CN104143687A

CN104143687A - 一种wlan双频天线装置及通讯设备

Info

Publication number: CN104143687A
Application number: CN201310172469.9A
Authority: CN
Inventors: 金大鹏; 胡国峰; 吕晓锋; 姚志华; 郑国惠
Original assignee: China Mobile Group Zhejiang Co Ltd
Current assignee: China Mobile Group Zhejiang Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2014-11-12

Abstract

本发明提供一种WLAN双频天线装置及通讯设备，涉及无线通讯领域。WLAN双频天线装置包括：介质层、形成在所述介质层下表面的接地板、设置在所述介质层内部和/或下表面的金属垫片；所述金属垫片延伸出第一辐射带和第二辐射带；所述第一辐射带与所述第二辐射带相隔预设距离，且彼此构成类偶极子天线，用于发送射频波；形成在所述介质层上表面的馈电微带；所述馈电微带通过金属过孔与所述金属垫片连接。本发明的WLAN双频天线装置结构紧凑，能够用于制成可携带的通讯设备。

Description

一种WLAN双频天线装置及通讯设备

技术领域

本发明涉无线网络领域，特别是涉及一种WLAN双频天线装置及通讯设备。

背景技术

目前，WLAN（无线局域网络）在日常生活中越来越重要，截至2011年底，全网的WLAN注册用户数已高达2000万。在网络建设方面，WLAN热点覆盖数量超10万个。国内运营商在进行大规模的WLAN建设的同时，WLAN现有的用户信道越来越拥挤，存在容量不足、信号干扰等一系列问题，因此计划引入的新频段补充现有的用户信道。

此外，随着技术的发展，WLAN天线设备日益趋向于可便携性（即设备更轻、更薄、更短、更小），而现有的天线由于馈电方式局限性，造成体积过大，不适于携带，因此，需要研制更加小型化且能够发射新频段的天线作为收发组件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种WLAN双频天线装置及通讯设备，其结构更小，重量更轻。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种WLAN双频天线装置，包括：介质层、形成在所述介质层下表面的接地板、设置在所述介质层内部或下表面的金属垫片；所述金属垫片延伸出第一辐射带和第二辐射带；其中，所述第一辐射带与所述第二辐射带相隔预设距离，且彼此构成类偶极子天线，用于发送射频波；并且本装置还包括：形成在所述介质层上表面的馈电微带；其中，所述馈电微带通过金属过孔与所述金属垫片连接。

其中，所述介质层为LTCC基板，由多个陶瓷基片层叠而成。

其中，所述第一辐射带与所述第二辐射带均在所述LTCC基板中同一层弯折，并且在所述LTCC基板中不同层之间弯折。

其中，所述介质层呈矩形，短边为18-25毫米，长边为25-30毫米，厚度为1.5-3.0毫米，介电常数为2-10；所述接地板的长边为25-30毫米，短边为9-13毫米。

其中，所述介质层的长边为28毫米，短边为22毫米，厚度为2毫米；所述接地板长边为28毫米，短边为9毫米。

其中，所述第一辐射带具有三条边并呈倒U形；其第一条边长度为7-9毫米，宽度为1.5-2.7毫米；其第二条边长度为6-7毫米，宽度为1-1.5毫米；其第三条边长度为5.5-6.5毫米，宽度为2-2.5毫米；

所述第二辐射带具有四条边并呈冂形；其第一条边长度为7-9毫米，宽度为1.5-2.7毫米；其第二条边长度为7-9毫米，宽度为1-1.5毫米；其第三条边长度为3-4毫米，宽度为2-2.5毫米；其第四条边长度为5-6毫米，宽度1-2毫米；

其中，所述第一辐射带与所述第二辐射带相隔1-3毫米；所述第一辐射带的第一条边、第三条边均与所述介质层的短边平行，且其第二条边与所述介质层的长边相平行；所述第二辐射带的第一条边、第三条边均与介质层的短边相平行，且其第二条边、第四条边均与所述介质层的长边相平行。

其中，所述第一辐射带的第一条边长度为8.2毫米，宽度为2.5毫米与所述金属销钉连接；其第二条边长度为6毫米，宽度为1.2毫米；其第三条边长度为6毫米，宽度为2.5毫米；

所述第二辐射带的第一条边长度为8.2毫米，宽度为2.5毫米；其第二条边长度为7.1毫米，宽度为1.2毫米；其第三条边长度为3.8毫米，宽度为2.5毫米；其第四条边长度为5.5毫米，宽度为1.2毫米；

