CN104409834A - 新型蓝牙/wlan天线及智能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型蓝牙/WLAN天线及智能设备，其中，该新型蓝牙/WLAN天线，包括PCB板以及天线组件，所述PCB板的上设置有天线净空区，所述天线净空区包括设置于PCB板上表面的第一净空区以及设置于PCB板下表面的第二净空区；所述天线组件包括第一辐射体、第二辐射体以及第三辐射体，所述第一辐射体以及第二辐射体设置于第一净空区内，所述第一辐射体上设置有馈电部；所述第三辐射体设置于第二净空区内，所述第二辐射体与第一辐射体耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体与第三辐射体耦合形成第二谐振分支。本发明的天线具有占用面积小、设计灵活度高，辐射阻抗高，并且天线的全向性好。

Description

新型蓝牙/WLAN天线及智能设备

技术领域

本发明涉及一种天线领域，尤其涉及一种新型蓝牙/WLAN天线及智能设备。

背景技术

随着无线化风潮的涌起，越来越多的企业用户需要实时访问共享的数据，高速无线局域网将成为企业联网解决方案的新选择。移动办公就是位置不固定，通过实施WLAN解决方案，无论是参加会议的时候，与同事协同工作的时候，员工都能方便迅速地对共享信息进行访问而无需电缆的插接。

蓝牙技术一种近距离无线通信技术标准，是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，就是为固定设备或者移动设备之间的通信建立通用的无线电空中接口。WLAN(wireless LAN)即无线局域网，是利用无线技术实现快速接入以太网的技术，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。

目前，蓝牙/WLAN天线越来越广泛的应用在智能手机以及笔记本电脑、平板电脑或其它手持设备上，最常见的天线种类包括有偶极子天线(DipoleAntenna)、PIFA(Planner Inverted F Antenna)、单极子Monopole天线以及微小型陶瓷天线(Ceramic Antenna)等。但是，现有技术中的蓝牙/WLAN大多是焊接或者贴合在PCB板上，整个天线结需要的净空面积较大，并且这种焊接或贴合的结构还会增加天线的高度，不利于智能设备超薄的设计，整个天线的灵活性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种缩小天线净空面积，整体性能较好的新型蓝牙/WLAN天线及智能设备。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种新型蓝牙/WLAN天线，包括PCB板以及天线组件，所述PCB板的上设置有天线净空区，所述天线净空区包括设置于PCB板上表面的第一净空区以及设置于PCB板下表面的第二净空区；

所述天线组件包括第一辐射体、第二辐射体以及第三辐射体，所述第一辐射体以及第二辐射体设置于第一净空区内，且第一辐射体与第二辐射体相互垂直，所述第一辐射体上设置有馈电部；所述第三辐射体设置于第二净空区内，所述第三辐射体为U型，所述第二辐射体与第一辐射体耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体与第三辐射体耦合形成第二谐振分支。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种智能设备，包括壳体以及设置于壳体内的PCB板及天线组件，所述PCB板上设置有安装天线组件的天线净空区，所述天线净空区包括设置于PCB板上表面的第一净空区以及设置于PCB板下表面的第二净空区；

所述天线组件包括第一辐射体、第二辐射体以及第三辐射体，所述第一辐射体以及第二辐射体设置于第一净空区内，且第一辐射体与第二辐射体相互垂直，所述第一辐射体上设置有馈电部；所述第三辐射体设置于第二净空区内，所述第三辐射体为U型，所述第二辐射体与第一辐射体耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体与第三辐射体耦合形成第二谐振分支。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的天线大多是焊接或者贴合在PCB板上，整个天线结所需的净空面积较大，厚度大，天线的灵活性较差的问题，本发明提供了一种新型蓝牙/WLAN天线，采用加载天线耦合与混耦合的原理设计而成，在PCB板的上表面设置第一净空区，并在第一净空区上设置第一辐射体与第二辐射体，另外，在PCB板的下表面设置第二净空区，第二净空区设置有第三辐射体，使得整个天线占用的天线净空面积小。另外，第二辐射体与第一辐射体耦合成第一谐振分支，第二辐射体与第三辐射体耦合成第二谐振分支，保证了天线具有较高的辐射阻抗，两个分支能够同时满足高频与低频的天线性能要求。此外，第一辐射体设置有馈电部，激励加载第一天线辐射体上，形似单极子天线，具有较好的全向性。

附图说明

图1为本发明新型蓝牙/WLAN天线的立体结构示意图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为本发明新型蓝牙/WLAN天线辐射体的分布图；

