一种圆极化天线及通信设备的制作方法

1.本技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种圆极化天线及通信设备。
技术背景
2.随着物联网和5g时代的到来，移动终端向着超薄化和多功能化的方向发展，因此对天线性能的要求也越来越高，但是留给天线的设计空间却极其有限。传统的金属天线会严重影响人们的视觉感受，降低其美观性，但是光透明天线凭借其易共形、隐蔽、高光学透明性和良好导电性这些优点克服了这些影响，成为汽车玻璃、建筑窗口、智能屏幕显示器、太阳能电池板以及可穿戴设备等领域的研究热点。
3.圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任何极化天线收到，具有旋向正交性和高极化隔离度，因此广泛应用于车载导航、卫星通信等领域。
4.传统的圆极化天线主要由参考地、介质板和金属贴片组成，不具有透光性，需要提供一种既能满足透光性要求的情况下且可以保证圆极化天线性能的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种圆极化天线及通信设备，解决圆极化天线的透光性问题，在不影响圆极化天线性能的情况可以提高圆极化天线的透光性，适用于更多的场景。
6.第一方面，本技术提供了一种圆极化天线，圆极化天线包括：贴片、参考地、介质基板，其中：
7.所述介质基板位于所述贴片与参考地之间，采用透明介质材料；
8.所述贴片采用透明导电材料，包括辐射部和馈电部，所述辐射部通过切角进行圆极化辐射，所述辐射部的中部为镂空部分，所述辐射部通过所述馈电部连接至馈电端；
9.所述参考地采用透明导电材料并连接至地端。
10.在一个或多个可能的实施例中，辐射部的外形为两个角带切角的矩形，且带切角的两个角为对角，所述馈电部位于所述辐射部的一侧向外延伸，所述辐射部与延伸方向平行的两侧具有t型缝隙，所述两侧的t型缝隙的开口较大的缝隙部靠近所述辐射部的中心。
11.在一个或多个可能的实施例中，上述透明导电材料为金属氧化物薄膜、多层薄膜和金属网格中的任一种材料。
12.在一个或多个可能的实施例中，所述透明导电材料为铟锡氧化物ito薄膜。
13.在一个或多个可能的实施例中，所述贴片或参考地的厚度及所述透明导电材料的电导率所对应表面电阻rs位于满足天线性能要求的电阻范围内，所述贴片或参考地的厚度所对应的透光率大于设定透光率阈值。
14.在一个或多个可能的实施例中，采用如下方式确定所述贴片或参考地的厚度：
15.根据表面电阻与透光率的关系曲线，确定透光率大于设定透光率阈值且对应的电阻位于电阻范围的一个目标表面电阻；
16.根据表面电阻与透明导电材料的电导率及厚度的关系，确定所述目标表面电阻对
应的目标厚度为所述贴片或参考地的厚度。
17.在一个或多个可能的实施例中，所述圆极化天线的尺寸参数采用如下方式确定：
18.确定贴片或参考地的厚度后，确定所述贴片和参考地的待选平面尺寸参数；
19.确定采用所述待选平面尺寸参数的圆极化天线在不同频率下进行信号收发的频带内反射，根据频带内反射确定是否满足圆极化天线性能要求；
20.确定采用所述待选平面尺寸参数的圆极化天线在不同辐射角度的轴比，根据轴比分布确定是否满足圆极化天线性能要求。
21.若均满足圆极化天线性能要求，确定所述待选平面尺寸参数为圆极化天线的尺寸参数，否则调整贴片和参考地的待选平面尺寸参数重新确定是否满足圆极化天线性能要求。
22.第二方面，本技术实施例提供了一种通信设备，所述通信设备包括所述圆极化天线。
23.在一个或多个可能的实施例中，所述圆极化天线与所述通信设备的其他部件共形。
24.在一个或多个可能的实施例中，所述通信设备包括多个形成阵列的圆极化天线。
25.本技术实施例提供的圆极化天线，相较于传统的圆极化天线，提高了天线的透光性，在不影响辐射性能的前提下，贴片中心进行镂空设计，提高了天线的透光性，同时镂空设计可以保证圆极化天线的性能更好；贴片和参考地采用透明导电材料使得天线支持共形，也提高了天线的透光性，适用于更多的场景。
26.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为根据本技术一个实施例的应用环境的示意图；
29.图2为根据本技术一个实施例的圆极化天线的整体示意图；
