明介质层20与第二透明介质层30之间的中空部分间隔30mm。两层之间通过厚度为30mm的固体块连接，具体的用四块固体块分别粘于第一透明介质层20与第二透明介质层30之间，并固定在介质层四角处，以起到第一透明介质层20与第二透明介质层30的连接和支撑作用。其中该固体块的材料包括但不局限于塑料、玻璃等；中空部分间隔不局限于30mm，可以根据天线工作的中心频率调整中空部分的间隔长度。

需要说明的是，所述支撑块的厚度与所述透明天线的中心频率程呈负相关。

在本实用新型实施例中，所述第一透明介质层20和所述第二透明介质层30均包括透明玻璃层或聚二甲基硅氧烷层。

具体地，本实用新型实施例所述第一透明介质层20和所述第二透明介质层30的透明介质层由尺寸相同的透明玻璃构成，当然，并不局限于此。举例而言，透明介质层还可以使用诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）等透明材料。

下面结合具体尺寸及工作频率，介绍本实用新型实施例所提供的透明天线的天线性能。

如图2所示，本实用新型实施例给出一组透明天线各结构参数的具体尺寸，如表1所示。

表1 天线的具体尺寸（单位：mm）

图4为透明天线导电层的银线网格结构示意图，由于正方形银线网格的长度与银线宽度之比为50:1，因此银线网格的透光率高达96%，表现出高透光率特性。

图5为通过仿真得到的透明天线整体的S11特性曲线，由此可见，以-10dB为界，此天线的工作频段为：1.59-2.61GHz。在该带宽内，天线具有良好的阻抗匹配和辐射特性。

图6a~图8c为本实用新型实施例以此提供的工作在1.8GHz、2.1GHz、2.45GHz的辐射方向图，可以看出其在整体上表现为一定角度的范围辐射，具有良好的方向性和天线增益。而且在1.8GHz、2.1GHz和2.45GHz频率下，天线的辐射效率能达到48%、53%和48%，对于现有的透明天线来说，在满足了高透光率的前提下也具有较高的天线辐射效率。

综上，本实用新型提供的透明天线，与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）采用了基于电流体动力学原理的静电喷印技术，利用了金属银线优异的导电性以及网格结构带来的极高的透光率，打破了传统的透明导体材料或者超薄金属膜无法同时解决的高透光率和高导电性的局限，使该工艺下的透明天线同时具备高透光率以及高辐射效率的特点。同时静电喷印技术是一种可将纳米导电颗粒墨水直接喷引到基底上的无掩膜印刷电子工艺，制备方法灵活且减少了传统工艺中打印超细结构的难度，不仅可以高精度制备本实用新型所提出的透明天线，同时也降低了成本，符合大规模生产的条件；

（2）利用了三个矩形贴片形成阵列的方式，相较于传统的单极子天线有更好的定向性，而且本实用新型在天线背面多加了一块透明反射板，大大降低了天线的背向辐射，增加了透明天线的前后比，从而进一步提高了天线的定向性，解决了现有技术中透明天线不能够定向辐射的问题；

（3）馈电采用了新型的三叉戟馈电技术，从单点馈电方式改进为三点馈电方式，增加了贴片电流的均匀分布，不仅提高了输入阻抗的稳定性，也减少了透明天线的损耗，提高了透明天线的辐射效率和增益。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种透明天线，其特征在于，包括：

透明天线层，在所述透明天线层一侧依次设置的第一透明介质层、第二透明介质层和透明反射层，所述第一透明介质层与所述透明天线层接触设置，所述第二透明介质层与所述第一透明介质层间隔设置，所述透明反射层与所述第二透明介质层接触设置，

所述透明天线层背离所述第一透明介质层的表面设置阵列结构和馈电结构，所述阵列结构与所述馈电结构连接，且所述阵列结构形成三叉戟馈电方式，

所述透明天线层和所述透明反射层均包括网格结构。

2.根据权利要求1所述的透明天线，其特征在于，所述阵列结构包括三片间隔设置矩形单极子贴片，且三片矩形单极子贴片通过U型调谐枝节连接后形成三叉戟馈电方式，每个矩形单极子贴片的馈电方式为三点馈入。

3.根据权利要求1所述的透明天线，其特征在于，所述馈电结构包括馈线和对称设置在所述馈线两侧的接地贴片，所述馈线与阵列结构连接，且所述馈线位于所述透明天线层的中线位置，沿着所述透明天线层的长边引出。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的透明天线，其特征在于，所述透明天线层和所述透明反射层均包括玻璃介质和形成在所述玻璃介质表面上的网格结构，所述透明天线层的网格结构背离所述第一透明介质层，所述透明反射层的网格结构背离所述第二透明介质层。

5.根据权利要求4所述的透明天线，其特征在于，所述网格结构包括周期性正方形银线网格。

6.根据权利要求5所述的透明天线，其特征在于，所述周期性正方形银线网格的长度与银线的宽度之比为50:1。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的透明天线，其特征在于，所述第一透明介质层和所述第二透明介质层之间设置支撑件以实现所述第一透明介质层和所述第二透明介质层的间隔设置。

8.根据权利要求7所述的透明天线，其特征在于，所述支撑件包括分别位于所述第一透明介质层和所述第二透明介质层的四个角位置的支撑块。

9.根据权利要求8所述的透明天线，其特征在于，所述支撑块的厚度与所述透明天线的中心频率程呈负相关。

10.根据权利要求1至3中任意一项所述的透明天线，其特征在于，所述第一透明介质层和所述第二透明介质层均包括透明玻璃层或聚二甲基硅氧烷层。