CN102394347A - 一种天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线,该天线包括:辐射单元、天线地和开槽;其中,辐射单元设置为金属曲折线,用于接收或辐射电磁波信号;辐射单元的投影区设置为天线地,天线地上设置有开槽,开槽用于对辐射单元进行耦合谐振。通过本发明,有效解决了现有的天线不能很好地同时满足双频要求的问题,进而达到了使用本发明的天线能够很好地同时满足双频要求的效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种应用于WLAN(Wireless Local Area Network,无线局域网)技术的天线。
背景技术
随着无线技术的发展,WLAN技术受到越来越多消费者的青睐,也被越来越多的产品所重视。近来热门的CPE(Customer Premise Equipment,用户端设备)类产品、MID(Mobile InternetDevices,移动互联网设备)类产品以及Pad类产品,更是要求可以更好地实现“随时随地通过WLAN上网”的功能。
上述各类终端产品中,天线作为实现其“随时随地通过WLAN上网”功能的重要组成部分,直接影响终端产品的收发性能,也即上网的速度及稳定性。目前,业界大多是仅支持2.4GHz的单频天线,天线中仅设置了单个频点,且天线较普遍地采用了传统的支架天线的形式。
这样,造成的一个问题是:现有天线不能很好地同时满足双频要求,例如不能满足802.11a/b/g的双频要求。造成的另一个问题是,现有天线不能很好地在结构设计上实现更低的成本、更小的天线面积、更低的天线高度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种天线,以至少解决上述现有天线不能很好地同时满足双频要求的问题。
根据本发明的一个方面,提供了一种天线,包括:辐射单元、天线地和开槽;其中,辐射单元设置为金属曲折线,用于接收或辐射电磁波信号;辐射单元的投影区设置为天线地,天线地上设置有开槽,开槽用于对辐射单元进行耦合谐振。
优选地,该天线还包括:馈线,设置在辐射单元和天线的馈电点间,为阻抗渐进的阻抗控制线,用于增大天线的工作带宽和匹配辐射单元和馈电点的阻抗。
优选地,馈电点后端设置匹配网络,用于调整辐射单元的谐振点。
优选地,馈电点通过阻抗控制线与终端连接。
优选地,阻抗控制线为以下一种或几种的组合:直线、S线、拆线;阻抗控制线的走线为微带线,或者为带状线。
优选地,金属曲折线为对称的三角形或对称的矩形金属曲折线。
优选地,开槽直接镂空,或者以非金属介质填充。
优选地,天线设置于印刷电路板PCB上,形成PCB天线,PCB天线采用单层板布线或多层板布线。
优选地,PCB天线设置于终端的无线保真WIFI或蓝牙BT射频输出的同侧,或者设置于终端的上部。
优选地,天线应用于无线局域网WLAN。
通过本发明,采用设置金属曲折线的辐射单元,且在天线地面上设置开槽以与辐射单元进行耦合谐振,从而调整了天线的谐振频率,增大了天线的工作带宽,解决了现有天线不能很好地同时满足某些双频要求的问题,,如不能同时满足WLAN的802.11a/b/g/n 2.4GHz和5GHz双频要求的问题,进而达到了同时满足双频要求的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例三的一种天线的正面结构示意图;
图2是图1所示天线的背面结构示意图;
图3是图1所示天线的侧视结构图;
图4是图1所示天线的仿真结构图;
图5是图1所示天线的实物图片;