30.图3为根据本技术一个实施例的圆极化天线的尺寸参数示意图；
31.图4为根据本技术一个实施例的表面电阻与透光率的关系曲线图；
32.图5为根据本技术一个实施例的频带内反射曲线图；
33.图6为根据本技术一个实施例的轴比曲线图；
34.图7为根据本技术一个实施例的不同频率下的轴比曲线图；
35.图8为根据本技术一个实施例的仿真增益曲线图；
36.图9为根据本技术一个实施例的通信设备终端示意图；
37.图10为确定贴片或参考地的厚度的具体流程图；
38.图11为确定圆极化天线的尺寸参数的具体流程图。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.传统微带圆极化天线由参考地、介质版和金属贴片组成，其参考地和贴片一般采用金属材料，不具有透光性；影响人们的视觉感受，降低了美观性，为了使圆极化天线变得透明增加其美观性使其应用在更多场景，本技术提供了一种圆极化天线及通信设备，该通信设备可以是与网络侧设备通信的终端，该终端可以是无线通信系统中的终端，一种可能的应用场景为卫星通信系统中的终端，本技术实施例的应用场景包括如下至少一种：
41.首先参见图1，其为本技术实施例提供的应用环境示意图，该应用环境中包括地面控制站101、位于轨道面上的多个卫星及终端103，示例性地，包括图中的卫星102-1、卫星102-2、
……
、卫星102-n，其中，n为正整数，实际中根据具体需求和场景决定n的大小。首先，地面控制站201用于确定卫星的控制指令；然后将控制指令上传到卫星，卫星102-1、卫星102-2、
……
、卫星102-n将根据控制指令进行运动控制或其他控制；卫星102-1、卫星102-2、
……
、卫星102-n将本身的运行状态实时反馈到地面控制站101，地面控制站101根据卫星102-1、卫星102-2、
……
、卫星102-n的工作状态对控制指令进行调整，地面控制站101与终端103通信，终端103通过地面控制站101经卫星与其他终端通信，比如与终端104通信，终端104为目的终端，终端103将通信数据传输到通信的目的终端104。同理，终端103也可以通过地面控制站101经卫星与其他终端通信。
42.本技术实施例提供的圆极化天线，如图2所示，包括贴片201、参考地202、介质基板203，其中：
43.介质基板203位于贴片201与参考地202之间，采用透明介质材料，按照从上到下的顺序依次为贴片201、介质基板203和参考地202，介质基板可以但不限于采用透明玻璃；
44.贴片201采用透明导电材料，包括辐射部201a和馈电部201b，辐射部201a通过切角进行圆极化辐射，辐射部201a的中部为镂空部分，辐射部201a通过馈电部201b连接至馈电端，馈电端可以与天线外部的电路连接，从电路接收信号，将接收的信号通过辐射部201a发射，或者通过辐射部201a接收信号，将接收的信号通过馈电部201b传输至馈电端，由馈电端传输至电路进行处理，实现双向通信；
45.参考地采用透明导电材料并连接至地端。
46.在一个或多个可能的实施例，贴片和参考地采用相同的透明导电材料，当然，也可以选用不同的透明导电材料。
47.在一个或多个可能的实施例中，介质基板203采用透明介质材料，选用透明材料是为了保证圆极化天线的透明化，能够透过更多的光线，本技术可以但不限于采用介电常数为6.0的透明玻璃，既可以满足光透明的条件又不影响天线的性能；贴片201采用透明导电材料也是为了增加天线的透光性，在不影响圆极化天线的性能的情况下在辐射部挖出矩形镂空部分，可以使更多的光线透过贴片，增加圆极化天线的透光率，同时作为圆极化天线，辐射部进行了切角，实现圆极化辐射；贴片和参考地采用透明导电材料使得天线支持共形，提高了天线的隐蔽性，可适用于更多的场景。
48.在一个或多个可能的实施例中，上述透明导电材料为透明度高且导电性能良好的材料，上述透明导电材料为金属氧化物薄膜、多层薄膜和金属网格中的任一种材料。
49.在一个或多个可能的实施例中，上述透明导电材料为铟锡氧化物ito薄膜，贴片和参考均选用该导电性能良好的ito薄膜，通过设置合理的厚度在保证天线性能的同时使天线具有良好的透光性。
50.本技术中采用的透明导电材料为金属氧化物薄膜，金属氧化物薄膜同时具有光透性和导电性，满足光透明圆极化天线的设计，从金属氧化物薄膜中选用铟锡氧化物ito薄膜作为贴片和参考地的材料；铟锡氧化物ito薄膜可以在高于1400℃及严酷的环境中使用，例如气体涡轮、喷气引擎、还有火箭引擎，用途广泛。