其中，所述第一辐射带与所述第二辐射带相隔1.8毫米。

其中，所述馈电微带具有2条边并呈L形，其第一条边与所介质层的短边平行，长度为7-12毫米，宽度为2.5-3.5毫米，且与所述介质层呈中心对称；其第二条边长度为4-5毫米，宽度为2.5-3.5毫米；其中，所述微带馈线的第一条边中的短边与所述介质层的长边对齐，并具体通过金属销钉过孔与所述金属垫片连接；所述金属销钉的圆心位于所述馈电微带与所述金属垫片重叠区域的中心，半径为0.5-0.8毫米。

其中，所述馈电微带的第一条边长度为8毫米，宽度为2.9毫米，且其第二条边长度为4.4毫米，宽度为3毫米；所述金属销钉半径为0.7毫米。

本发明的实施例还提供一种WLAN通讯设备，包括上述WLAN双频天线装置。

本发明的上述方案具有如下有益效果：

本发明的WLAN双频天线装置的金属垫片设在介质层内部或下表面，而馈电微带设在介质层的上表面，可使馈电微带与金属垫片在竖直空间上重叠（即馈电微带在金属垫片的上方）。由于馈电微带并不增加介质层的厚度，而装置需要的横截面积得到了有效的缩减，从而减小了整个装置的体积、重量。此外，采用本天线装置的通讯设备易于携带，布置灵活。

附图说明

图1为本发明中WLAN双频天线装置的立体图；

图2为本发明中馈电单元的结构图；

图3为本发明中WLAN双频天线装置的俯视图；

图4为本发明中WLAN双频天线装置的反射系数仿真曲线图；

图5为本发明的WLAN双频天线装置在2.4GHz频段的E面方向图；

图6为本发明的WLAN双频天线装置在2.4GHz频段的H面方向图；

图7为本发明的WLAN双频天线装置在5.8GHz频段的E面方向图；

图8为本发明的WLAN双频天线装置在5.8GHz频段的H面方向图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种WLAN双频天线装置，包括：介质层2、形成在所述介质层2下表面的接地板1、设置在所述介质层2内部和/或下表面的金属垫片3；所述金属垫片3延伸出第一辐射带7和第二辐射带6；其中，所述第一辐射带7与所述第二辐射6带相隔预设距离，且彼此构成类偶极子天线，用于发送射频波；形成在所述介质层2上表面的馈电微带4；其中，所述馈电微带4通过金属过孔5与所述金属垫片3连接。

上述装置中的金属垫片3设在介质层2内部，而馈电微带4设在介质层2的上表面，可使馈电微带4与金属垫片3在竖直空间上重叠（即馈电微带4在金属垫片3的上方）。由于馈电微带4并不增加介质层2的厚度，而装置所需横截面积得到了有效的缩减，从而减小了整个装置的体积、重量。

在本发明的上述实施例中，所述介质层2为LTCC基板，由多个陶瓷基片层叠而成。其中，LTCC是一种新型材料技术，将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的陶瓷基片层，在陶瓷基片层上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件。本实施例采用LTCC基板作为介质层2能够使各部件间互联度大大缩短，减小装置的体积；此外，LTCC基板还适应大电流及耐高温特性要求，具备比普通PCB电路基板更优良的热传导性，极大地优化了散热能力。

在为本装置具体设计的某一频率的天线时，可能该频率下天线的谐振长度大大超过第一辐射带7与所述第二辐射带6的总长度，严重影响了信号的质量，为了保证不增大整个装置的体积还能延长电流在第一辐射带7与第二辐射带6的有效路径，在本发明的上述实施例中，所述第一辐射带7与所述第二辐射带6均在所述LTCC基板2中同一层弯折，并且在所述LTCC基板2中不同层之间弯折。其中，在所述LTCC基板2中不同层之间弯折的实现方法如图2所示：第一辐射带7与第二辐射带6由多个辐射单元组成，将每个辐射单元设在LTCC基板2的不同层上。如设在第2层LTCC基板上的辐射单元8与设在第1层LTCC基板上的辐射单元9可通过金属过孔连接，实现不同层面上的弯折。由此可见本实施例的金属垫片3中的辐射单元其具体可形成在LTCC基板2中的下表面，也可形成在LTCC基板2中的内部，或者同时形成于LTCC基板2中的下表面以及内部。

