用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线及其设置方法

1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线及其设置方法。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，以及无线局域网的普及，家庭中如电视、个人电脑、手机等具有显示屏的可联网设备数量不断增多，功能不断加强。在新通信技术支持下的这些显示屏已经不仅仅是多媒体播放终端，而正在向游戏、购物等多功能方向延伸。因此，对于显示屏控制的需求也在遥控器按键式控制、触屏控制、外设键鼠控制等基础之上，衍生出不需要接触的眼球追踪、手势识别、语音识别等多种控制需求。而这些控制需求的实现，需要高性能的传感系统以及系统结构的合理设计。
3.下一代5g移动通信系统将使用毫米波频段的电磁波进行通信，各类家用智能设备也需要顺应通信技术的发展。而物联网概念的提出，更是对于智能家电的通信系统的设计提出了新的要求。所以智能家电的设计有必要兼顾传感和通信两方面，合理地设计天线阵列，保证功能模块的稳定性。
4.随着智能手机的不断发展，全面屏、可折叠屏幕等拓展手机屏幕面积的屏幕设计将逐渐成为主流。但由于下一代通信技术中所需要的毫米波天线不再能安装于损耗较高的手机背板处，将天线安装在手机正面和扩大手机屏幕面积出现了冲突。因此，利用柔性透明的天线，是对应毫米波通信与全面屏、可折叠屏幕功能冲突的可行解决方案。
5.目前，智能设备的小型化、可折叠化逐渐成为潮流，不仅仅是手机，如家庭电视等显示设备也走上了轻薄化，柔性化的发展道路。这一需求使得电视等传统家电在应用柔性屏幕时，需要与之匹配的天线实现通信功能，因此，能够同时匹配毫米波通信和柔性屏幕的天线设计的重要性越发增加。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
7.为此，本发明的一个目的在于提出一种用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线，该天线可以为通过屏幕进行显示的智能设备提供毫米波通信以及非接触的运动检测功能。
8.本发明的另一个目的在于提出一种用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法。
9.为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线，包括：
10.所述天线为在多边形的基本单元周期性排列构成金属网格上进行电镀后刻蚀或磁控溅射后刻蚀。
11.本发明实施例的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线，采用金属网格结构，通过多边形的基本单元周期性排列实现透明性能，同时多边形的周期性网格结构可以提供更强的抗应力性能，在保证了天线柔性的同时，在受应力的情况下相比四边形等基本单元结构，天线的共振频率等特性的变化更小。
12.另外，根据本发明上述实施例的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线还可以具有以下附加的技术特征：
13.进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述金属网格上制作缝隙天线和贴片天线及其天线阵列。
14.进一步地，在本发明的一个实施例中，通过调整所述金属网格的图案调节所述天线的工作频率和覆盖面。
15.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多边形包括六边形、矩形、菱形和三角形。
16.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述金属网格的材质包括银、铜、镍。
17.进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：直接对所述金属网格进行切割或刻蚀。
18.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述天线安装于屏幕内时，通过透明的粘合胶将垫有透明介电层的所述天线安装于衬底上方。
19.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述天线应用于进行显示的可折叠或非折叠的显示设备，以及具有雷达传感或通信功能的平面玻璃内部。
20.为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法，所述柔性透明屏内天线包括雷达天线与通信天线，包括：将所述雷达天线和所述通信天线同时设置于显示屏中，且所述雷达天线分布于所述显示屏的中心位置，所述通信天线位于所述显示屏的边缘位置。
