光透明薄膜天线研究

Optical transparent film has unique advantages of optical transparent properties and electrical properties. It can provide an effective solution for antenna design problems in wireless communication systems, such as MIMO, RFID, satellite etc. Thus optical transparent film antenna technology is proposed. At present, the optical transparent film antenna technology is still in the basic research stage, and found a lot of problems to be solved in the course of the study.. This project will do deep research on the difficult issues for optical transparent film antenna and solve the problems of low efficiency and feed connection difficulties. First, analysis of the current distribution of the optical transparent film antenna will be done, and then we will put forward the design methodology and prototype structure of the antenna with high radiation effeciency. Finally, the feed technology research will be done and the antenna will have good match without damaging the optical transparent film. This project will prove the correctness and validity of the proposed method through theoretical analysis, simulation analysis and experimental verification. And also this project can provide a basis for our development in the field of optical transparent film antenna.

光透明薄膜以其同时具有光透明特性和导电特性的独特优势，为无线通信中的很多天线难题提供了一个有效的解决方案，如MIMO、RFID、星载天线等，因而产生了光透明薄膜天线技术。目前，光透明薄膜天线技术还处于基础研究阶段，并且在研究过程中发现了很多亟待解决的难题。. 本课题将针对光透明薄膜天线的难点问题进行深入研究，解决光透明薄膜天线效率低、馈电连接困难等问题。首先对光透明薄膜天线的电流分布进行分析，进而提出具有高效率辐射特性的光透明薄膜天线的设计方法和原型结构，最后研究馈电技术，使其具有良好的匹配而不会破坏光透明薄膜。本课题将通过理论分析、仿真分析和实验验证证明所提方法的正确性和有效性。为我国在光透明薄膜天线领域的发展提供基础。

光透明薄膜材料如铟锡氧化物（ITO）由于同时具有光透明特性和导电特性，为无线通信中的很多天线难题提供了有效的解决方案。目前，光透明薄膜天线技术还处于基础研究阶段，课题组在国家自然科学基金的资助下，针对光透明薄膜天线在分析、设计、加工、焊接、应用等方面的难点问题进行了深入研究，提出了解决方案。主要研究成果包括四个方面。.1、.深入分析总结了光透明薄膜的材料特性和电特性.本课题所做的研究是基于光透明薄膜这一新型材料。因此，本课题的第一个主要贡献即是将光透明薄膜的材料特性和电特性有效联系起来。我们采用德鲁德模型，将其应用于天线技术上，得到了在天线设计中需要考量的几个主要因素包括材料的电子掺杂浓度、电子移动速度和自由电子的等效质量。同时推导出了不同材料特性下光透明薄膜材料的表面阻抗的计算公式，这个公式对于设计天线是非常重要的，可以比较不同光透明薄膜材料特性下的天线性能。.2、.提出了提高光透明薄膜天线效率的方法.光透明薄膜是一种金属氧化物，为了保证其具有光透性，薄膜表面电阻比较大，直接导致光透明天线辐射效率低。我们提出了两种新的提高光透明天线效率的方法。一是采用金属网状结构增加光透明薄膜天线效率。主要针对电流激励型天线，首先分析天线的电流分布，其次在电流密度大的地方用细金属线来代替光透明薄膜。二是利用多层膜来提高效率。我们提出了一种三层膜，上下两层为金属氧化物膜，中间一层为金属膜。通过仿真和实测，验证了这两种方法的有效性。.3、.给出了光透明薄膜天线馈电新方法.光透明薄膜对于普通焊接的温度非常敏感，容易损坏，从而会导致馈电连接不佳和天线辐射面的损害。针对这个难点问题，我们提出了两种解决方案。一是采用非接触馈电的方式。此时可以直接使用热焊的方式将SMA头焊接在馈电线上而与光透明薄膜本身并不接触。二是多层膜的接触式馈电。将多层薄膜的表层剥离，露出中间的银层，再将SMA头和银层焊接起来。.4、光透明薄膜天线应用设计实例.通过对光透明薄膜天线的研究，掌握了其设计流程和方法，针对两个具体的应用场景进行了设计。一是超高频RFID系统，将光透明薄膜作成RFID读写器天线，应用到镜面上。二是在车联网系统中，将光透明天线做到汽车玻璃上，解决车联网中的天线难题。通过应用再次验证了课题对光透明薄膜天线研究的有效性。.因此，本课题完成了任务书中所规定的研究目标和研究内容。