目前的WLAN天线主要覆盖2.4GHz频段内，因此在WLAN用户密集的区域内，会出现信道拥挤以及信号干扰等问题，为此，发明的本实施例提供一种能够同时覆盖2.4GHz与5.8GHz两个频段的天线装置，其介质层2优选为LTCC基板（需要指出的是，LTCC基本并不是本实施例所必需的，介质层2还可以是其他常见的材料组成）。该装置具体的结构为：

LTCC基板（即介质层）2呈矩形，短边为18-25毫米，长边为25-30毫米，厚度为1.5-3.0毫米，介电常数为2-10；形成在LTCC基板2下表面接地板1的长边为25-30毫米，短边为9-13毫米。

金属垫片的具体尺寸如图3所示，第一辐射带7具有三条边并呈倒U形；其第一条边长度为7-9毫米，宽度为1.5-2.7毫米与金属销钉连接；其第二条边长度为6-7毫米，宽度为1-1.5毫米；其第三条边长度为5.5-6.5毫米，宽度为2-2.5毫米；

第二辐射带6具有四条边并呈冂形；其第一条边长度为7-9毫米，宽度为1.5-2.7毫米；其第二条边长度为7-9毫米，宽度为1-1.5毫米；其第三条边长度为3-4毫米，宽度为2-2.5毫米；其第四条边长度为5-6毫米，宽度1-2毫米；

此外，如图1所示，第一辐射带7的第一条边、第三条边均与所述LTCC基板2的短边平行，且其第二条边与所述LTCC基板2的长边相平行；第二辐射带6的第一条边、第三条边均与所述LTCC基板2的短边相平行，且其第二条边、第四条边均与所述LTCC基板2的长边相平行。

如图3所示，馈电微带具有2条边并呈L形，其第一条边与所述LTCC基板2的短边平行，长度为7-12毫米，宽度为2.5-3.5毫米，且与所述LTCC基板2呈中心对称；其第二条边长度为4-5毫米，宽度为2.5-3.5毫米；其中，所述微带馈线4的第一条边中的短边与所述LTCC基板2的长边对齐，并具体通过金属销钉过孔5与所述金属垫片3连接；所述金属销钉的圆心位于所述馈电微带4与所述金属垫片3重叠区域的中心，半径为0.5-0.8毫米。

电流具体从通过馈电微带4流入金属垫片3的第一辐射带7以及第二辐射带6，产生谐振，发出射频波。可利用三维电磁仿真软件HFSS对本装置发出的射频波进行模拟，如图4所示，本装置的射频波的从2.39GHz-2.5GHz频段的电压驻波比VSWR<2（即4图中S11<-10dB），通过HFSS软件可知带宽可达到110MHz,相对带宽是4.5%。在5.65GHz-6GHz频段范围内，电压驻波比VSWR<2（即图4中S11<-10dB），带宽超过350MHz。由此可见本天线装置基于上述结构，其发射的射频波在2.4GHz附近的频段内和5.8GHz附近的频段内损耗非常小。

图5和图6分别是本装置在谐振点2.4GHz附近的E面（与电场方向平行的方向图切面）和H面的辐射方向图（与磁场方向平行的方向图切面），实线代表共极化的方向图，虚线代表交叉极化的放线图。可见，本装置在整个2.4GHz的工作频率范围内可以获得极好的线极化，通过HFSS软件可具体得到本天线装置的增益是1.22dBi，辐射效率达到97.58%。

图7和图8分别是本装置在谐振点5.8GHz附近的E面和H面的辐射方向图，实线代表共极化的方向图，虚线代表交叉极化的放线图，可见，本装置在5.8GHz的工作频率范围内同样能够获得很好的线极化，通过HFSS软件可具体得到本天线装置的增益是3.6dBi，辐射效率达到99.56%。