21.本发明实施例的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法，从空间位置上减小了毫米波雷达天线与毫米波通信天线之间的干扰，并且对于使用者不同的使用情况，可以通过对天线的波束控制实现较好的通信和雷达传感的同时工作。
22.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1为根据本发明一个实施例的天线设计的微观示意图；
25.图2为根据本发明一个实施例的天线设计的贴片天线边缘的微观示意图；
26.图3为根据本发明一个实施例的屏内天线的安装示意图；
27.图4为根据本发明一个实施例的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法示意图；
28.图5为根据本发明一个实施例的天线设置位置示意图；
29.图6为根据本发明一个实施例的一种天线排布方式示意图；
30.图7为根据本发明一个实施例的天线应用于手机屏幕上的一种实施例；
31.图8为根据本发明一个实施例的天线应用于手机底部的具体说明图；
32.图9为根据本发明一个实施例的天线应用于可折叠平面显示设备的一种应用例；
33.图10为根据本发明一个实施例的天线应用于可折叠平面显示设备的另一种实施例；
34.图11为根据本发明一个实施例的天线具体应用于笔记本电脑中的分布位置示意图；
35.图12为根据本发明一个实施例的雷达天线具体应用于笔记本电脑中的工作原理说明图；
36.图13为根据本发明一个实施例的天线应用于大型显示设备如电视等的工作示意图；
37.图14为根据本发明一个实施例的天线应用于汽车前挡风玻璃上的实施例示意图；
38.图15为在智能汽车中，挡风玻璃内透明金属网格天线进行通信的原理示意图。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线。
41.图1为根据本发明一个实施例的天线设计的微观示意图。
42.如图1所示，该用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线为在多边形的基本单元周期性排列构成金属网格上进行制作。
43.在本发明的实施例中，以六边形为例进行介绍，进一步地，多边形可以为六边形、矩形、菱形及三角形等，本发明的实施例不进行具体限定，其他形状的多边形也可以作为本发明的实施方式。
44.如图1所示，该天线采用金属网格结构，通过六边形的基本单元周期性排列实现透明性能，同时六边形的周期性网格结构可以提供更强的抗应力性能，在保证了天线柔性的同时，在受应力的情况下相比四边形等基本单元结构，天线的共振频率等特性的变化更小。
45.在由六边形基本单元构成的金属网格的基础上，可以制作包括但不限于柔性且透明的缝隙天线、贴片天线等结构的天线及天线阵列，且可以通过对金属网格的图案化调节天线工作频率、覆盖面等性能。
46.在天线的制作中，可以使用包括但不限于银、铜、镍等金属作为导电材料。具体包括但不限于电镀后刻蚀，磁控溅射后刻蚀等方法。
47.图2为根据本发明一个实施例的天线设计的贴片天线边缘的微观示意图。
48.参考图2，在进行天线的图案化制作时，尽量让图案边缘保持较好的周期性，如图2中所示的两种边缘图形。边缘周期性较好的周期性金属网格具有更高的透明度。
49.在制作图案化更为复杂的天线时，也可以直接对金属网格进行切割或刻蚀，得到周期性较差的边缘。由于天线尺寸远大于六边形基本单元的尺寸，所以最终得到的天线仍
然能保持较好的透明度和其它性能。
50.在将本发明中的天线安装于屏幕内时，需通过透明的粘合胶将垫有透明介电层的天线安装于衬底(如玻璃)上方，实现天线与下方显示电路、触控电路的有效隔离。同时，可以在无天线分布的屏幕区域添加周期性的金属网格图案，以实现天线更高的透明度。
51.如图3所示，屏内天线安装于屏幕保护层下方，通过介质层实现与下方其它金属走线的电磁隔离，并通过粘附胶实现键合。屏内的触控走线和发光单元层均位于屏内天线的下方。
52.根据本发明实施例提出的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线，采用金属网格结构，通过多边形的基本单元周期性排列实现透明性能，同时多边形的周期性网格结构可以提供更强的抗应力性能，在保证了天线柔性的同时，在受应力的情况下相比四边形等基本单元结构，天线的共振频率等特性的变化更小。
53.图4为根据本发明一个实施例的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法。
54.如图4所示，该用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法，柔性透明屏内天线包括雷达天线与通信天线，包括：
