一种超薄金属透明天线及其制备方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种超薄金属透明天线及其制备方法。

背景技术

透明天线是一种具有透光特性的天线，在对美观或隐身性有要求的无线通信场景，如移动通信场景、车联网场景、卫星通信场景等，既能够实现无线通信系统中传统天线一样的高频电流与高频电磁波之间的互相转换的功能，又不会影响到系统整体的美观效果，在目前的5G和未来6G无线通信领域具有广阔的发展和应用前景。

目前，用于制作透明天线的材料主要包括金属栅格、透明导电氧化物(ITO)、银纳米线、石墨烯以及超薄金属薄膜复合结构等。其中，ITO、银纳米线和石墨烯材料方阻大，所制成的天线性能差；金属栅格导电性优异，能够达到天线对材料电学性能的需求，然而仍然存在诸多问题：(1)金属栅格无法做消影处理，且其线宽大时会出现摩尔纹，导致金属栅格基透明天线的存在会破坏整体视觉效果，难以用于对视觉效果要求高的领域；(2)金属栅格的厚度一般需数微米以保证其导电性，其弯折性相对于薄膜材料存在劣势，不利于在弧面等异形表面的应用；(3)从电特性而言，金属栅格的交流方阻随着频率增大不断变大，限制了其在高频，特别是毫米波天线领域的应用。

因而，一种用于透明天线的兼具高透过率、消影特性和高导电性的透明导电材料仍有待开发。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超薄金属透明天线及其制备方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种超薄金属透明天线，包括透明基材及位于透明基材上且具有选定天线形状的透明导电材料层，其中，所述透明导电材料层为超薄金属层和氧化物层的复合结构。

进一步地，所述超薄金属层和氧化物层的复合结构包括自下而上依次设置的第一氧化物消影层、超薄金属层和第二氧化物减反层。

进一步地，所述超薄金属层和氧化物层的复合结构包括自下而上依次设置的第一氧化物消影层、第一超薄金属层、第二氧化物减反层、第二超薄金属层和第三氧化物减反层。

本发明实施例还提供了一种超薄金属透明天线的制备方法，包括：

提供所述的透明基材；

采用磁控溅射法在所述透明基材上形成具有超薄金属层和氧化物层的复合结构的透明导电材料层；

通过微纳加工在所述透明导电材料层上形成选定天线形状，制得所述超薄金属透明天线。

进一步地，所述透明基材选自透明玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

进一步地，所述超薄金属层选自银或银合金，优选的，所述银合金包括Ag-Cu合金或Ag-Al合金。

进一步地，所述氧化物层选用宽禁带氧化物材料，优选的，所述宽禁带氧化物材料包括TiO

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明超薄金属透明天线及其制备方法，采用的超薄金属/氧化物复合结构的透明导电材料具备高透过、低方阻以及消影特性有利于提升透明天线的光学和辐射性能；其次，相对于金属栅格而言，超薄金属/氧化物复合结构的总厚度只有百纳米左右，这保证了更好的共形特性，适合于在各种不同形状的表面应用，这对未来车载、建筑物分布式天线是很重要的；最后，从电特性而言，超薄金属/氧化物复合结构的方阻几乎不随频率变化而变化，这使之具备了向未来6G乃至毫米波高频应用的兼容优势。

(2)本发明超薄金属透明天线及其制备方法，通过氧化物材料的合理选用，结合超薄金属/氧化物复合结构光学的优化设计，在实现透明天线透过率达80％-90％的同时使得无天线区域也具有相近的光学特性，从而使得视觉上无法分辨，从而实现大面积整体一致性。

(3)本发明超薄金属透明天线及其制备方法，首先，通过超薄金属复合结构设计，结合刻蚀工艺，在保证材料低方阻、高透过特性的同时，使得有/无天线区域均具有相近的光学特性；其次，利用材料中所有制备工艺均可采用同一工艺、在同一设备中完成，配合成熟的刻蚀技术可迅速获得大面积透明天线阵列；最后，得益于材料的低电阻特性，可实现工作频率不低于40GHz的透明天线，天线具有良好的阻抗匹配和辐射特性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。

图1是本申请一实施方式中的天线形状结构图。

图2为实施例1中超薄金属透明天线的结构示意图。

图3为实施例1中导电膜透过率、反射率以及基材反射率的结果图。

图4为实施例1中超薄金属透明天线S

图5为实施例2中导电膜透过率、反射率以及基材反射率的结果图。

图6为实施例2中超薄金属透明天线S

图7为实施例3中超薄金属透明天线的结构示意图。

图8为实施例3中导电膜透过率、反射率以及基材反射率的结果图。

图9为实施例3中超薄金属透明天线S

附图标记说明：1.透明基材；2.第一氧化物消影层；3.超薄金属层；4.第二氧化物减反层；5.第一超薄金属层；6.第二超薄金属层；7.第三氧化物减反层。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经过长期的研究和实践，提出了一种超薄金属透明天线及其制备方法，通过氧化物材料的合理选用，结合超薄金属/氧化物复合结构光学的优化设计，使透明导电材料具备高透过、低方阻以及消影特性有利于提升透明天线的光学和辐射性能。如下将对本发明的技术方案更为详细的解释说明。

本发明实施例的一个方面提供了一种超薄金属透明天线，包括透明基材及位于透明基材上且具有选定天线形状的透明导电材料层，其中，所述透明导电材料层为超薄金属层和氧化物层的复合结构。

