本發(fā)明涉及人工電磁材料，特別涉及一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求和環(huán)境問題的日益增長，節(jié)能技術(shù)在建筑領(lǐng)域正變得越來越重要，窗戶是建筑物的一個(gè)組成部分，在建筑物表面中占比很高；傳統(tǒng)的玻璃窗缺乏節(jié)能、隔熱或耐熱特性，導(dǎo)致相當(dāng)大的能量損失；在較冷的季節(jié)，大量的室內(nèi)熱量通過窗戶散失，在國外高達(dá)25％，在我國北方高達(dá)50％；低輻射玻璃(low-e)，是一種對波長在4.5～25μm范圍的遠(yuǎn)紅外線有較高反射比的鍍膜玻璃，其使用的均勻金屬涂層在反射外界紅外的同時(shí)也會阻礙無線電信號的傳播，特別是移動通信信號包括mts(1920-2170mhz)、4g?lte和5g移動信號；目前，許多商場的建筑外窗大多使用的是low-e玻璃，地面交通工具如高鐵動車，地鐵等其內(nèi)部的通信信號質(zhì)量并不好，大多需要中繼器來提高建筑內(nèi)或鐵路運(yùn)輸內(nèi)部的信號質(zhì)量，這會大大增加使用成本。

2、針對這一現(xiàn)象，有研究設(shè)計(jì)了一種通過無源超透鏡來實(shí)現(xiàn)墻壁背景介質(zhì)不對稱的穿墻無線通信玻璃，由三層金屬圖案組成的超薄超透鏡將入射波高效率地聚焦到墻的另一層，能提高傳輸速率，但其由于超透鏡的聚焦作用，在信號聚焦的同時(shí)熱能交換也加快；有研究設(shè)計(jì)了一種將發(fā)射陣列嵌入在夾層的玻璃，透射陣列結(jié)構(gòu)的金屬層采用耶路撒冷十字形狀，但其只能在主要通信區(qū)域?qū)崿F(xiàn)微小的場強(qiáng)增加，覆蓋區(qū)域局限性較高。

3、因此，現(xiàn)階段所設(shè)計(jì)的增強(qiáng)通信信號和節(jié)能的玻璃，因通信信號增強(qiáng)覆蓋的區(qū)域有限，且通信信號增強(qiáng)和節(jié)能難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，限制了低輻射玻璃的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中，存在的現(xiàn)階段所設(shè)計(jì)的增強(qiáng)通信信號和節(jié)能的玻璃，因通信信號增強(qiáng)覆蓋的區(qū)域有限，且通信信號增強(qiáng)和節(jié)能難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，限制了低輻射玻璃的廣泛應(yīng)用的問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，包括多個(gè)周期排布的第一結(jié)構(gòu)單元和第二結(jié)構(gòu)單元；

3、所述第一結(jié)構(gòu)單元由上至下依次包括：第一玻璃基底、第一介質(zhì)基板、第二玻璃基底、第二介質(zhì)基板、第三玻璃基底、第三介質(zhì)基板和第四玻璃基底，所述第一玻璃基底的頂面刻蝕有陣列排布的第一ito導(dǎo)電層；

4、所述第二玻璃基底、第三玻璃基底和第四玻璃基底的頂面均刻蝕有環(huán)寬不同的第一環(huán)形貼片；

5、所述第二結(jié)構(gòu)單元由上至下依次包括：第五玻璃基底、第四介質(zhì)基板、第六玻璃基底、第五介質(zhì)基板、第七玻璃基底、第六介質(zhì)基板和第八玻璃基底，所述第五玻璃基底的頂面刻蝕有陣列排布的第二ito導(dǎo)電層；

6、所述第六玻璃基底、第七玻璃基底和第八玻璃基底的頂面均刻蝕有第二環(huán)形貼片，且所述第六玻璃基底、第七玻璃基底和第八玻璃基底的頂面處于第二環(huán)形貼片內(nèi)側(cè)的位置刻蝕有尺寸不同的方形貼片；

7、其中，當(dāng)紅外波段的電磁波輻射照射至超表面玻璃上時(shí)；陣列排布的第一ito導(dǎo)電層及陣列排布的第二ito導(dǎo)電層實(shí)現(xiàn)對紅外波段的電磁波反射，將紅外波段的電磁波輻射能量隔離以實(shí)現(xiàn)節(jié)能保溫功能；

8、通過在第一結(jié)構(gòu)單元上的第二玻璃基底、第三玻璃基底和第三玻璃基底的頂面刻蝕環(huán)寬尺寸不同的第一環(huán)形貼片，以控制移動通信信號的電磁波第一范圍內(nèi)相位；通過在第二結(jié)構(gòu)單元上的第六玻璃基底、第七玻璃基底和第八玻璃基底的頂面刻蝕尺寸相同的第二環(huán)形貼片，并在第二結(jié)構(gòu)單元上的第六玻璃基底、第七玻璃基底和第八玻璃基底的頂面處于第二環(huán)形貼片內(nèi)側(cè)的位置刻蝕有尺寸不同的方形貼片，以控制移動通信信號的電磁波第二范圍內(nèi)相位；及將多個(gè)第一結(jié)構(gòu)單元和第二結(jié)構(gòu)單元周期排布為超表面玻璃，以控制移動通信信號的電磁波360度的相位，當(dāng)移動通信信號通過超表面玻璃傳輸時(shí)，實(shí)現(xiàn)移動通信信號的疊加聚焦增強(qiáng)。

