一种毫米波微波共口径透明天线制造技术

一种毫米波微波共口径透明天线，属于5G无线通信和天线技术领域，为耦合式的串馈贴片天线，通过将四个高频贴片天线串联并进行耦合馈电，使用同一结构实现双频段工作，包括毫米波雷达工作频段和微波通信频段，实现前向探测雷达的高定向性和高增益；同时中心两贴片间设计缝隙形成电容耦合，将微波频段的方向图从端射转变为边射方向；天线集成于高透光率的介质基板上，将天线金属部分在微米尺度上进行网格化。本发明专利技术能够实现微波频段通信天线和毫米波段雷达天线的共口径；结构简单、剖面低、体积小，共形度好，适用于通感一体化移动终端设备；兼顾天线的效率和透明度，实现高性能共口径天线和透明天线的共赢，适于集成于玻璃等透明材质上。质上。质上。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波微波共口径透明天线


[0001]本专利技术属于5G无线通信和天线
，涉及一种毫米波微波共口径透明天线，可用于车辆的通信与雷达探测。

技术介绍

[0002]随着移动通信技术的不断发展，通信速率极大提升，万物互联和自动驾驶在移动通信中愈加重要。自动驾驶汽车一方面需要集成前向探测雷达天线实现障碍物以及车距的探测，另一方面，需要与周围终端和基站进行通信，实时更新通信网络情况，方便使用者做出更好的路径规划。车载雷达天线往往采用毫米波天线以达到较高的探测精度，前向探测雷达还需较高的指向性以及较远的探测距离。而通信天线选用微波频段以确保其较远的通信距离，且需要更好的全向性。
[0003]目前大多数的天线将通信天线和雷达探测感知天线分开设计，通信天线使用鳍状天线或者螺旋线天线，体积较大且影响整体美观。而车载探测雷达只能放置在车体外壳的内部，导致天线损耗较大，影响天线的性能。为了减少路径损耗，获得较远的雷达探测距离，可将雷达天线集成于汽车车窗上，此时需要天线高度透明。同时，可将毫米波天线和微波天线进行一体化设计，减小天线体积。因而，如何设计一个体积小、透明度高的通信、雷达感知一体化天线具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决车载天线中多天线单独设计体积大、剖面高、毫米波雷达天线损耗大等问题，设计了一种应用于汽车车窗上的毫米波天线、微波天线共口径的平面透明贴片天线，微波和毫米波天线完成共口径设计，能够实现75％以上透明度，可安装于汽车车窗。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种毫米波微波共口径透明天线，所述的天线为耦合式的串馈贴片天线，通过将四个高频贴片天线串联并进行耦合馈电，组成1
×
4阵列，其通过微带线进行馈电，使用同一结构实现双频段工作，包括毫米波雷达工作频段和微波通信频段，实现前向探测雷达的高定向性和高增益，同时实现其毫米波天线的高增益和微波天线的宽波束。同时中心两贴片间的缝隙形成电容耦合，可将微波频段的方向图从端射转变为边射方向，实现更好的通信性能。在此基础上，将天线集成于高透光率的介质基板，并将天线金属部分在微米尺度上网格化，进一步提高天线透明度。该天线可应用于自动驾驶汽车车窗，实现通信感知一体化，并提高雷达探测性能。具体结构描述如下：
[0007]一种毫米波微波共口径透明天线，包括介质基板1，金属材质的天线辐射体2和金属地板3，天线辐射体2和金属地板3分别紧贴于介质基板1的上表面和下表面，如图1所示。
[0008]所述的天线辐射体2包括四个金属材质的天线辐射单元201
‑
204，电容耦合馈电结构205，低频天线阻抗变换器207，馈电微带线208，四个天线辐射单元均为贴片结构。四个天
线辐射单元通过串馈线206进行连接，组成1
×
4天线阵列，获得较好的方向性，四个天线辐射单元和馈线206作为整体工作于微波频段；第四个天线辐射单元204通过低频天线阻抗变换器207与馈电微带线208连接，为进一步匹配微波频段工作时的阻抗值。所述电容耦合馈电结构205布置于第二个天线辐射单元202和第三个天线辐射单元203之间，用于形成电容耦合连接，调整电流方向，保持微波频段四个贴片电流方向的一致性，形成边射方向图，同时不影响毫米波段天线的方向图。
[0009]所述的天线辐射单元201
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204的金属部分进行网格化。所述的金属地板3进行网格化设计。其中金属地板3的网格大小与天线辐射单元201
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204的网格大小关系不作要求，可以相等或不等，根据透明度需求进行调整。
[0010]进一步的，所述的四个天线辐射单元201
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204可以为方形贴片或者任意形状的贴片，工作于毫米波频段，其具体尺寸由工作频率确定。天线辐射单元201