图6是图1所示天线的仿真及其在CPE产品上调试出的回波损耗曲线图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施倒的天线包括:辐射单元、天线地和开槽。其中,辐射单元设置为金属曲折线,如对称的三角形或矩形的金属曲折线,以用来接收或辐射电磁波信号;辐射单元的投影区为天线地,天线地上设置有开槽,开槽用于对辐射单元进行耦合谐振。
通过在天线地的面上设置开槽以与辐射单元进行耦合谐振,调整了天线的谐振频率,增大了天线的工作带宽,使得天线可以同时满足双频要求,解决了现有天线不能很好地同时满足双频要求的问题,进而达到了同时满足双频要求的效果。
优选地,本实施例的天线还包括:设置在辐射单元和天线的馈电点间的馈线。本实施例中的馈线为阻抗渐进的阻抗控制线,用于增大天线的工作带宽和匹配辐射单元和馈电点的阻抗。通过设置阻抗渐进的馈线,能够有效优化天线的工作带宽。
优选地,辐射单元的金属曲折线为对称的三角形或对称的矩形金属曲折线。对称的三角形或对称的矩形金属曲折线能够较好地完成电磁波信号的接收和辐射。
优选地,开槽直接镂空,或者以非金属介质填充。在较好地实现耦合谐振基础上,实现简单,且节约天线的实现成本。
优选地,馈电点后端设置匹配网络,用于调整辐射单元的谐振点。
优选地,馈电点通过阻抗控制线与终端连接。
优选地,阻抗控制线为以下一种或几种的组合:直线、S线、拆线;阻抗控制线的走线为微带线,或者为带状线。
优选地,天线设置于PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)上,形成PCB天线,PCB天线采用单层板布线或多层板布线。优选地,PCB天线采用单层板布线,采用单层板布线实现简单,且可避免采用多层板布线时可能存在的如泄漏的问题。
优选地,PCB天线设置于终端的WIFI(Wireless Fidelity,无线保真)/BT(Blue tooth,蓝牙)射频输出的同侧,或者设置于终端的上部,以较好地实现电磁波信号的辐射或接收。
优选地,本实施例的天线应用于WLAN。
实施例二
本实施例示出了一种带有开槽的双频PCB曲折线天线,能够满足PCB布局、结构要求,易于调整,并且降低了天线成本。
本实施例的天线包括5部分:
(1)天线的馈电点:设置于天线与终端主板射频信号连接的位置,可以参照现有的天线的馈电点实现;
(2)天线的馈线:本实施例中的馈线为阻抗渐进的天线馈线,连接天线的辐射单元和馈电点,起阻抗匹配的作用,并能够调整天线的工作带宽;
(3)天线正面的金属曲折线辐射单元:天线用于接收和辐射电磁波信号的部分;
(4)天线背面所开的开槽:主要起耦合谐振作用;
(5)天线的金属地:即天线地,天线的参考地。
为实现本实施例的天线,可以在终端产品的PCB电路板上留出一块无其它元器件布局的区域用于PCB天线的布局。PCB天线可以为单层或者多层板布线,采用开槽耦合的方式辐射电磁波信号。天线的馈电点通过阻抗控制的馈线及天线匹配网络与PCB电路主板上射频开关天线输入/输出管脚相连。正面的金属曲折线为天线的辐射单元,其投影区为天线的参考地,即天线地,天线地面上留有缝隙,即设置有开槽,以耦合谐振,缝隙可以用非金属介质填充,也可以直接镂空。
优选地,PCB天线的位置,可以在WIFI/BT射频输出同一侧,以Pad类产品为例,可以在Pad产品的WIFI/BT射频输出同一侧,也可以设置在终端产品上部。PCB天线的设置包括但是不限于上述两种情况,本领域技术人员可以根据实际需要调整位置,只需特别注意要尽量避开手握区域。
优选地,正面的金属曲折线辐射单元为对称的金属曲折线。金属曲折线可以根据实际布局的仿真结果调整其形状,可以为三角形、矩形等曲折线。但不限于此,本领域技术人员在实际使用中还可以将金属曲折线调整为其它形状,本发明对此不作限制。
优选地,天线的馈线采用改良的阻抗渐进型的阻抗控制线,可以增大天线的工作带宽。
优选地,天线正面的金属曲折线辐射单元,其下方的投影区,为天线的参考地,即天线地,天线地面上开有缝隙(即开槽),缝隙可以直接镂空,也可以用非金属的介质填充。
