CN104183903A - 用于无线路由器的双频段WiFi天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，包括路由器壳体，无线路由器壳体内容置有PCB板，所述PCB板上固定有第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件，所述第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件位于PCB板的同一端部，且第二天线组件位于第一天线组件与第三天线组件之间。本发明具有较好的自隔离特性，满足天线间的隔离条件以及增益平坦度的要求，在天线组件的长支天线上设置弯折部，能够减小天线的间隙，适合小尺寸的路由器。

Description

用于无线路由器的双频段WiFi天线系统

技术领域

本发明涉及一种WiFi天线系统，尤其涉及一种用于无线路由器的能支持双频段WiFi的天线系统。

背景技术

在便携装置与路由设备的高速无线数据交换的研究中，2.4G频段与5G频段的双频段WiFi系统为重点研究对象。截止目前，2x2双频段WiFi天线系统已经广泛应用于路由设备。2x2双频段WiFi天线系统是指在路由设备上设置有两组天线，而在便携装置上对应的设置两组天线。上述的结构中，在路由装置上设置的双频段WiFi天线系统比便携装置上设置的双频段WiFi天线系统的设计要求更加苛刻。这是因为，为了保证在水平面的任意位置或者XY平面的任意角度均能无线接收信号，路由设备中天线系统应该满足增益平坦度的规范，增益平坦度通常小于10dB。除了增益平坦度的条件外，天线间的隔离条件为隔离度至少小于-15dB。现有技术中，虽然偶极子型双频段WiFi天线已经广泛地应用于2x2路由系统中，但是天线的体积或尺寸非常大。如通常市场上的2x2天线系统的所需天线尺寸为100mmx25mm(100mm为天线区域的长度，25mm为天线区域的净空或高度)，其中天线区域的长度由天线的长度以及天线之间的间距所决定，其中天线之间较大的间距是为了满足两个天线在WiFi 2.4G频段上的隔离度要求(在隔离度在2.4G频段上得到满足时，隔离度在5G频段上一般会自动满足，这是因为5G频段的波长大约只是2.4G频段的波长的一半，所以当两个天线间的距离能满足2.4G频段时，5G频段上的隔离度将会得到满足)，天线区域的净空是受到偶极子型天线的限制。显然，对于尺寸为100mm(长度)x100mm(宽度)的路由器而言，现有的支持2个天线组的双频段WiFi天线系统的尺寸过大，为此，有必要对上述的路由器中天线系统进行进一步的改进，旨在不增加天线尺寸的条件下实现多于2个天线组的双频段WiFi的天线系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在满足天线间的隔离条件以及增益平坦度条件下，具有较小天线尺寸的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种可用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，包括路由器壳体，无线路由器壳体内容置有PCB板，所述PCB板上固定有第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件，所述第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件位于PCB板的同一端部，且第二天线组件位于第一天线组件与第三天线组件之间；

所述第一天线组件包括第一短支天线以及第一长支天线，所述第一天线组件靠近第二天线组件设置；所述第一长支天线具有弯折部，第一长支天线与路由器壳体一侧壁围成第一耦合空间，所述第一耦合空间容置有第一短支天线；

所述第二天线组件包括第二短支天线以及第二长支天线，第二长支天线的数量有两条并且对称布置，两条第二长支天线均具有弯折部并围成第二耦合空间，所述第二耦合空间容置有第二短支天线；

所述第三天线组件包括第三短支天线以及第三长支天线，所述第三天线组件靠近第二天线组件设置；所述第三长支天线具有弯折部，第三那长支天线与路由器壳体一侧壁围成第三耦合空间，所述第三耦合空间容置有第三短支天线。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术中能支持2个天线组的双频段WiFi天线系统体积较大不适合小尺寸的路由器的要求，本发明提供了一种用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，特别，本天线系统可支持3个天线组的双频段WiFi系统，采用在无线路由器中的PCB板的端部设置第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件，其中，第二天线组在第一和第三天线组的中间，第一天线组件与第三天线组件对称设置。因为第二天线组具有自隔离的特点，在不需要扩大天线之间的间距的情况下，天线间的隔离条件以及增益平坦度的要求均能得到满足。另外，在第一长支天线、第二长支天线以及第三长支天线上均设置弯折部，这些弯折部形成耦合空间后能够容置第一短支天线、第二短支天线以及第三短支天线，能够减小天线的净空，适合小尺寸路由器的设计要求。

