【摘 要】
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超宽带透明共形天线具有质量轻、集成度高、小型化等优势,在军事航空航天、民用5G天线等领域有着非常广阔的发展空间。透明网格导电薄膜可作为天线辐射单元,具备良好的综合光电性能,但目前网格薄膜制造工艺大多基于平面结构,且制造精度低、成本过高。本文设计了一款超宽带天线结构,采用电流体光刻工艺制造了可用于透明辐射单元的网格薄膜,于平面、曲面、柔性基底上对网格薄膜进行二次图案化打印,得到超宽带透明天线结构。对
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目:“大面积柔性电子曲面共形制造及智能蒙皮应用”,批准号:51635007; 国家杰出青年科学基金:“柔性电子制造技术与装备”,批准号:51925503;
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超宽带透明共形天线具有质量轻、集成度高、小型化等优势,在军事航空航天、民用5G天线等领域有着非常广阔的发展空间。透明网格导电薄膜可作为天线辐射单元,具备良好的综合光电性能,但目前网格薄膜制造工艺大多基于平面结构,且制造精度低、成本过高。本文设计了一款超宽带天线结构,采用电流体光刻工艺制造了可用于透明辐射单元的网格薄膜,于平面、曲面、柔性基底上对网格薄膜进行二次图案化打印,得到超宽带透明天线结构。对天线性能进行测试,证明了电流体光刻工艺制造透明网格天线的合理性和有效性。本文的主要工作包括:(1)设计了一款小型超宽带天线结构,利用CST仿真软件完成了对天线结构的优化设计,得到了工作频带范围覆盖3.1~10.6GHz的薄膜天线结构。分析了影响天线工作性能的因素,如辐射单元网格化处理、薄膜导电性等。证明了透明网格天线的可行性,当薄膜方阻由1Ω/sq增加至20Ω/sq时,天线方向图基本不变,但辐射效率由85.9%降低至20.5%,由此得出为了提高天线工作性能需提高透明辐射单元的导电性。(2)针对网格薄膜性能参数设计理论公式,得到不同尺寸结构的辐射单元薄膜对应的透光性、导电性及综合品质因数。利用电流体光刻工艺在平面、曲面结构上制造了天线透明辐射单元网格薄膜,研究了工艺参数对打印线宽的影响,通过性能测试证明所制造的薄膜结构具备良好的粘附力,且热处理后能够降低薄膜方阻。所制造的网格薄膜在透光率为85%时,方阻可达6Ω/sq。为了进一步提高薄膜综合性能,制造了 ITO/Cu网格复合薄膜,提出了三种高深宽比网格薄膜制造方法并进行了实验探索。(3)在平面、曲面、柔性基底上成功制造了超宽带透明天线,测试了透光率大于85%的网格天线基本性能,并与普通实心薄膜天线性能作对比。通过实测与仿真的结果对比,证明了辐射单元网格化处理后,网格薄膜导电性增加天线的阻抗匹配等性能越好,且各类透明天线结构的实测方向图与仿真结果保持一致,满足设计要求。
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