一种采用网格型EBG结构的60GHz视觉透明天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供一种在视觉透明天线上加载网格型的邸G结构，并通过调节网格邸G的 线条宽度及间距，从而提出一种具有宽带宽、高增益性能的视觉透明贴片天线，属于电磁传 播与接收的技术领域。
【背景技术】
[0002] 1.60G化毫米波天线技术
[0003] a. 60G化毫米波通信研究存在的必要性和必然性
[0004] 当前无线通信频谱资源越来越紧张 W及数据传输速率越来越高的必然趋势下， 60G化频段无线短距通信技术也越来越受到关注，成为未来无线通信技术中最具潜力的技 术之一。60G化毫米波无线通信技术无需使用复杂技术就可W在较低的信噪比条件下达到 吉比特的传输速率，性能是其他无线传输技术的数十倍。60G化无线信号的方向性很强，使 得几个不同方向的60G化通信信号之间的互干扰非常小，通信系统之间的干扰也很小，可W 忽略不计。近年来，各国政府都在60G化频率附近划分了连续的免执照即可使用的频谱资 源。美国将免许可的频率范围划分为7GHz(57GHz-64GHz)，日本也将其划分为7GHz (59.4GHz-62.9G化），而欧洲更是高达9G化巧7G化-66GHz)。相比而言，超宽带技术的有效带 宽为1.5G化，802. Iln技术的有效带宽约为660MHz，都要远远小于60G化毫米波无线通信技 术能使用的带宽。总而言之，和较低频段相比，毫米波可用的频谱更宽，传输速率更高，信息 容量大，抗干扰性好，元器件尺寸小。并且，60G化频谱资源完全免费，消费者不用负担昂贵 的频谱资源允许费用。因此60G化无线通信炙手可热，成为近距离无线通信领域的研究热 点，吸引了众多公司和研发团体投入到60G化的研究。
[0005] b.60G化毫米波天线技术
[0006] 毫米波传输虽然有W上提到的诸多优势，其本身也有两个显著的缺点：大气吸收 损耗非常严重，在60G化频段氧气吸收高达16化/km;路径损耗非常大，在自由空间条件下比 2GHz频段路径损耗传输高出了30地。为了克服W上两个缺点，可W使系统在60GHz传输功率 很高并使用高增益的天线。在60G化标准组织中最值得关注的IE邸的TG3C小组在2004年举 办了六次会议，42家公司和研究机构提交了47份提案，提案主要内容包括:毫米波天线，半 导体器件，调制方案和信道编码等。其中要求，毫米波天线必须能够提供高增益和高效率。 因此，天线技术成为60G化毫米波无线通信系统的关键技术之一。
[0007] C.视觉透明天线技术的研究现状
[000引视觉透明天线由于其透明和美观的特点，可W用在建筑物窗口、光学平板、移动设 备显示器、车辆或者车辆的挡风玻璃等位置。自1997年起，国内外在视觉透明天线方面取得 了一系列研究成果：（1)在透明板材上采用AgHT-8光学透明介质覆层，在2.3G化和19.5細Z 达到与铜覆层几乎相同的效果（文献1，X. Bao，Y.加 O，and Y. Xiong，"60-GHz AMC-based circularly polarized on-chip antenna using standard 0.1 S-ym CMOS Technology，，， I邸E Trans.Antennas?化opag. ,2012,60(5) ,2234-2241); (2)对五种不同材质覆层的光学 透明天线性能进行了比较，金和银覆层的透明天线具有较好的性能（文献2，H. Sun,Y.Guo, and Z.Wang, ('60-GHz circularly polarized U-slot patch antenna array on LTCC/' IE邸 Trans .Antennas. Propag.，2012，61 (I) ,430-435.); (3)提出了应用于甚高频波段天 线的ITO/Cu/ITO多层技术，作为天线射频特性和透明度之间的折衷选择；（4)提出了采用 Ag/Ti网格双层覆层的视觉透明天线；（5)提出应用于毫米波的视觉透明天线。
[0009] 2.EBG结构在天线中的应用及研究现状
[0010] a. EBG结构的两种特性
