一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线及其制备方法

1.本发明涉及卫星通信领域，是一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线及其制备方法。


背景技术：

2.在实现圆极化的诸多天线形式当中，采用共面波导结构馈电的天线具有剖面低、尺寸小、易于印刷、易于与微波电路集成等特点，其实现圆极化的方式也多种多样，如在中心导体上加载不同形状、不同角度的枝节；引入寄生单元；在地板上添加缝隙与枝节等。相比于微带贴片天线，共面波导馈电天线的馈线与接地层位于同一层，且具有更宽的阻抗带宽，更低的辐射损耗，可广泛应用于卫星通信领域。
3.此外，天线的可卷曲程度与透明度对其使用领域有很大影响。柔性天线具有易与其他设备共形以及可穿戴的特性，故可以应用在多种复杂环境与不规则设备当中；天线的透明度直接影响天线的隐秘性与美观性，在一些特殊场景下，透明天线发挥着极其重要的作用。
4.目前存在的天线大多以铜作为导电材料，0.035mm的铜膜不仅影响天线的可视度，更对其卷曲程度造成较大的影响，使天线的应用场景受到限制。且传统的微带天线带宽较窄，为拓宽带宽经常采用增加厚度的方法，无疑违背了现代天线对于小型化的需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线，其具有单层结构，天线辐射体具有柔性透明特性，可用于卫星通信领域。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线，包括介质基板、矩形环接地面、中心馈线、正交矩形枝节、铜结构；其中，
7.所述矩形环接地面为环形结构，在所述环形结构左下方和右下方对称开设矩形槽，在馈线位置开一长缝隙；
8.所述中心馈线为两条传输线，构成t字型，其末端与所述铜结构连接，同时在馈电端口两侧增加了缺陷结构；
9.所述正交矩形枝节与所述接地面相接，与所述中心馈线中间留有缝隙，横向枝节长度略大于纵向枝节，两枝节宽度与t型长馈线宽度相同；
10.所述铜结构与所述中心馈线连接处为沙漏型结构，与接地面连接处为梯形结构。
11.进一步地，还包括sma接头，所述sma接头的探针与所述馈线连接，所述馈线与所述矩形环接地面通过所述sma接头相连馈电。
12.进一步地，所述介质基板的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、透明玻璃中的一个或多个。
13.所述介质基板采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)板材有机玻璃制成，所述用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)板材有机玻璃的介电常数为2-3，损耗角正切为0.02以下，厚度为0.1～
3mm。
14.进一步地，所述矩形环接地面、所述中心馈线、所述矩形枝节均为透明导电薄膜。
15.进一步地，所述透明导电薄膜为石墨烯薄膜、铟锡氧化物薄膜、银纳米线薄膜中的一个或多个。
16.进一步地，所述矩形环接地面、所述中心馈线、所述矩形枝节采用透明导电薄膜制成。
17.进一步地，所述柔性透明的小型化圆极化天线工作频段为1930-2270mhz。
18.本发明的目的之二在于提供一种上述目的之一的小型化卫星圆极化天线的实现方法，该方法能制备出柔性透明的小型化卫星圆极化天线。
19.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
20.在透明导电薄膜上制备中心馈线、矩形环接地面、正交矩形枝节；其中，所述中心馈线、矩形环接地面与所述正交矩形枝节均在同一片透明导电薄膜上一起制备，且所述矩形环接地面一侧与所述横向矩形枝节末端连接，所述馈线与接地面之间留有缝隙；
21.预先制备介质基板；
22.在所述介质基板和透明导电薄膜之间涂抹液态光学胶，利用覆膜机挤压出光学胶当中的空气，利用紫外光曝光来固化光学胶，将介质基板与导电薄膜粘合在一起，形成接地面与中心馈线位于介质基板同一侧的结构。
23.与现有技术对比，本发明具有以下优点和效果：
24.本发明公开了一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线，其采用透明基板材料及透明导电薄膜制成，剖面较低，结构简单，由于材料的透光和可卷曲特性，该天线易于携带与集成，进一步地，该天线采用共面波导方式馈电，有效拓宽了带宽，降低了剖面，通过对矩形环接地面以及其开槽尺寸的调整，可以展宽天线的频带；进一步地，通过加载与接地面相接的两个正交矩形枝节可以产生相位相差90度的两个线极化模式，从而实现圆极化特性。使得该天线可以用于卫星通信领域。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
26.图1为本发明的一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线的一实施例的整体结构示意图；
27.图2(a)为本发明的一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线的俯视图；
28.图2(b)为本发明的一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线的底视图；
29.图2(c)为本发明的一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线的侧视图；
30.图3为图1中柔性透明的小型化卫星圆极化天线的回波损耗图像；
31.图4(a)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线低频段中心频率f
01
＝1995mhz处辐射特性仿真三维增益方向图；