优选地,天线地面上所开的缝隙,其位置、数量、长宽可以调整,以适应不同的产品实际布局,调整天线的谐振频率、工作带宽。
优选地,天线馈电点使用阻抗控制线与终端产品主板的连接,阻抗控制线可以是直线,也可以是S线、折线,或者几种不同线的组合,阻抗控制线的走线可以是微带线,也可以是带状线。
优选地,天线馈电点后端加匹配网络,用于调整谐振点,包括串联和并联电容电感等。
优选地,天线的辐射单元最好为单层板布线,也可以为双层或者多层板布线,具体设置方式可以根据实际需要进行调整。在多层板布线的情况下,各金属曲折线的辐射单元之间可以通过埋孔、通孔、过孔等相连,金属曲折线的辐射单元的尺寸可以根据实际调试灵活调整。采用单层板布线,实现简单,与多层板布线相比,可以避免诸如泄漏等问题。
通过本实施例提供的天线,不仅能同时满足WLAN 2.4-2.48GHz(802.11b/g)和5GHz(802.11a)的双频要求,也可以同时满足结构设计中低成本、小尺寸、超薄外观的需要。
实施例三
本实施例提供了一种带有开槽的双频PCB曲折线天线,该天线的正面、背面及侧视面的结构图分别如图1、图2和图3所示。其中,图1示出了本实施例的天线的正面结构示意图;图2示出了本实施例的天线的背面结构示意图;图3示出了本实施例的天线的侧视结构图。
本实施例中的PCB天线包括金属曲折线辐射单元302、经过优化的阻抗渐进型馈线304、天线馈电点306、天线地308、开槽310。
其中:
金属曲折线辐射单元302,主要用于电磁波信号的辐射和接收,其长宽、角度均可以根据不同终端产品的实际布局情况以及PCB板材的选用情况,结合仿真结果,由本领域技术人员进行适当调整,以确定天线的谐振范围。
经过优化的阻抗渐进型馈线304,其阻抗渐进情况可以由本领域技术人员结合具体的布局及PCB板材的选用,以及仿真计算结果进行适当设置,以实现阻抗匹配,保证天线馈电点306处的等效阻抗为50欧姆。此外,经过优化的阻抗渐进型馈线304还用于对天线进行调整,增大天线的工作带宽。
天线馈电点306后端可以留有匹配网络,通过阻抗控制线,或者同轴线缆与终端的PCB主板相连,阻抗控制线的线宽根据主板的实际使用情况计算确定。
天线地308上设有开槽310,开槽310可以直接镂空,或者以非金属的介质填充。开槽310影响天线的具体谐振点及双频性能,开槽310的数量、长、宽,可以由本领域技术人员结合仿真计算得出较为精细的结果。天线地308一般比金属曲折线辐射单元302宽,且在长度上与金属曲折线辐射单元302存在一定距离,如比金属曲折线辐射单元302长,或比金属曲折线辐射单元302短,当然,也不排除基本相等的情况,其具体设置可以由本领域技术人员根据谐振频率点和/或仿真结果适当设置。
此外,本实施例的天线的PCB板材采用了较常见的FR4PCB板。可以根据实际需求,采用多层PCB板,只需保证除顶层和底层之外的各层净空即可。
本实施例天线的仿真、实物及效果分别如图4、图5和图6所示。其中,图4示出了本实施例天线的仿真结构图、图5示出了本实施例天线的实物图片,图6示出了本实施例天线的仿真及其在CPE产品上调试出的回波损耗曲线图。
在图4中,金属曲折线辐射单元302的金属曲折线的天线尺寸的仿真数据可以如表1所示。天线馈电点306与SMA(接头(SMALLATYPE接头,SMA反极性公头)312连接,天线地308上设有开槽310,该开槽310可以为空气缝。
表1曲折线天线尺寸
参数 | Laz | H1 | H2 | Waz | e1 | e2 | Wline | Ts | Ls | Ws | a | h1、h2、h3 |
取值(mm) | 28 | 7 | 4.2 | 1.5 | 6 | 2.79 | 0.5 | 1.5 | 40 | 10 | 65° | 变量 |