9、優(yōu)選地，所有所述第一結(jié)構(gòu)單元上的第一環(huán)形貼片的寬度均不相同。

10、優(yōu)選地，所有所述第二結(jié)構(gòu)單元上的方形貼片的尺寸均不相同。

11、優(yōu)選地，所述第一ito導(dǎo)電層與第一玻璃基底、第一環(huán)形貼片與第二玻璃基底、第一環(huán)形貼片與第三玻璃基底、第一環(huán)形貼片與第四玻璃基底、第二ito導(dǎo)電層與第五玻璃基底、第二環(huán)形貼片及方形貼片與第六玻璃基底、第二環(huán)形貼片及方形貼片與第七玻璃基底、第二環(huán)形貼片及方形貼片與第八玻璃基底均構(gòu)成ito導(dǎo)電玻璃，所述ito導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電率為7.35×105～1.47×106，所述ito導(dǎo)電玻璃的方阻為1～2ω/sq。

12、優(yōu)選地，所述第一玻璃基底、第二玻璃基底、第三玻璃基底、第四玻璃基底、第五玻璃基底、第六玻璃基底、第七玻璃基底及第八玻璃基底均為高透明玻璃基底，所述高透明玻璃基底的介電常數(shù)為5～7，所述高透明玻璃基底的介電損耗角為0.001～0.005。

13、優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板、第三介質(zhì)基板、第四介質(zhì)基板、第五介質(zhì)基板及第六介質(zhì)基板均為高透明介質(zhì)基板，所述高透明介質(zhì)基板的介電常數(shù)為1～3，所述高透明介質(zhì)基板的介電損耗角為0.001～0.005。

14、優(yōu)選地，在通信信號3.5ghz頻率下，超表面玻璃在聚焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信號強(qiáng)度15db的增加；

15、在通信信號3.5ghz頻率下，超表面玻璃在10厘米的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號強(qiáng)度10db的增加。

16、本發(fā)明實(shí)施例提供一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果如下：

17、本發(fā)明通過在玻璃基底上設(shè)置陣列排布的ito導(dǎo)電層，從而實(shí)現(xiàn)對紅外波段的電磁波輻射的低發(fā)射率，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能保溫功能；在第一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部的三層導(dǎo)電玻璃上刻蝕環(huán)寬不同的方環(huán)貼片，控制移動通信信號的電磁波第一范圍內(nèi)的相位；在第二結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部的三層導(dǎo)電玻璃上刻蝕環(huán)寬相同的方環(huán)貼片，并在三層導(dǎo)電玻璃上處于方環(huán)貼片內(nèi)側(cè)的位置刻蝕尺寸不同的方形貼片，控制移動通信信號的電磁波第二范圍內(nèi)的相位；及將多個(gè)第一結(jié)構(gòu)單元和第二結(jié)構(gòu)單元周期排布，以控制移動通信信號的電磁波360度的相位，從而實(shí)現(xiàn)移動通信信號的疊加聚焦，增強(qiáng)通信信號；可在全區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)移動通信信號的疊加聚焦增強(qiáng)，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信信號增強(qiáng)和節(jié)能保溫的效果，可在建筑、交通等方面廣泛應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，包括多個(gè)周期排布的第一結(jié)構(gòu)單元和第二結(jié)構(gòu)單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，所有所述第一結(jié)構(gòu)單元上的第一環(huán)形貼片(4)的寬度均不相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，所有所述第二結(jié)構(gòu)單元上的方形貼片(9)的尺寸均不相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，所述第一玻璃基底(2)、第二玻璃基底(21)、第三玻璃基底(22)、第四玻璃基底(23)、第五玻璃基底(6)、第六玻璃基底(61)、第七玻璃基底(62)及第八玻璃基底(63)均為高透明玻璃基底，所述高透明玻璃基底的介電常數(shù)為5～7，所述高透明玻璃基底的介電損耗角為0.001～0.005。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，所述第一介質(zhì)基板(3)、第二介質(zhì)基板(31)、第三介質(zhì)基板(32)、第四介質(zhì)基板(7)、第五介質(zhì)基板(71)及第六介質(zhì)基板(72)均為高透明介質(zhì)基板，所述高透明介質(zhì)基板的介電常數(shù)為1～3，所述高透明介質(zhì)基板的介電損耗角為0.001～0.005。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種兼具節(jié)能和移動通信信號聚焦增強(qiáng)的超表面玻璃，涉及人工電磁材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證反射紅外的同時(shí)有效提升通訊信號的質(zhì)量；本發(fā)明結(jié)構(gòu)的頂層通過刻蝕ITO導(dǎo)電層形成方形貼片陣列，有效反射紅外電磁波，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能保溫；其內(nèi)部的三層導(dǎo)電玻璃上，通過刻蝕不同尺寸的方環(huán)和貼片結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)精確地控制電磁波相位，實(shí)現(xiàn)信號的疊加聚焦，以增強(qiáng)通信信號；本發(fā)明結(jié)構(gòu)在焦距范圍內(nèi)能大幅增強(qiáng)移動通信信號，同時(shí)兼顧節(jié)能保溫，可應(yīng)用于建筑、交通等多個(gè)領(lǐng)域，為綠色通信和節(jié)能減排提供了創(chuàng)新解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：龐永強(qiáng),鄭江山,屈冰玥,鄭準(zhǔn)斌,徐卓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10