附图说明

图1为本发明用于无线路由器的双频段WiFi天线系统的结构示意图；

图2为本发明用于无线路由器的双频段WiFi天线系统的另一结构示意图；

图3为第二天线组在频率为2.45GHz时的天线电流分布图；

图4为第一天线组件和第二天线组件的回波损耗图；

图5为第一天线组件与第二天线组件以及第一天线组件与第三天线组件隔离度图；

图6和图7分别为WiFi2.4G频段中第一天线组件和第二天线组件的天线在水平方向上的辐射图案；

图8和图9分别为WiFi5G频段中第一天线组件和第二天线组件的天线在水平方向上的辐射图案；

图10为本发明另一实施例的结构示意图。

标号说明：

1、PCB板；2、第一天线组件；3、第二天线组件；4、第三天线组件；5、隔离空间；21、第一短支天线；22、第一长支天线；31、第二短支天线；32、第二长支天线；41、第三短支天线；42、第三长支天线；61、第一耦合空间；62、第二耦合空间；63、第三耦合空间；71、第一凸台；72、第二凸台；73、第三凸台、74、凹槽。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:在路由器的PCB板的端部设置三个天线组件，第二天线组件具有自隔离的特性，满足整个天线的隔离度以及增益平坦度的要求；在天线组件的长支及短支天线上设置弯折部能够减少天线净空，更适合小尺寸的路由器。

请参照图1与图2，一种用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，包括路由器壳体，无线路由器壳体内容置有PCB板，所述PCB板1上固定有第一天线组件2、第二天线组件3以及第三天线组件4，所述第一天线组件2、第二天线组件3以及第三天线组件4位于PCB板1的同一端部，且第二天线组件3位于第一天线组件2与第三天线组件4之间；

所述第一天线组件2包括第一短支天线21以及第一长支天线22，所述第一天线组件2靠近第二天线组件3设置；所述第一长支天线22具有弯折部，第一长支天线22与路由器壳体一侧壁围成第一耦合空间61，所述第一耦合空间61容置有第一短支天线21；

所述第二天线组件3包括第二短支天线31以及第二长支天线32，第二长支天线32的数量有两条，两条第二长支天线32均具有弯折部并围成第二耦合空间62，所述第二耦合空间62容置有第二短支天线31；第二天线组件中的两条对称布置的长支天线有自隔离的特性。参阅图3，图3为第二条天线组件在频率为2.45GHz时天线的电流分布。从图3中可以看出，第二天线组在2.4G频段上的电流分布主要集中在其天线组的两条长支的内部，只有很微小的电流被传播到第一和第三天线组，因此第二天线组件与第一天线组件或第三天线组件的隔离度会很容易的得到满足。

所述第三天线组件4包括第三短支天线41以及第三长支天线42，所述第三天线组件4靠近第二天线组件3设置；所述第三长支天线42具有弯折部，第三那长支天线与路由器壳体一侧壁围成第三耦合空间63，所述第三耦合空间63容置有第三短支天线41。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供了一种用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，采用在无线路由器中的PCB板1的端部设置第一天线组件2、第二天线组件3以及第三天线组件4，其中，第二天线组在第一和第三天线组的中间，第一天线组件2与第三天线组件4对称设置。因为第二天线组具有自隔离的特点，在不需要扩大天线之间的间距的情况下天线间的隔离条件以及增益平坦度的要求能得到满足。。第二天线组的自隔离特性满足天线间的隔离条件以及增益平坦度的要求，另外，在第一长支天线22、第二长支天线32以及第三长支天线42上均设置弯折部，这些弯折部形成耦合空间后能够容置第一短支天线21、第二短支天线31以及第三短支天线41，能够减小天线的净空，适合小尺寸的路由器。

进一步的，所述第二天线组件3中短支天线的形状为T形，第二天线组件3中的左右对称的两个长支天线的形状为L形。

由上述描述可知，T形的短支天线是为了同时和两个左右对称的长支天线进行对等的耦合，两个左右对称长支的作用是除了产生2.4G频段的谐振外，还有相互作为隔离元件的作用。再有，L型的长支天线是在为了减少长支与短支的空间距离以增加其间的耦合，进而减小天线的净空。

进一步的，所述第一天线组件2以及第三天线组件4中的短支天线与长支天线均为L形。

由上述描述可知，L形的短支和长支是为了在减小天线在长度方向空间的同时增加其间的耦合，进而减小天线的净空。

进一步的，还包括设置于PCB板上的凸台，所述凸台上开设有两个凹槽74，两个凹槽74将凸台分成第一凸台71、第二凸台72以及第三凸台73，所述第一凸台71与第一长支天线22以及一第二长支天线32连接，所述第三凸台73与另一第二长支天线32以及第三长支天线42连接。