32.图4(b)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线低频段中心频率f
01
＝1995mhz处辐射特性仿真xoz面的增益方向图；
33.图4(c)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线低频段中心频率f
01
＝1995mhz处辐射特性仿真yoz面的增益方向图；
34.图4(d)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线低频段中心频率f
01
＝1995mhz处的轴比仿真图；
35.图5(a)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线高频段中心频率f
02
＝2185mhz处辐射特性仿真三维增益方向图；
36.图5(b)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线高频段中心频率f
02
＝2185mhz处辐射特性仿真xoz面的增益方向图；
37.图5(c)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线高频段中心频率f
02
＝2185mhz处辐射特性仿真yoz面的增益方向图；
38.图5(d)为本发明中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线高频段中心频率f
02
＝2185mhz处轴比仿真图。
39.附图标记：1为介质基板，2为矩形环接地面，3为纵向矩形枝节，4为横向矩形枝节，5为中心馈线，6为铜结构，7为sma接头。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
41.所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
42.实施例1
43.参考图1，为本发明一种柔性透明的小型化卫星圆极化天线的结构示意图，以及图2(a)-图2(c)，该天线结构包括：介质基板1、矩形环接地面2、纵向矩形枝节3、横向矩形枝节4、中心馈线5、铜结构6以及sma接头7；其中，
44.矩形环接地面2在左右两侧对称开槽，且与纵向矩形枝节3、横向矩形枝节4相接；其中，矩形环接地面2设计为环形结构以增大电流路径，改善阻抗匹配性能；
45.矩形环接地面2与中心馈线5之间设计有0.5mm宽的缝隙，以得到50欧姆特性阻抗；
46.sma接头7的探针与中心馈线5连接，所述馈线与所述矩形环接地面通过所述sma接头相连馈电。
47.本实施例中，介质基板1可采用透明基板材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、透明玻璃等制成。在实施例中，该天线采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，且其介电常数为2.45，厚度为2.6mm(该介质板也可采用工作频段在1980-2200mhz范围内，具有稳定介电常数的其他透明基板材料，其厚度由天线工作频段及尺寸决定)。纵向矩形枝节3与横向矩形枝节4是为了产生相位差，实现天线圆极化性能；铜结构5是为了改善
电连接性能。
48.优选地，矩形环接地面2、纵向矩形枝节3、横向矩形枝节4与中心馈线5可采用透明导电材料，例如铟锡氧化物薄膜、银纳米线薄膜、石墨烯薄膜等制成。
49.进一步地，本实施例中的柔性透明的小型化卫星圆极化天线的工作频率为1930-2270mhz。
50.具体地，本实施例中还提供一种制作上述天线的方法：首先在透明导电薄膜上制备天线辐射体结构与地面，制备方式选用光刻技术，通过对印有天线结构图案的掩模版进行导电膜覆膜、紫外线曝光、显影、刻蚀、去膜的流程，可以得到所需的透明导电薄膜。在本实施例中，需要将制作好的印有天线结构的导电膜与透明介质基板粘合在一起，由于共面波导结构制备较为简单，故只需要在介质板的一侧进行粘合操作。具体地，在介质基板和透明导电薄膜之间涂抹液态光学胶，利用覆膜机挤压出光学胶当中的空气，同时加大覆膜机压力防止产生气泡，利用紫外光曝光来固化光学胶进行粘合。最后，将sma端口一端与中心馈线连接，另一端与矩形环接地面相连，即可制备出柔性透明地圆极化卫星天线了。
51.实施例2
52.基于实施例1中体现，本实施例中设计了一个柔性透明的小型化卫星圆极化天线，采用全波电磁仿真软件对该天线进行了性能仿真，仿真实验结果验证了本发明所提出的采用共面波导馈电以及加载枝节实现小型化卫星圆极化天线的可行性和有效性。
53.具体地，通过在矩形环接地面上加载两正交矩形枝节并采用共面波导中心馈线，可产生两个正交且相位相差90度的电场分量，进而实现圆极化特性。矩形环接地面通过开两对称槽以及长缝隙拓宽了天线带宽，改善了阻抗匹配；天线低频段1980-2010mhz及高频段2170-2200mhz的回波损耗如图3所示，由图可知，天线在1930-2270mhz的回波损耗均小于-10db，满足天线性能要求；与传统微带贴片天线实现圆极化的方式不同，该天线不需要采用层叠结构以及馈电网络，馈线与接地面位于介质板同侧，减小了制备难度与加工误差。
54.图4(a)-图4(d)及图5(a)-图5(d)分别为在低频段中心频率f
01
＝1995mhz及高频段中心频率f
02
＝2185mhz时的天线增益及轴比方向图的仿真结果，f
01
＝1995mhz时天线的最大增益为2.55dbi，f
02
＝2185mhz时天线的最大增益为2.73dbi，且低频段和高频段的轴比均小于3db，这些图表征了该天线的辐射特性，证明本发明中的小型化卫星圆极化天线辐射性能良好，增益和轴比特性均较好。
55.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。