55.s1，将所述雷达天线和所述通信天线同时设置于显示屏中；
56.s2，所述雷达天线分布于所述显示屏的中心位置，所述通信天线位于所述显示屏的边缘位置。
57.将本发明中的天线安装于显示屏中，并同时实现通信和雷达传感功能时，按照雷达天线位于分布于中心位置，通信天线分布于边缘位置的方式进行排布。排布方式参考图5，如下给出的实施例均按照提出的这种排布方式实现本发明中的天线的应用。
58.图6是根据本发明提出的排布方式，实现的一种实施例的工作示意图。可以看到这种排布方式从空间位置上减小了毫米波雷达天线与毫米波通信天线之间的干扰。并且对于使用者不同的使用情况，可以通过对天线的波束控制实现较好的通信和雷达传感的同时工作。
59.图7为根据本发明一个实施例的天线应用于手机屏幕上的一种实施例。
60.参考图7，本发明中的毫米波天线可以安装在手机屏幕的顶部和底部，包括但不限于图中所示的301a，301b，302，303a，303b位置。天线的透明性使其对下方屏幕显示的内容仅有较小的遮挡。这一部分的遮挡可以通过增大天线安装部分的屏幕亮度进行补偿，或是在无天线分布的屏幕的其它部分添加重复的金属网格图案提高整体透明度的一致性。
61.301a和301b毫米波天线安装于手机屏幕的顶部两侧，实现手机的高速短距通信功能。在顶侧的安装位置可以避免人体对毫米波信号的吸收。
62.302毫米波天线安装于手机屏幕上边缘。此位置的毫米波天线可以用作毫米波雷达，实现视线追踪、手势识别等功能，同时此位置也可共同安装手机前置摄像头模块，以节约屏幕上空间。
63.303a和303b毫米波天线安装在手机屏幕的下半部分，用于实现通话时的毫米波通信。使用者使用手机进行通话时，使用者头部会对屏幕顶部的天线产生遮挡。手机屏幕下半部分的天线可以保证正常的低吸收率的信号传输。
64.301a，301b，303a，303b毫米波天线沿手机中心轴线对称分布。在使用者横屏使用
手机时，对称分布的天线可以选择传输损耗较小的一侧进行通信，减小横屏使用时使用者手部对毫米波信号的吸收。
65.图8为根据本发明一个实施例的天线应用于手机底部的具体说明图。
66.参考图8，本发明中的应用于手机屏幕底部的毫米波天线如401a，401b所示。图中的402为手机底部的麦克风，有线通信接口等模块。
67.401a和401b天线的主要覆盖范围为垂直于手机屏幕的半球面方向。这一传输方向可以使天线的信号发送和接收较少受到安装在手机屏幕底部的其它模块的干扰。同时，天线的馈电网络分布在其它模块的信号传输网络的上层，实现较小的接收干扰。
68.图9为根据本发明一个实施例的天线应用于可折叠平面显示设备的一种应用例。
69.参考图9，可折叠平面显示设备可沿图中所示的中心轴线折叠。本发明中的天线可应用于类似于501a，501b，501c，501d所示的屏幕边缘区域，或类似于502a，502b，502c所示的屏幕中心区域。
70.类似于501a，501b，501c，501d屏幕边缘区域的毫米波天线可用于平面显示设备的毫米波通信。四角对称的分布结构可以让平面显示设备在不同手握或摆放条件下，均有传输损耗较低的天线实现正常的通信功能。
71.类似于502a，502b，502c的屏幕中心区域的毫米波天线可用于毫米波雷达传感。多位置的分布可以实现不同方位的雷达传感，从而分别实现运动监测，手势识别，辅助语音识别等多种功能。同时，屏幕中心区域的毫米波天线也可以实现与其它外置设备的无线通信功能，如外设鼠标、键盘、手柄、遥控器等。
72.在传感及通信功能较多的平面显示设备上，屏内天线的分布相对密集。本发明中的金属网格天线具有足够的柔性，可以安装在类似于502a的位于转轴上方的屏幕内的位置，从而保证了屏内天线的密集分布的实现。因此，本发明中的天线可以广泛且密集地应用于柔性或非柔性屏幕中。同时，密集分布的天线之间的干扰可以通过设计工作在不同频段的天线，以及不同功能分时进行的设计解决。
73.图10为根据本发明一个实施例的天线应用于可折叠平面显示设备的另一种实施例。
74.参考图10，对于较小型的可折叠显示设备，如可折叠手机，较小型的可折叠平板电脑等，存在折叠面的内外侧均有屏幕分布的设计。在此实施例中，仅分布于内侧的毫米波天线无法在折叠后使用外侧屏幕的情况下进行低损耗的正常通信，于是需要在内外侧屏幕均添加毫米波天线。图中601a为外侧屏幕内的毫米波天线，602b为内侧屏幕内的毫米波天线。
75.图10中所示的天线分布位置仅用于指示内外侧均有分布的情况，而不表示天线具体分布在屏幕的中心。根据天线功能的不同，天线可分布在内外侧屏幕的不同位置。整体上仍可保持如图9所示的通信天线位于边缘，雷达传感天线位于中心位置的分布。
76.可折叠设备折叠时，可通过601a所示的外侧的毫米波天线进行通信或雷达传感。可折叠设备展开时，根据所持姿势的不同，可以选择外侧或如601b所示的内侧的通信天线进行通信，同时通过内侧分布的天线实现雷达传感功能。