由上述描述可知，凸台方便天线组件与PCB板的连接，凹槽能够调节第二天线组件的阻抗匹配。具体的，所述第一天线组件2、第二天线组件3以及第三天线组件4的天线净空为10-14mm。其中，最优选的天线净空方案为12mm。尺寸小，能够适合小尺寸的无线路由器，满足小型化的设计要求。

具体的，所述第一短支天线21、第二短支天线31以及第三短支天线41的生成频率范围为5.15-5.875 GHz，所述第一长支天线22、第二长支天线32以及第三长支天线42的生成频率范围为2.4-2.48GHz。

请参照图1与图2，本发明的实施例一为：一种用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，包括路由器壳体，无线路由器壳体内容置有PCB板1，所述PCB板1上固定有第一天线组件2、第二天线组件3以及第三天线组件4，所述第一天线组件2、第二天线组件3以及第三天线组件4位于PCB板1的同一端部，且第二天线组件3位于第一天线组件2与第三天线组件4之间；所述第一天线组件2包括第一短支天线21以及第一长支天线22，所述第一天线组件2靠近第二天线组件3设置。所述第一长支天线22具有弯折部，第一长支天线22与路由器壳体一侧壁围成第一耦合空间61，所述第一耦合空间61容置有第一短支天线21；第一长支天线22与第一天线的形状均为L形。所述第二天线组件3包括第二短支天线31以及第二长支天线32，第二长支天线32的数量有两条，两条第二长支天线32均具有弯折部并围成第二耦合空间62，所述第二耦合空间62容置有第二短支天线31；第二短支天线31为T形，而第二长支天线32均为L形。所述第三天线组件4包括第三短支天线41以及第三长支天线42，所述第三天线组件4靠近第二天线组件3设置；所述第三长支天线42具有弯折部，第三那长支天线与路由器壳体一侧壁围成第三耦合空间63，所述第三耦合空间63容置有第三短支天线41，第三短支天线41以及第三长支天线42均为L形。此外，所述第一天线组件2与第二天线组件3之间以及第二天线组件3与第三组件之间分别设置有隔离空间5。当天线组件放置在天线支架上时天线组件和PCB板间的连接将以凸台的形式出现，如图1及图2所示，与第一短支天线21间隔设置的第一凸台71，与第二短支天线31间隔设置的第二凸台72以及与第三短支天线41间隔设置的第三凸台73，所述第一凸台71与第一长支天线22以及一第二长支天线32连接，所述第三凸台73与另一第二长支天线32以及第三长支天线42连接。上述的，短支天线以及长支天线的长度为各自频率对应波长长度的四分之一。

由于第一天线组件和第三天线组件结构相同，第三天线组件与第一天线组件在回波损耗相同，为方便表述，只对第一天线组件与第二天线组件进行比对。图4为第一天线组件和第二天线组件的回波损耗图，从该图可以得出，本实施例中的天线在2.4-2.48GHz和5.15-5.875GHz频段的回波损耗优于-10dB。图5为第一天线组件与第二天线组件以及第一天线组件与第三天线组件的隔离度图，从该图可以得出，本实施例第一天线组件与第二天线组件以及第一天线组件与第三天线组件在2.4-2.48GHz and 5.15-5.875GHz频段的隔离损耗都优于-18dB；特别的，第一天线组件与第三天线组件间的隔离度远好于第一天线组件和第二天线组件间的隔离度，其原因是第一天线组件与第三天线组件的间距远大于天线组件1和2间的间距。图6和图7分别为WiFi 2.4G频段中第一天线组件和第二天线组件的天线在水平方向上的辐射图案，图8和图9分别为WiFi 5G频段中第一天线组件和第二天线组件的天线在水平方向上的辐射图案，从图6-图9中可以看出，天线增益在水平方向上的变化幅度均小于10dB，能够满足天线对增益平坦度的要求。

本发明首次提出了支持无线路由器三个双频段WiFi的天线系统，与2x2的双频段WiFi系统相比，3x3双频段WiFi系统能够有效地提高数据传输速率。由于本发明具有对WiFi2.4G频段自隔离的特点，所以可以在等同于2个双频段WiFi天线区域长度(100mm)的条件下，也可以实现3个双频段WiFi天线的设计；另外，不同于用于双频段WiFi天线的偶极子型天线，本发明中的双频天线是由短支(产生WiFi 5G频段)和与其耦合的长支(产生WiFi 2.4G频段)实现的，因此所需天线区域的净空可以从偶极子型天线的25mm减少到本案的12mm。本发明中提出的能支持3个双频段WiFi天线的尺寸仅仅为100mmx12mm,故而解决了现有技术中天线的尺寸过大并不适合尺寸小的路由器的问题。

