CN102306868A - 双频天线和无线局域网设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双频天线和无线局域网设备，双频天线包括介质基板和辐射导体片，辐射导体片包括相互连接的馈电导体、连接导体、短路导体和谐振导体；馈电导体和短路导体相互平行；馈电导体的下方垂直地贯穿在介质基板中，并在介质基板上形成馈电点；短路导体的下方垂直地贯穿在介质基板中，并在介质基板上形成短路点；连接导体垂直跨接在馈电导体和短路导体之间。谐振导体包括第一谐振导体、第二谐振导体和第三谐振导体，第一谐振导体为阶梯状结构，且自连接导体与馈电导体的交点沿连接导体向远离短路导体的方向延伸。本发明还提供了一种无线局域网设备。本发明能够覆盖无线局域网标准的整个频带宽度。

Description

双频天线和无线局域网设备
技术领域
本发明涉及通信技术，尤其涉及一种双频天线和无线局域网设备。
背景技术
随着因特网的飞速发展，网络通信的方式开始由传统的单一有线网络发展到有线网络与无线网络的有机结合，作为无线网络之一的无线局域网(Wireless Local Area Network；以下简称：WLAN)凭借其灵活便捷的优点得到了广泛的应用和迅速的发展。目前，WLAN包含2.4G和5G两个主流的工作频带，其中，2.4G频带具体为IEEE802.11b/g协议规定的2.4～2.484GHZ频带5G频带是IEEE802.11a协议规定的5.15～5.35GHz和5.725～5.825GHz频带，以及HIPERLAN/2协议规定的5.15～5.35GHz和5.47～5.725GHz频带。另外，IEEE802.11n协议规定的频带覆盖IEEE802.11a/b/g频带，这就要求无线局域网设备同时能够提供2.4G和5G双频带接入功能。而天线作为无线局域网设备的重要组成部分，设计能同时覆盖IEEE802.11a/b/g/n协议和HIPERLAN2协议规定频带的天线十分必要。
现有技术中满足无线局域网设备双频带特性的天线主要有两种，一种为在两个频带内分别设计满足各自工作频带要求的天线，另一种为设计具有双频谐振特性的单体天线，以满足双频带要求。前一种方式对于天线自身材料和布置空间的需求显著增加，造成极大的材料和空间的浪费，后一种方式已经成为目前双频无线局域网设备天线设计的主流。
然而，现有技术中的具有双频谐振特性的单体天线的带宽较窄，无法同时覆盖IEEE802.11a/b/g/n协议和HIPERLAN2协议规定的频带。
发明内容
本发明提供一种双频天线和无线局域网设备，用以解决现有技术中单体天线带宽较窄的缺陷，实现同时覆盖IEEE802.11a/b/g/n协议和HIPERLAN2协议规定的频带。
本发明提供一种双频天线，包括介质基板和辐射导体片，所述辐射导体片包括相互连接的馈电导体、连接导体、短路导体和谐振导体；
所述馈电导体和所述短路导体相互平行；所述馈电导体的下方垂直地贯穿在所述介质基板中，并在所述介质基板上形成馈电点，以与所述介质基板隔离；所述短路导体的下方垂直地贯穿在所述介质基板中，并在所述介质基板上形成短路点，以与所述介质基板短路连接；
所述连接导体垂直跨接在所述馈电导体和所述短路导体之间；
所述谐振导体包括第一谐振导体、第二谐振导体和第三谐振导体，所述第一谐振导体为阶梯状结构，且自所述连接导体与所述馈电导体的交点沿所述连接导体向远离所述短路导体的方向延伸，所述第二谐振导体自所述连接导体与所述短路导体的交点沿所述连接导体向远离所述馈电导体的方向延伸，所述第三谐振导体自所述第二谐振导体的外端部沿所述连接导体向远离所述馈电导体的方向延伸。
本发明还提供一种无线局域网设备，包括主体设备和天线设备，所述天线设备包括上述双频天线。
本发明的双频天线和无线局域网设备，通过设置介质基板和辐射导体片，辐射导体片中的馈电导体和短路导体垂直地贯穿在介质基板中，并分别形成馈电点和短路点，谐振导体中第一谐振导体结合馈电导体形成高频谐振频点，第二谐振导体和第三谐振导体结合短路导体形成低频谐振频点，第一谐振导体的阶梯状结构激励高频谐振频点附近的频点；本实施例解决了现有技术中单体天线带宽较窄的缺陷，实现了同时覆盖IEEE802.11a/b/g/n协议和HIPERLAN2协议规定的频带。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明双频天线实施例一的正视结构示意图；