51.在一个或多个可能的实施例中，馈电部作为馈电线，本技术采用微带线馈电，可以连接天线与收发信机之间的电信号能量。
52.在一个或多个可能的实施例中，如图3所示，辐射部的外形为两个角带切角的矩形，且带切角的两个角为对角，馈电部位于辐射部的一侧向外延伸，辐射部与延伸方向平行的两侧具有t型缝隙，两侧的t型缝隙的开口较大的缝隙部靠近辐射部的中心。需要说明的是，本技术实施例中切角的两个角为对角，其中一种情况如图3所示，切角的位置不同圆极化天线在接收或发出信号的时候的方向就不同；也可以采用另外为对角的两个角进行切角。本技术实施例采用曲流技术，在贴片上刻蚀t型缝隙，可以增加电流路径，实现圆极化天线的小型化。
53.如前所述，通过设置合理透明导电材料的厚度在保证天线性能的同时使天线具有良好的透光性，上述镂空部分面积越大，透光性越好，上述贴片和参考地的厚度越厚，透光性越差。在确定选用的透明导电材料薄膜后，透明导电材料薄膜的电导率是确定的，由于贴片和参考地的表面电阻rs与厚度成反比关系，因此选择的透明导电材料薄膜的厚度越薄，贴片和参考地的表面电阻rs越大，而为了保证天线性能，贴片和参考地的表面电阻rs是有一个合理的范围，因此需要在满足天线性能的表面电阻rs范围内，选择一个满足透光率要求的薄膜厚度。
54.在一个或多个可能的实施例中，贴片或参考地的厚度及透明导电材料的电导率所对应表面电阻rs位于满足天线性能要求的电阻范围内，贴片或参考地的厚度所对应的透光率大于设定透光率阈值。
55.在一个或多个可能的实施例中，在确定具体采用的透明导电材料后，采用如下方式确定贴片或参考地的厚度，具体流程图如图10所示：
56.步骤s1001，选用的透明导电材料为铟锡氧化物ito薄膜；
57.步骤s1002，确定选用材料的电阻范围；
58.所选用的材料的表面电阻的大小不能对天线的性能有影响。
59.步骤s1003，确定选用材料的表面电阻与透光率的关系；
60.上述表面电阻与透明导电材料的电导率及厚度的关系具体可以采用如下方式确定：
[0061][0062]
其中，rs为表面电阻，t为具透明导电材料的薄膜厚度；
[0063]
根据表面电阻与透光率的关系曲线，确定透光率大于设定透光率阈值且对应的电阻位于电阻范围的一个目标表面电阻，该表面电阻与透光率的关系曲线可以通过表面电阻与薄膜厚度的关系式，及薄膜厚度与透光率的关系得到。
[0064]
步骤s1004，确定选用材料的厚度；
[0065]
根据表面电阻与透明导电材料的电导率及厚度的关系，确定目标表面电阻对应的目标厚度为贴片或参考地的厚度。
[0066]
在贴片和参考地的材料选择为铟锡氧化物ito薄膜时，铟锡氧化物ito薄膜的电阻rs大小会影响圆极化天线的性能好坏，铟锡氧化物ito薄膜的厚度t大小会影响透光率的大小，透光率与表面电阻的曲线图如图4所示，横轴表示表面电阻的大小，纵轴表示透光率的大小，根据设定的透光率的阈值就可以得到对圆极化天线性能影响较小的电阻范围；铟锡氧化物ito薄膜的电导率为σ＝1.2
×
105s/m，根据上述公式就可以计算出铟锡氧化物ito薄膜的厚度，综上就可以得到透光率满足要求同时又不影响圆极化天线性能的薄膜的厚度，经过上述计算参考地与贴片的厚度t。
[0067]
在一个或多个可能的实施例中，圆极化天线的尺寸参数采用如下方式确定，具体流程图如图11所示：
[0068]
步骤s1101，确定贴片或参考地的厚度后，确定贴片和参考地的待选平面尺寸参数；
[0069]
步骤s1102，确定采用待选平面尺寸参数的圆极化天线在不同频率下进行信号收发的频带内反射，根据频带内反射确定是否满足圆极化天线性能要求；
[0070]
步骤s1103，确定采用待选平面尺寸参数的圆极化天线在不同辐射角度的轴比，根据轴比分布确定是否满足圆极化天线性能要求；
[0071]
步骤s1104，若均满足圆极化天线性能要求，确定待选平面尺寸参数为圆极化天线的尺寸参数，否则调整贴片和参考地的待选平面尺寸参数重新确定是否满足圆极化天线性能要求。
[0072]