77.图11为根据本发明一个实施例的天线具体应用于笔记本电脑中的分布位置示意图。
78.参考图11，本发明中的天线也可应用于笔记本电脑显示屏、台式计算机显示屏、电
视显示屏等大型屏幕内。图中701a，701b为分布在屏幕边缘处用于通信的毫米波天线，702a，702b，702c为分布在屏幕偏中心部分用于多种不同运动监测功能的毫米波雷达天线。
79.参考图11，分布在屏幕偏上方702a位置的毫米波雷达监测使用者头面部的运动信息，可实现眼动检测功能。分布在屏幕中心702b位置的毫米波雷达监测屏幕正前方的人体大幅度运动信息，可实现手势识别、用户使用状态检测等功能。分布在屏幕下方702c位置的毫米波雷达检测使用者喉胸部的运动信息，可实现辅助的语音识别功能。
80.参考图11，702a，702b，702c毫米波雷达根据监测运动信息的幅度不同，采用不同的工作频率。其中702a，702c监测运动的幅度较小，702b监测运动的幅度较大，可以实现较好的分频分空间工作。
81.本发明中的天线应用于运动传感领域，所获取的信息为人体等吸收毫米波的阻挡物的运动数据。相比于光学摄像头进行的运动传感，无需获取额外的视频信息，监测和识别精度高，且数据泄露带来的风险更小，安全性强。
82.图12为根据本发明一个实施例的雷达天线具体应用于笔记本电脑中的工作原理说明图。
83.参考图12，使用者在使用笔记本电脑时，屏内不同位置的雷达天线可以实现眼动监测、喉部振动监测、手势识别等多种功能。同时，由于使用者相对屏内天线位置的变化会导致小幅度运动传感的精度变化很大，所以小幅度运动传感之前，需要先进行大幅度运动传感探测使用者坐姿，从而更精确地实现雷达运动传感。
84.图13为根据本发明一个实施例的天线应用于大型显示设备如电视等的工作示意图。
85.参考图13，不同功能的通信天线和雷达天线分别分布在电视的边缘和中心位置，实现对使用者运动的雷达传感，以及和无线控制设备、通信终端之间的通信。
86.本发明中通过屏内天线进行无线控制的电视直接与无线控制设备进行通信，相比于传统的网络电视，减轻了内网通信的压力，且无线控制设备不必须接入网络，可以应对更多样的使用情况。同时，采用毫米波而非红外遥控的方式可以兼容更多样的无线控制设备，在主要控制设备丢失的情况下更容易找到兼容的控制设备进行控制。
87.本发明中通过屏内的毫米波雷达天线进行使用者运动的传感，从而可以实现手势识别控制、使用状态检测等功能。采用屏内天线的运动传感可以节约电视的总面积，且相比于光学探测传感无隐私安全问题。
88.图14为根据本发明一个实施例的天线应用于汽车前挡风玻璃上的实施例示意图。
89.参考图14，多天线在汽车前挡风玻璃上的排布仍可采用通信天线边缘分布，雷达天线中心分布的形式。汽车接入物联网通信、智能驾驶等需求要求在汽车上安装大覆盖面的传感雷达及毫米波通信天线。由于汽车外壳主要由金属组成，对毫米波信号的吸收较强，所以将毫米波通信天线安装于挡风玻璃上可以减少传输损失。
90.参考图14，安装在挡风玻璃内侧的屏内通信天线可分布于玻璃的角落处，从而进一步减小对驾驶员视线的影响。具体安装方式同样可采用透明粘合胶粘合的方式，并在天线外侧加涂绝缘防水涂层对天线进行保护。相比于传统的印刷在玻璃内部的天线，本发明中的天线不遮挡视线，可以安装在前后挡风玻璃上，在多种传输方向上均可以减少传输损失。
91.同时，可利用本发明中的金属网格天线结构制作毫米波识别标签，贴于玻璃边缘，从而代替传统的纸质贴装的车辆年检及保险标志等。毫米波识别标签相比于传统标志透明度高，对驾驶员视线影响小。而且通过将毫米波识别标签与车辆信息绑定的方法可以进一步防止造假。
92.图15为在智能汽车中，挡风玻璃内透明金属网格天线进行通信的原理示意图。
93.参考图15，挡风玻璃内的毫米波天线可以与附近车辆、路边或高处的固定基站，路口处的联网摄像头等设备进行通信。前后挡风玻璃上的天线或天线阵列可以分频接收不同数据，从而实现共时的多向通信功能。
94.需要说明的是，前述对天线实施例的解释说明也适用于该实施例的设置方法，此处不再赘述。
95.根据本发明实施例提出的用于通信和毫米波雷达传感的柔性透明屏内天线的设置方法，从空间位置上减小了毫米波雷达天线与毫米波通信天线之间的干扰，并且对于使用者不同的使用情况，可以通过对天线的波束控制实现较好的通信和雷达传感的同时工作。
96.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
97.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
98.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。