基于透明金属表面的玻璃窗5G毫米波增强传输技术研究：高透光率频率选择表面的设计与应用

本研究针对5G毫米波在玻璃窗传输中的高穿透损耗问题，创新性地设计了具有高光学透光率(OT)的玻璃穿透透明表面(GPTS)。通过双方形环结构频率选择表面(FSS)和超表面技术，在n257/n258/n261频段实现0.2dB插入损耗(IL)和81.4%透光率，为室内通信提供了兼顾美学与性能的解决方案。

　　

随着5G技术的快速发展，毫米波频段(n257/n258/n261)的高频信号传输面临严峻挑战。玻璃作为现代建筑的主要材料，对毫米波信号产生显著衰减，传统解决方案往往以牺牲透光率为代价。这一矛盾在智能建筑和室内通信场景中尤为突出，亟需开发既能保持玻璃透光特性又能增强信号传输的创新技术。

韩国研究人员在《Engineering Science and Technology, an International Journal》发表的研究提出了一种革命性的玻璃穿透透明表面(GPTS)技术。该研究采用双方形环结构的频率选择表面(FSS)，通过顶部方形环和底部网格线的双层设计，结合0.188mm厚的透明聚合物(PET)中间层，在保持高光学透光率(OT)的同时显著提升毫米波传输效率。研究团队创新性地建立了等效电路模型(ECM)，将结构参数与电磁特性精准关联，为透明FSS设计提供了理论指导。

关键技术包括：1) 基于平行LC谐振原理的双层FSS设计；2) 微米级铜线(30-100μm)的精密加工技术；3) 多角度(0°-70°)电磁性能测试系统；4) 硼硅酸盐玻璃与普通玻璃的对比实验设计。

研究结果方面，"GPTS单元细胞的最优结构"部分通过五种结构对比，确定方形环-网格组合(Case 4)在64%透光率下表现最佳。"GPTS配置与等效电路分析"揭示了PET层厚度(h₁=0.188mm)对耦合效应的关键影响，验证了L₁C₁串联谐振与L₂高通的协同作用。"透明度优化"实验表明，金属线宽从100μm降至30μm可使透光率从64%提升至81.4%，同时保持0.2dB的超低插入损耗。"玻璃类型影响"研究发现，GPTS能使高损耗普通玻璃的传输改善达2.54dB。

在"GPTS2的性能提升"中，窄线宽(30μm)设计成功覆盖n257/n258/n261三频段，27GHz处Q因子显著提高。实测数据显示，45°斜入射时TE/TM模式均保持稳定，3dB带宽变化小于5%，证实了设计的角度鲁棒性。与同类研究对比，该GPTS在单元尺寸(0.11λ₀)、透光率(81.4%)和插入损耗(0.2dB)三项核心指标上均取得突破。

这项研究的意义在于：首先，提出的双层FSS结构通过几何参数调控实现了透光率与电磁性能的平衡，为智能建筑玻璃的5G兼容性提供了标准化解决方案；其次，建立的等效电路模型为透明电磁器件的设计提供了普适性方法；最后，针对不同玻璃类型(硼硅酸盐/普通)的适配方案，展现出强大的工程适用性。该技术有望推动建筑围护结构与无线通信系统的深度融合，为6G时代智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)的发展奠定基础。