图6示出了本实施例天线的仿真及其在CPE产品上调试出的回波损耗曲线图,其中,实线为仿真回波损耗曲线,虚线为实测回波损耗曲线。
目前在诸如CPE、MID、Pad等多类终端产品上,对WLAN的主要需求频段为2.4-2.5GHz,并新兴了5G的频段要求。从以上图中可以看出,本实施例天线的带宽能完全满足双频WLAN天线的需求,在2.4GHz和5GHz均有很好的谐振。
本实施例的天线采用了PCB形式,可选地,也可以采用FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路板)形式。把天线直接刻在PCB板上或者通过焊接、同轴线缆等,实现天线与主板的连接,较之其它的终端天线,省去了单独制作天线、天线支架、开模等费用,减少了项目开支、降低了成本;而且天线尺寸易于调整,高度小,最大程度的满足愈演愈烈的“超薄”需求。
需要说明的是,本发明多个实施例中的终端类产品包括但不仅限于CPE类、MID类、Pad类,也可应用于手机、数据卡等所有可以应用该天线技术的场所。同时,天线频段,也可以通过调整天线的电尺寸进行调节,以适应各种天线频段的需求。
此外,本发明多个实施例均以PCB天线为例进行说明,但不限于此,本领域技术人员可以根据实际需要,将本发明的天线应用于其它适当载体,本发明对此不作限制。
从以上的描述中,可以看出,本发明的天线通过在天线地的面上设置开槽以与辐射单元进行耦合谐振,调整了天线的谐振频率,增大了天线的工作带宽,使得天线可以同时满足双频要求,解决了现有天线不能很好地同时满足双频要求的问题,进而达到了同时满足双频要求的效果。同时,通过把天线直接刻在PCB板上或者通过焊接、同轴线缆等,实现天线与主板的连接,较之其它的终端天线,省去了单独制作天线、天线支架、开模等费用,减少了项目开支、降低了成本;而且天线尺寸易于调整,高度小,最大程度的满足愈演愈烈的“超薄”需求。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种天线,其特征在于,包括:辐射单元、天线地和开槽;其中,
所述辐射单元,设置为金属曲折线,用于接收或辐射电磁波信号;
所述天线地,设置在所述辐射单元的投影区;
所述开槽,设置在所述天线地上,用于对所述辐射单元进行耦合谐振。
2.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,还包括:
馈线,设置在所述辐射单元和所述天线的馈电点间,为阻抗渐进的阻抗控制线,用于增大所述天线的工作带宽和匹配所述辐射单元和所述馈电点的阻抗。
3.根据权利要求2所述的天线,其特征在于,所述馈电点后端设置匹配网络,用于调整所述辐射单元的谐振点。
4.根据权利要求2所述的天线,其特征在于,所述馈电点通过阻抗控制线与终端连接。
5.根据权利要求4所述的天线,其特征在于,所述阻抗控制线为以下一种或几种的组合:直线、S线、拆线;所述阻抗控制线的走线为微带线,或者为带状线。
6.根据权利要求1或2所述的天线,其特征在于,所述金属曲折线为对称的三角形或对称的矩形金属曲折线。
7.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述开槽直接镂空,或者以非金属介质填充。
8.根据权利要求1-5、7任一项所述的天线,其特征在于,所述天线设置于印刷电路板PCB上,形成PCB天线,所述PCB天线采用单层板布线或多层板布线。
9.根据权利要求8所述的天线,其特征在于,所述PCB天线设置于终端的无线保真WIFI或蓝牙BT射频输出的同侧,或者设置于所述终端的上部。
10.根据权利要求1-5、7任一项所述的天线,其特征在于,所述天线应用于无线局域网WLAN。
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