具体的如图3所示，上半部分为贴片的俯视图，下半部分为圆极化天线的侧视图，圆极化天线的选用材料以及贴片和参考地的厚度t已经确定，接下来就要确定圆极化天线的尺寸参数；确定参考地的尺寸，参考地为一个矩形具有长和宽，参考地的长度尺寸为a，参考地的宽度尺寸为b，参考地的尺寸可以确定其他部件的尺寸大小；介质基板的厚度为h，辐射部在进行切角之前为尺寸大小为d的正方形，辐射部的其中一对对角进行了切角操作，切角的两个垂直边的边长大小为s，辐射部通过切角进行圆极化辐射；辐射部还具有两个t型缝隙，t型缝隙的尺寸图如图3所示，参数分别为靠近侧边的窄缝隙的宽度为l1、靠近侧边的窄缝隙的高度为l2、靠近中心的宽缝隙的高度为l3、靠近中心的宽缝隙的宽度为l4，t型缝隙可以增加电流路径，实现圆极化天线的小型化；辐射部中间具有一个正方形的镂空部分，正方形的镂空部分的尺寸为l5，正方形的镂空部分可以增加圆极化天线的透光率，提高透光性；圆极化天线还具有馈电部，馈电部为馈电线，馈电线的长度为l宽度为w，辐射部通过馈电部连接至馈电端，可以使圆极化天线进行正常的收发信号。
[0073]
当上述参数确定之后，需要对圆极化天线的性能进行试验，以便于确定的参数是否满足圆极化天线性能的要求，为了节省人力及物力，可以在仿真软件中对确定好参数的圆极化天线进行仿真，观察仿真后的数据，确定是否满足圆极化天线性能要求。
[0074]
当参数确定之后就在仿真软件中进行仿真，看是否满足圆极化天线的要求；经过仿真实验之后，得出来一组可以使圆极化天线正常使用的参数，分别为参考地a＝31mm,b＝27mm，t＝1000nm，介质基板厚度h＝3.5mm，辐射部尺寸d＝20mm，切角尺寸s＝6mm，倒t形结构t型缝隙l1＝1mm，l2＝1.5mm，l3＝2mm，l4＝8mm，正方形镂空部分l5＝8mm，馈电线长度l＝5.5mm，宽度w＝4mm；如图5所示，横轴为频率大小，纵轴为频带内反射大小，圆极化天线在3.4ghz-4.1ghz频带内反射小于-10db；如图6、7所示，横轴表示辐射角度，纵轴表示本技术的圆极化天线的轴比，图6是3.6ghz频率下辐射角度与轴比的曲线图，图7是3.8ghz频率下辐射角度与轴比的曲线图，3.6ghz和3.8ghz的轴比小于3db，符合圆极化天线的性能指标；如图8所示，横轴表示辐射角度，纵轴表示仿真增益，仿真增益最大为6.4dbi，综上满足圆极化天线的要求。
[0075]
本技术实施例还提供一种通信设备，该通信设备包括如上述实施例提供的圆极化天线，具体实施方式参见上述描述，这里不再重述。
[0076]
在一个或多个可能的实施例中，圆极化天线与通信设备的其他部件共形。
[0077]
具体的，通信设备是由圆极化天线与其他设备的部件构成的，可以在许多领域发挥巨大的作用，通过圆极化天线与设备的外形结构一致，会尽量减少现有结构参数的影响。
[0078]
在一个或多个可能的实施例中，通信设备包括多个形成阵列的圆极化天线。
[0079]
具体的，圆极化天线可以形成阵列，将一定数量的圆极化天线按一定的方向排列就可以构成辐射系统就是天线阵，单一的天线在性能和功能上都是有限的，阵列的性能远远大于单一的天线，随着不同的排列方式，阵列的方向特性、阻抗特性、频率特性等也都会随之变化。
[0080]
本技术实施例提供的通信设备为终端，如图9所示，包括：
[0081]
处理器901、存储器902、收发机904、圆极化天线905以及总线接口903。
[0082]
处理器901负责管理总线架构和通常的处理，存储器902可以存储处理器901在执行操作时所使用的数据。收发机904用于在处理器901的控制下通过圆极化天线接收和发送数据。
[0083]
总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器901代表的一个或多个处理器和存储器902代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。处理器901负责管理总线架构和通常的处理，存储器902可以存储处理器901在执行操作时所使用的数据。
[0084]
处理器901可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。该存储介质位于存储器902，处理器901读取存储器902中的信息，结合其硬件完成信号处理流程的步骤。
[0085]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。