上述讨论的天线是针对能支持3x3无线路由系统的天线设计方案，换言之无线路由器能支持3个天线组的双频段WiFi天线。一般而言，天线的组数越多所能传输的数据传输的速率越高，比如2x2天线系统的设备比单一天线系统的设备的传输速率高，3x3天线系统的设备比2x2天线系统的设备的传输速率高。本发明所提出的的天线设计方案可以从支持3个天线组的双频WiFi路由器系统推广到具有更多的天线组的无线路由系统，比如可以支持4个天线组的双频WiFi路由器，如图10所示。特别，当本发明的路由器天线系统由支持3个双频WiFi天线扩展到支持4个双频WiFi天线时，第一和第三天线组不变，只是把第二天线组件3的数量由一个增加为两个，两个第二天线组件3间隔设置在PCB板1的同一端并且位于第一天线组件2与第三天线组件4之间。类似的，本发明提出的天线设计方案还可以扩展到支持5个或更多双频WiFi天线组的路由器中。

综上所述，本发明提供的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，采用在无线路由器中的PCB板的端部设置第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件，其中，第二天线组放置在第一和第三天线组中间，第一天线组件与第三天线组件对称设置。第二天线组中两只左右对称的产生WiFi2.4G的长支天线有相互对第一和第三天线组的隔离作用，因此无需额外设置隔离机制，即可满足天线间的隔离条件以及增益平坦度的要求，另外，在第一长支天线、第二长支天线以及第三长支天线上均设置弯折部，这些弯折部形成耦合空间后能够容置第一短支天线、第二短支天线以及第三短支天线，能够减小得天线的净空，适合小尺寸的路由器，对于每一个天线组件而言，短支天线生成5GWiFi频段，和短支天线耦合的长支天线生成2.4GWiFi频段，天线组件可以直接印刷在PCB上或者天线载体或支架上；当天线组件放置在天线支架上时在天线组件和PCB板之间需要完整地连接时，可通过凸台71实现，该连接结构能够使得整个路由器的天线性能得到优化。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，包括路由器壳体，无线路由器壳体内容置有PCB板，其特征在于，所述PCB板上固定有第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件，所述第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件位于PCB板的同一端部，且第二天线组件位于第一天线组件与第三天线组件之间；

所述第一天线组件包括第一短支天线以及第一长支天线，所述第一天线组件靠近第二天线组件设置；所述第一长支天线具有弯折部，第一长支天线与路由器壳体一侧壁围成第一耦合空间，所述第一耦合空间容置有第一短支天线；

所述第二天线组件包括第二短支天线以及第二长支天线，第二长支天线的数量有两条，两条第二长支天线均具有弯折部并围成第二耦合空间，所述第二耦合空间容置有第二短支天线；

所述第三天线组件包括第三短支天线以及第三长支天线，所述第三天线组件靠近第二天线组件设置；所述第三长支天线具有弯折部，第三那长支天线与路由器壳体一侧壁围成第三耦合空间，所述第三耦合空间容置有第三短支天线。

2.根据权利要求1所述的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，其特征在于，所述第二天线组件中短支天线的形状为T形，第二天线组件中长支天线的形状为L形。

3.根据权利要求1所述的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，其特征在于，所述第一天线组件以及第三天线组件中的短支天线与长支天线均为L形。

4.根据权利要求1所述的双频段WiFi天线系统的无线路由器，其特征在于，还包括设置于PCB板上的凸台，所述凸台上开设有两个凹槽，两个凹槽将凸台分成第一凸台、第二凸台以及第三凸台，所述第一凸台与第一长支天线以及一第二长支天线连接，所述第三凸台与另一第二长支天线以及第三长支天线连接。

5.根据权利要求1-4所述的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，其特征在于，所述第一天线组件、第二天线组件以及第三天线组件的天线间隙为10-14mm。

6.根据权利要求1所述的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，其特征在于，所述第一短支天线、第二短支天线以及第三短支天线的生成频率范围为5.15-5.875GHz，所述，所述第一长支天线、第二长支天线以及第三长支天线的生成频率范围为2.4-2.48GHz。

7.根据权利要求6所述的用于无线路由器的双频段WiFi天线系统，其特征在于，所述第二天线组件的数量为两个或者两个以上，多个第二天线组件间隔设置在PCB板的同一端并且位于第一天线组件与第三天线组件之间。