作为优选方案，在上述实施例给出的尺寸范围内，再提供一种具体尺寸的WLAN双频天线装置及通讯设备，其结构为：

LTCC基板2的长边为28毫米，短边为22毫米，厚度为2毫米；所述接地板1长边为28毫米，短边为9毫米。第一辐射带7的第一条边长度为8.2毫米，宽度为2.5毫米与金属销钉连接；其第二条边长度为6毫米，宽度为1.2毫米；其第三条边长度为6毫米，宽度为2.5毫米；第二辐射带6的第一条边长度为8.2毫米，宽度为2.5毫米；其第二条边长度为7.1毫米，宽度为1.2毫米；其第三条边长度为3.8毫米，宽度为2.5毫米；其第四条边长度为5.5毫米，宽度为1.2毫米；第一辐射带7与第二辐射带6具体相隔1.8毫米；第一辐射带7的第一条边、第三条边均与所述LTCC基板2的短边平行，且其第二条边与所述LTCC基板2的长边相平行；第二辐射带6的第一条边、第三条边均与所述LTCC基板2的短边相平行，且其第二条边、第四条边均与所述LTCC基板2的长边相平行。

其中，馈电微带4的第一条边长度为8毫米，宽度为2.9毫米，且其第二条边长度为4.4毫米，宽度为3毫米；其第一条边中的短边与所述LTCC基板2的长边对齐，并具体通过金属销钉过孔5与所述金属垫片3连接；金属销钉的圆心位于所述馈电微带4与所述金属垫片3重叠区域的中心，半径为0.7毫米。

综上所述，本发明的实施例具有以下优点：

1．天线能够同时发射2.4GHz频段以及5.8GHz频段的射频波，拓宽了用户信道；

2．与传统天线相比，体积更小，重量更轻、辐射性能优良、易与集成。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明所述原理的前提下，通过细微改变辐射带和天线整体的各项尺寸，可使天线工作的频段略有不同，这对相关领域的技术人员来说是显而易见的。

本发明的实施例还提供一种WLAN通讯设备，包括上面所述的WLAN双频天线装置。本通讯设备相比现有技术来讲，体积更小、质量更轻，易于携带，因此布置灵活。其具体原理在此不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种WLAN双频天线装置，包括：介质层、形成在所述介质层下表面的接地板、设置在所述介质层内部和/或下表面的金属垫片；所述金属垫片延伸出第一辐射带和第二辐射带；其中，所述第一辐射带与所述第二辐射带相隔预设距离，且彼此构成类偶极子天线，用于发送射频波；其特征在于，还包括：形成在所述介质层上表面的馈电微带；其中，所述馈电微带通过金属过孔与所述金属垫片连接。

2.根据权利要求1所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：所述介质层为LTCC基板，由多个陶瓷基片层叠而成。

3.根据权利要求2所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：所述第一辐射带与所述第二辐射带均在所述LTCC基板中同一层弯折，并且在所述LTCC基板中不同层之间弯折。

4.根据权利要求1所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：

所述介质层呈矩形，短边为18-25毫米，长边为25-30毫米，厚度为1.5-3.0毫米，介电常数为2-10；所述接地板的长边为25-30毫米，短边为9-13毫米。

5.根据权利要求4所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：所述介质层的长边为28毫米，短边为22毫米，厚度为2毫米；所述接地板长边为28毫米，短边为9毫米。

6.根据权利要求5所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：

所述第一辐射带具有三条边并呈倒U形；其第一条边长度为7-9毫米，宽度为1.5-2.7毫米；其第二条边长度为6-7毫米，宽度为1-1.5毫米；其第三条边长度为5.5-6.5毫米，宽度为2-2.5毫米；

7.根据权利要求6所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：

所述第一辐射带的第一条边长度为8.2毫米，宽度为2.5毫米与所述金属销钉连接；其第二条边长度为6毫米，宽度为1.2毫米；其第三条边长度为6毫米，宽度为2.5毫米；

其中，所述第一辐射带与所述第二辐射带相隔1.8毫米。

8.根据权利要求6所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：

所述馈电微带具有2条边并呈L形，其第一条边与所介质层的短边平行，长度为7-12毫米，宽度为2.5-3.5毫米，且与所述介质层呈中心对称；其第二条边长度为4-5毫米，宽度为2.5-3.5毫米；其中，所述微带馈线的第一条边中的短边与所述介质层的长边对齐，并具体通过金属销钉过孔与所述金属垫片连接；所述金属销钉的圆心位于所述馈电微带与所述金属垫片重叠区域的中心，半径为0.5-0.8毫米。

9.根据权利要求8所述的WLAN双频天线装置，其特征在于：所述馈电微带的第一条边长度为8毫米，宽度为2.9毫米，且其第二条边长度为4.4毫米，宽度为3毫米；所述金属销钉半径为0.7毫米。

10.一种WLAN通讯设备，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的WLAN双频天线装置。