[0011] EBG结构有磨茹型和共面紧凑型（文献9，D. Sieve吨iper，L. Zhang，R.F. J.化oas， N.G.AlexopoIus,and E.Yablonovitch,"Highimpedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band,"IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,1999,47(11), 2059-2074。文献 10，F.-R.化ng,K.-P.Ma,Y.Qian,and T.Itoh, "A uniplanar compact photonic-bandgap(UC-PBG)structure and its applications for microwave circuits,"IE邸 Trans.Microw.HieoiT Tech. ,1999,47(8) ,1509-1514)。其中，共面紧凑 型EBG结构由于其制作简单的原因，被广泛研究和采用。经研究发现，周期性的金属结构可 W呈现高阻抗表面或频率选择性表面的特性，经常被称为人工磁导体(AMC，adificial mag-netic conductor)或者电磁带隙结构巧BG，electroma即etiC band-gap) eEBG结构的 两个特性:表面波带隙特性和平面波反射相位特性。表面波带隙特性是指EBG结构对特定频 率的表面波具有高阻抗特性，几乎不允许通过。平面波反射相位特性是指EBG结构对垂直入 射方向-90°~+90°入射波具有同相增强的作用。
[0012] 本发明利用了网格型UC-EBG结构的反射相位特性，在保持尺寸和剖面不变的条件 下极大提高了视觉透明天线的增益性能。
[0013] b. EBG结构在天线设计中的应用及研究现状
[0014] EBG结构在过去十年都是天线性能改进研究中的热点：（1)将电磁带隙结构加载到 LTCC的上S层结构W改善天线的方向性能。（21)(2)将邸G结构加载到反射板上，可与金属 底面形成谐振腔，从而提升天线增益性能。（22)(3)将EBG结构加载到天线下方，获得超宽 带同向反射带隙，并且隔绝导电表面对天线的干扰，避免阻抗失配，明显提升天线增益(23， 24)。（4)将EBG结构加载到阵列天线周围，可有效减少天线单元间的互禪（文献14， M.Coulombe,S.Farzaneh Koodiani,and C.Caloz, ('Compact elongated mushroom(EM)-EBG structure for enhancement of patch antenna array performancesIEEE lYans.Antennas.Propag. ,2010,58(4) ,1076-1086); (5)利用邸G结构的带隙特性，将其加 载到天线基层中，可设计出特定频段的陷波天线。（文献15，L.Peng and C.Ruan, "UWB band-notched monopole antenna design using electromagnetic-bandgap structuresIE邸 Trans .Microw.Hieoiy Tech. ,2011,59(4), 1074-1081)。
[0015] 本发明主要设及将网格型EBG结构与毫米波视觉透明天线结合，设计出了一种基 于网格型电磁带隙结构的60G化高增益宽带视觉透明天线。在没有改变天线尺寸和剖面结 构的情况下极大地拓宽了天线的增益，同时也拓宽了天线带宽。
【发明内容】
[0016] 毫米波天线系统在向着宽带化、高增益、高频化的趋势，本发明的目的在于设计一 种基于网格型UC-EBG结构的60GHz宽带高增益天线，能够覆盖46-72.5G化的范围，增益 6.53dB〇
[0017] 本发明设计的毫米波宽带高增益视觉透明天线选用相对介电常数3.8、0.2mm厚的 Corn ing7980透明板材作为介质基板，福射主体、馈电结构、接地面均采用铜覆层，电磁帯隙 结构采用设计的网格型UC-EBG结构（如图1(b))，通过调节网格型UC-EBG结构的线条宽度及 间距，使其在60GHz频段有优秀的反射相位性能，采用的邸G结构的具体参数为：1 = 1.6mm，a =1.2mm, m=0.48mm, n = 0.04mm, W = 0.02mm，qi = 0.2mm，Q2 = 0.15mm;然后将所设计的网格 型UC-EBG结构应用到天线结构运一层的周围，采用高频模型仿真（High Frequency Structure Simu