图2为本发明双频天线实施例二的正视结构示意图；
图3为本发明双频天线实施例二的俯视结构示意图；
图4为本发明双频天线实施例二中的VSWR驻波比波形示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此处先对无线局域网中的天线、天线谐振、馈线、驻波、天线驻波比、带宽等相关概念进行介绍。其中，天线是一种将高频电流转化为无线电波发射到空间，同时可以收集空间无线电波并产生高频电流的装置。天线可以看作由电容和电感组成的调谐电路，该电路在某些频率点的容性和感性将相互抵消，此处电路表现为纯阻性，该现象称之为谐振，谐振现象对应的工作频点即为谐振频率。若天线只有一个谐振频点则称为单频谐振天线，有多个谐振频点则称之为多频谐振天线。连接天线和高频电流能量收发装置的导线称之为馈线，馈线与天线的连接点即为馈电点。驻波(standing wave)为两个振动频率相同、振幅相等、传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加而成的合成波。正向波和反向波叠加后，波形并不向前推进，故称之为驻波。在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配，高频能量就会部分反射折回，并与前进的部分叠加发生驻波。驻波比是一种表征天线反射能量大小的性能指标，全称为电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio；以下简称：VSWR)。带宽通常指信号所占据的频率范围宽度，在被用来描述信道时，带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频率范围宽度。具体到天线带宽，若以驻波比VSWR小于2为限值，则满足该限制的频率边界值为f1、f2，即f1和f2之间的信号满足要求，则该天线的带宽为f2-f1。天线的工作频带宽度指规定的驻波比指标下天线的带宽。无线局域网中天线的工作频带通常按照VSWR＜2定义。
图1为本发明双频天线实施例一的正视结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种双频天线，该双频天线可以具体应用于无线局域网中，该双频天线可以具体包括介质基板1和辐射导体片2，辐射导体片2垂直并贯穿介质基板1设置。其中，介质基板1可以为金属板，辐射导体片2可以包括相互连接的馈电导体21、连接导体22、短路导体23和谐振导体。馈电导体21与短路导体23相互平行，连接导体22跨接在馈电导体21和短路导体23之间，且与馈电导体21和短路导体23相垂直。馈电导体21的下方垂直地贯穿在介质基板1中，并在介质基板1上形成馈电点25，具体可以通过空气介质来形成馈电点25，以使得馈电导体21与介质基板1相隔离。短路导体23的下方垂直地贯穿在介质基板1中，并在介质基板1上形成短路点26，以使短路导体23与介质基板1短路连接。本实施例中辐射导体片2中的谐振导体可以具体包括第一谐振导体241、第二谐振导体242和第三谐振导体243，其中，第一谐振导体241位于连接导体22的一侧，第二谐振导体242和第三谐振导体243彼此连接，位于连接导体22的另一侧。第一谐振导体241为阶梯状结构，其自连接导体22与馈电导体21的交点沿连接导体22向远离短路导体23的方向延伸，主要形成满足无线局域网的高频频点的谐振，第一谐振导体241的阶梯状结构可以实现对多个相近频点的谐振特性的激励，即对高频频点附近的频点进行激励，达到扩展较高频率谐振带宽的目的。第二谐振导体242自连接导体22与短路导体23的交点沿连接导体22向远离馈电导体21的方向延伸，第三谐振导体243自第二谐振导体242的外端部沿连接导体22向远离馈电导体21的方向延伸，第二谐振导体242和第三谐振导体243主要形成满足无线局域网的低频频点的谐振。