在一些优选实施例中，所述超薄金属层的厚度为8-15nm。

在一些优选实施例中，所述氧化物层的厚度为20-100nm。

在一些优选实施例中，所述超薄金属层的材质包括银或银合金，所述银合金包括Ag-Cu合金或Ag-Al合金。

在一些优选实施例中，所述氧化物层的材质为宽禁带氧化物材料，优选可以包括TiO

在一些优选实施例中，所述超薄金属层和氧化物层的复合结构包括自下而上依次设置的第一氧化物消影层、超薄金属层和第二氧化物减反层。

在一些优选实施例中，所述超薄金属层和氧化物层的复合结构包括自下而上依次设置的第一氧化物消影层、第一超薄金属层、第二氧化物减反层、第二超薄金属层和第三氧化物减反层。

在一些优选实施例中，所述超薄金属透明天线的可见光透光率为80％-90％。

在一些优选实施例中，所述超薄金属透明天线的薄层方阻为1Ω/sq-6Ω/sq。

在一些优选实施例中，所述超薄金属透明天线的工作频率≥41GHz。

在一些优选实施例中，所述超薄金属透明天线的天线部分反射率与无天线部分反射率的差值＜1％。

本发明实施例通过氧化物材料的合理选用，结合超薄金属/氧化物复合结构光学的优化设计，在实现透明天线透过率达80％-90％的同时使得无天线区域也具有相近的光学特性，从而使得视觉上无法分辨，从而实现大面积整体一致性。

本发明实施例的另一个方面提供了一种超薄金属透明天线的制备方法，包括：

提供所述透明基材；

采用磁控溅射法在所述透明基材上，形成具有超薄金属层和氧化物层的复合结构的透明导电材料层；

通过微纳加工在所述的透明导电材料层上形成预定天线形状，制得所述超薄金属透明天线。

在一些优选实施例中，所述透明基材可以选自透明玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种，但不局限于此。

在一些优选实施例中，所述超薄金属层可以选自银或银合金，但不局限于此。

在一些更为优选的实施例中，所述银合金可以包括Ag-Cu合金或Ag-Al合金中的一种或两种，但不局限于此。

在一些优选实施例中，所述氧化物层可以选用宽禁带氧化物材料，但不局限于此。

在一些更为优选的实施例中，所述宽禁带氧化物材料可以包括TiO

本发明实施例首先，通过氧化物材料合理选用，超薄金属层厚度的调整，结合超薄金属/氧化物复合结构光学的优化设计，调控其电学性能及可见光透过/反射特性，实现具有低方阻、高透过及消影效果的超薄金属/氧化物复合结构基透明天线。

其次，利用超薄金属方阻不随频率变化的特性，结合天线图形设计，实现了基于超薄金属的高频段透明天线。

实施例1

参阅图2，本发明实施例提供了一种超薄金属透明天线，包括自下而上设置的透明基材1，第一氧化物消影层2，超薄金属层3和第二氧化物减反层4；其中，透明基材为PET，第一氧化物消影层2和第二氧化物减反层4均为五氧化二铌(Nb

本实施例多层复合薄膜结构采用室温卷对卷磁控溅射方法制备而成，具体工艺参数如下：本底真空为5×10

利用激光雕刻将所制得的透明导电材料形成所需的天线图案(如图1)。所采用的激光波长为1064nm，激光功率为3-30W，优选功率为5W。所制备的透明天线，可见光透过率大于86％，如图4所示，工作频率在41.5GHz，驻波比(VSWR)为1.38。此外，由于PET/Nb

实施例2

参阅图2，本发明实施例提供了一种超薄金属透明天线，包括自下而上设置的透明基材1，第一氧化物消影层2，超薄金属层3和第二氧化物减反层4；其中，透明基材为PI，第一氧化物消影层2和第二氧化物减反层4均为ITO，厚度为20nm-100nm，第一氧化物消影层2优选厚度为36nm，第二氧化物减反层4优选厚度为29nm；超薄金属层3为Ag-Cu层，厚度为8-15nm，优选厚度为9nm。

本实施例多层复合薄膜结构采用室温卷对卷磁控溅射方法制备而成，具体工艺参数如下：本底真空为5×10

利用激光雕刻将所制得的透明导电材料形成所需的天线图案(如图1)。所采用的激光波长为1064nm，激光功率为3-30W，优选功率为4W。所制备的透明天线，可见光透过率大于85％，如图6所示，工作频率在41.2GHz，驻波比(VSWR)为1.74。此外，由于PI/ITO/Ag-Cu/ITO透明导电材料和PI基材的反射率差小于1％，因此，透明天线图案中有膜区和无膜区反射率一致，天线光学视觉效果优异。

实施例3

参阅图7，本发明实施例提供了一种超薄金属透明天线，包括自下而上设置的透明基材1，第一氧化物消影层2，第一超薄金属层5，第二氧化物减反层4，第二超薄金属层6和第三氧化物减反层7；其中，透明基材1为玻璃，第一氧化物消影层2、第二氧化物减反层4和第三氧化物减反层7均为二氧化钛(TiO

本实施例多层复合薄膜结构采用室温卷对卷磁控溅射方法制备而成，具体工艺参数如下：本底真空为6×10

利用激光雕刻将所制得的透明导电材料形成所需的天线图案(如图1)。所采用的激光波长为1064nm，激光功率为3-30W，优选功率为7W。所制备的透明天线，可见光透过率大于84％，如图9所示，工作频率在41.3GHz，驻波比(VSWR)为1.1。此外，由于玻璃/TiO

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。