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204的尺寸可完全一致或者相近，以实现阵列的高增益。
[0011]进一步的，所述的电容耦合馈电结构205为在第二个天线辐射单元202和第三个天线辐射单元203之间的馈线206中部设计的缝隙结构，可以是多样化的，T形缝隙、折线形缝隙、几字形等非规则形状，为了更好地将感应电流传导至天线辐射单元201和202上，使四个天线辐射单元上电流幅值相近。其设计原理为：四个贴片和馈线作为整体工作于微波频段。然而，直接进行串联馈电的四个贴片会形成反向的电流，导致边射方向出现零点，且方向性较差。因此，在第二个贴片202和第三个贴片203之间设置耦合馈电缝隙205形成电容耦合连接，调整电流方向，保持微波频段四个贴片电流方向的一致性，形成边射方向图，同时不影响毫米波段天线的方向图。电容耦合的缝隙形式可以是多样化的，包括T形、折线形、几字形等等。
[0012]进一步的，为进一步匹配微波频段工作时的阻抗值，使用阻抗变换器207连接天线和微带线。微波频段的低频工作频率可以通过贴片天线单元201的长度、宽度以及单元之间的距离来调整。
[0013]进一步的，所述的介质基板1材质为透明材质，其介电常数为3～4，如PET、石英玻璃等。
[0014]进一步的，所述的天线辐射单元201
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204的金属部分进行网格化，网格尺寸为50～200μm，可根据透明度需求选择不同尺寸。具体如下：
[0015]对图1所示的毫米波微波共口径天线的金属部分进行网格化，如图2、图3所示。金属网格的尺寸决定金属平面的等效电导率和透明度，较大的网格得到更高的透明度，但电导率降低，影响天线效率。网格化流程如下：首先，在高透明度的介质基板1上涂覆光刻胶，在紫外光刻的作用下，光掩膜中的金属网格图案被转移到光刻胶上；然后，通过磁控溅射设备在介质上沉积金属；最后，通过丙酮清洗多余的光刻胶和金属，完成多余金属的剥离，得到网格化的天线辐射单元201
‑
204。
[0016]图2展示本专利技术中天线辐射体金属网格化后的一种结构放大图，401为网格化的金属丝，402为网格化后的空隙。图3展示本专利技术中地板金属网格化后的一种结构放大图，403为网格化的金属丝，404为网格化后的空隙。二者采用不同尺寸正方形金属网格，兼顾效率与可靠性，天线辐射体和地板的网格大小没有严格关系，可以天线辐射体网格较大，也可以地板网格较大，或者二者等大。但网格镂空方式不局限于正方形，可根据需求和技术使用矩
形、圆形、三角形或六边形等等。
[0017]一种毫米波微波共口径透明天线的应用，将其可以放置在车辆玻璃上而不影响驾驶员视线，减少车辆外壳对天线性能的损耗。
[0018]本专利技术的工作过程：射频信号通过微带线208对贴片天线辐射单元进行馈电。贴片天线辐射单元2以及金属地板3的金属均由网格化透明金属丝组成。天线介质基材1采用透明基材，如PET、石英玻璃等。微波频段工作时，射频信号通过阻抗变换器207到达贴片天线辐射单元，贴片天线辐射单元203、204为一组辐射体进行低频信号辐射，通过电容耦合馈电缝隙20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波微波共口径透明天线，其特征在于，所述的天线为耦合式的串馈贴片天线，通过将四个高频贴片天线串联并进行耦合馈电，通过微带线进行馈电，使用同一结构实现双频段工作，包括毫米波雷达工作频段和微波通信频段，实现前向探测雷达的高定向性和高增益，同时实现其毫米波天线的高增益和微波天线的宽波束；同时中心两贴片间设计缝隙形成电容耦合，将微波频段的方向图从端射转变为边射方向；天线集成于高透光率的介质基板上，并将天线金属部分在微米尺度上进行网格化。2.根据权利要求1所述的一种毫米波微波共口径透明天线，其特征在于，所述的透明天线包括介质基板(1)，金属材质的天线辐射体(2)和金属地板(3)，天线辐射体(2)和金属地板(3)分别紧贴于介质基板(1)的上表面和下表面；所述的天线辐射体(2)包括四个金属材质的天线辐射单元(201)
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(204)，电容耦合馈电结构(205)，低频天线阻抗变换器(207)，馈电微带线(208)；四个天线辐射单元均为贴片结构，通过串馈线(206)进行连接，组成1
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4天线阵列，作为整体工作于微波频段；第四个天线辐射单元(204)通过低频天线阻抗变换器(207)与馈电微带线(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，王浩，杨柳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：