本实施例提供了一种双频天线，通过设置介质基板和辐射导体片，辐射导体片中的馈电导体和短路导体垂直地贯穿在介质基板中，并分别形成馈电点和短路点，谐振导体中第一谐振导体结合馈电导体形成高频谐振频点，第二谐振导体和第三谐振导体结合短路导体形成低频谐振频点，第一谐振导体的阶梯状结构激励高频谐振频点附近的频点；本实施例解决了现有技术中单体天线带宽较窄的缺陷，实现了同时覆盖IEEE802.11a/b/g/n协议和HIPERLAN2协议规定的频带。
图2为本发明双频天线实施例二的正视结构示意图，图3为本发明双频天线实施例二的俯视结构示意图，如图2和图3所示，本实施例提供了一种双频天线，具体应用于无线局域网中，双频天线包括介质基板1和辐射导体片2。其中，介质基板1包括正面导体层11、背面导体层12和介质层13，介质层13中填充有相应的介质，本实施例中的介质基板可以稳定频带特性。辐射导体片2可以包括相互连接的馈电导体21、连接导体22、短路导体23和谐振导体。馈电导体21垂直于介质基板1，并贯穿该介质基板1，形成馈电点25，使得高频电流从馈电点25馈入，通过介质层13中的介质实现馈电点25上正面导体层11和背面导体层12与辐射导体片2的隔离。短路导体23垂直于介质基板1，并贯穿该介质基板1，形成短路点26，与正面导体层11和背面导体层12形成短路连接，以实现高频谐振频点与低频谐振频点的隔离。连接导体22跨接在馈电导体21与短路导体23之间，谐振导体包括第一谐振导体241、第二谐振导体242和第三谐振导体243。其中，自连接导体22和馈电导体21交点沿连接导体22向远离短路导体23的方向延伸，构造第一谐振导体241，结合馈电导体形成满足无线局域网较高频率的谐振，即形成高频频点的谐振；自连接导体22和短路导体23交点沿连接导体22向远离馈电导体21的方向延伸，构造第二谐振导体242；自第二谐振导体242的外端部沿连接导体22向远离馈电导体的方向延伸，构造第三谐振导体243，第二谐振导体242和第三谐振导体243结合短路导体形成满足无线局域网较低频率的谐振，即形成低频频点的谐振。
具体地，在本实施例中，馈电导体21、连接导体22和短路导体23的尺寸主要影响该双频天线的输入阻抗，通过调整馈电导体21、连接导体22或短路导体23的尺寸可以实现对该双频天线的输入阻抗的调整。馈电导体21和第一谐振导体241的尺寸主要影响高频谐振频点的频率值，由于第一谐振导体241的阶梯状结构能够激励高频谐振频点附近的频点，其中各个阶梯段的尺寸用于具体调节各高频谐振频点的频率值大小，达到扩展高频谐振带宽的目的。短路导体23、第二谐振导体242和第三谐振导体243的尺寸主要影响低频谐振频点的频率值，通过调整短路导体23、第二谐振导体242或第三谐振导体243的尺寸可以实现对本实施例中双频天线的低频谐振频点的频率值的调整。
进一步地，在本实施例中，第三谐振导体243可以为弯折型结构，具体可以将其设置为弧形弯折型结构，将第三谐振导体243由直线型转变为弯折型后，其整体有效长度未发生变化，但其在水平方向的长度减小，达到了减小低频谐振频点对应的谐振导体的尺寸的目的，即使得辐射导体片2沿水平方向的尺寸总体减小，相应地其相对介质基板1的面积要求也随之降低，仅为实现天线小型化的目的。
图4为本发明双频天线实施例二中的VSWR驻波比波形示意图，如图4所示，图中左上角列出了四个频点对应的VSWR，可以具体如下表1所示：
表1 频率与VSWR对应表
  标记   频率(GHz)   VSWR
  1   2.4   1.8814
  2   2.5   1.2435
  3   4.9   1.7531
  4   5.9   1.5474
由于无线局域网标准802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、HiperLAN2对频带的要求分别为：2.4G频带具体为IEEE802.11b/g协议所规定的2.4～2.484GHz频带；5G频带是IEEE802.11a协议规定的5.15～5.35GHz和5.725～5.825GHz频带，以及HIPERLAN/2协议规定的5.15～5.35GHz和5.47～5.725GHz频带。通常按照VSWR＜2来确定无线局域网天线的频带，从图4中可以看出，本实施例给出的四个频点所限定的频带(2.4GHz～2.5GHz，4.9GHz～5.9GHz)内，VSWR均满足指标，已覆盖现有无线局域网频带。可见，本实施例的双频天线能够满足无线局域网标准802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、HiperLAN2的频带要求。
本实施例提供了一种双频天线，通过设置介质基板和辐射导体片，辐射导体片中的馈电导体和短路导体垂直地贯穿在介质基板中，并分别形成馈电点和短路点，谐振导体中第一谐振导体结合馈电导体形成高频谐振频点，第二谐振导体和第三谐振导体结合短路导体形成低频谐振频点，第一谐振导体的阶梯状结构激励高频谐振频点附近的频点；本实施例解决了现有技术中单体天线带宽较窄的缺陷，实现了同时覆盖IEEE802.11a/b/g/n协议和HIPERLAN2协议规定的频带，且频带特性稳定；同时具有体积小、结构简单、易集成、便于加工生产等优点，适应市场发展需要。
本实施例还提供了一种无线局域网设备，可以具体包括主体设备和天线设备，其中，天线设备可以具体包括上述图1、图2、图3中任一所述的双频天线。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种双频天线，其特征在于，包括介质基板和辐射导体片，所述辐射导体片包括相互连接的馈电导体、连接导体、短路导体和谐振导体；
所述馈电导体和所述短路导体相互平行；所述馈电导体的下方垂直地贯穿在所述介质基板中，并在所述介质基板上形成馈电点，以与所述介质基板隔离；所述短路导体的下方垂直地贯穿在所述介质基板中，并在所述介质基板上形成短路点，以与所述介质基板短路连接；
所述连接导体垂直跨接在所述馈电导体和所述短路导体之间；
所述谐振导体包括第一谐振导体、第二谐振导体和第三谐振导体，所述第一谐振导体为阶梯状结构，且自所述连接导体与所述馈电导体的交点沿所述连接导体向远离所述短路导体的方向延伸，所述第二谐振导体自所述连接导体与所述短路导体的交点沿所述连接导体向远离所述馈电导体的方向延伸，所述第三谐振导体自所述第二谐振导体的外端部沿所述连接导体向远离所述馈电导体的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述介质基板包括正面导体层、背面导体层和介质层；
所述馈电导体的下方垂直地贯穿在所述正面导体层和所述背面导体层中，并通过所述介质层中的介质在所述介质基板上形成馈电点；所述短路导体的下方垂直地贯穿在所述正面导体层和所述背面导体层中，并在所述介质基板上形成短路点。
3.根据权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述第三谐振导体为弯折性结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双频天线，其特征在于，所述馈电导体、所述连接导体和所述短路导体的尺寸用于调整所述双频天线的输入阻抗。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的双频天线，其特征在于，所述馈电导体和所述第一谐振导体的尺寸用于调整高频谐振频点的频率。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的双频天线，其特征在于，所述短路导体、所述第二谐振导体和所述第三谐振导体的尺寸用于调整低频谐振频点的频率。
7.一种无线局域网设备，其特征在于，包括主体设备和天线设备，所述天线设备包括权利要求1-6中任一项所述的双频天线。
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