图4为本发明新型蓝牙/WLAN天线的回波损耗曲线图；

图5为本发明中调整第三辐射体的长度时天线整体回波损耗曲线图；

图6为本发明中调整第二辐射体的长度时天线整体回波损耗曲线图；

图7为本发明中调整第一辐射体的长度时天线整体回波损耗曲线图；

图8是本发明中匹配电路的示意图；

图9是本发明加入匹配电路后天线整体回波损耗曲线图；

图10是本发明支持低频段及高频段的天线效率图。

标号说明：

1、PCB板；   21、第一辐射体；   22、第二辐射体；   23、第三辐射体；

3、馈电部；  41、第一净空区；   42、第二净空区。

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:采用在PCB板的上表面设置第一净空区，并在第一净空区上设置第一辐射体与第二辐射体，另外，在PCB板的下表面设置第二净空区，第二净空区设置有第三辐射体，使得整个天线占用的天线净空面积小。另外，第二辐射体与第一辐射体耦合成第一谐振分支，第二辐射体与第三辐射体耦合成第二谐振分支，保证了天线具有较高的辐射阻抗，两个分支能够同时满足高频与低频的天线性能要求。

实施例一

请参照图1至图3，一种新型蓝牙/WLAN天线，包括PCB板1以及天线组件，所述PCB板1的上设置有天线净空区，所述天线净空区包括设置于PCB板1上表面的第一净空区41以及设置于PCB板1下表面的第二净空区42；

所述天线组件包括第一辐射体21、第二辐射体22以及第三辐射体23，所述第一辐射体21以及第二辐射体22设置于第一净空区41内，且第一辐射体21与第二辐射体22相互垂直，所述第一辐射体21上设置有馈电部3；所述第三辐射体23设置于第二净空区42内，所述第三辐射体23为U型，所述第二辐射体22与第一辐射体21耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体22与第三辐射体23耦合形成第二谐振分支。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的天线大多是焊接或者贴合在PCB板1上，整个天线结所需的净空面积较大，厚度大，天线的灵活性较差的问题，本发明提供了一种新型蓝牙/WLAN天线，采用加载天线耦合与混耦合的原理设计而成，在PCB板1的上表面设置第一净空区41，并在第一净空区41上设置第一辐射体21与第二辐射体22，另外，在PCB板1的下表面设置第二净空区42，第二净空区42设置有第三辐射体23，使得整个天线占用的天线净空面积小。另外，第二辐射体22与第一辐射体21耦合成第一谐振分支，第二辐射体22与第三辐射体23耦合成第二谐振分支，保证了天线具有较高的辐射阻抗，两个分支能够同时满足高频与低频的天线性能要求。此外，第一辐射体21设置有馈电部3，激励加载第一天线辐射体上，形似单极子天线，具有较好的全向性。

进一步的，所述第一辐射体21与第二辐射体22均印刷于PCB的上表面，所述第三辐射体23印刷于PCB板1的下表面。第一辐射体21及第二辐射体22均为印刷式天线结构，可以减小天线的厚度，使整个产品的厚度变薄。

进一步的，所述第一净空区41以及第二净空区42上均涂有保护漆层。该保护漆层有保护天线辐射体的作用，并且能够大大提升天线的灵活性和实用性。

进一步的，所述第一谐振分支生成5.48G谐振频率，所述第二谐振分支生成2.44G谐振频率。耦合后第一谐振分支能够满足5G高频段的要求，支持5150～5850MHz频段的发射和接收，耦合后第二谐振分支能够满足2.4G低频段的要求，支持2400～2500MHz频段的发射和接收。

进一步的，所述天线净空区设置于PCB板1的上侧、下侧、左侧、右侧中任意一边侧。天线净空区的设计更加灵活，也就是天线结构的设计更加灵活。

进一步的，还包括与馈电部3连接的匹配电路，所述匹配电路包括第一电感L1、第二电感L2以及接地电容C，所述第一电感L1与第二电感L2串接，所述接地电容C一端连接第一电感L1与第二电感L2连接的接点，另一端接地。匹配电路的作用是提升高频工作带宽。

一般讲，天线的产生共振是跟其工作的波长相关，自由空间下是天线产生的谐振是有天线谐振频率F的半波长或者是四分之一波长来决定的。若天线同时产生多个工作谐振，那么高频以及超高频是有低频工作模式下的倍频或者多次倍频主导决定的。天线工作在不同程度的介质上，由于材料的介电常数要高于自用空间下，也会缩短天线的尺寸。实际手机用到的净空区的FR4的介电常数约为4.3左右，常规的天线实施案案例的话，所占用PCB的面积会更大，无法满足本案例的要求。为满足天线的双频2.4G和5G的带宽阻抗匹配VSWR小于3、高增益全向性，零高度天线占用面积很小是本案例设计的难点。下面通过一些实测性能曲线来阐述本方案的性能。

参阅图4至图10，从图4中可以看出本案的环形天线有两个谐振点：一个在低频区谐振频率为2.44GHz，一个在高频区其谐振频率为5.48GHz，注意的是经过两个耦合分支的耦合后，工作模式远小于半波长或者四分之一波长。图5中曲线揭示了本案第三辐射体对天线回波损耗参数的影响。从图5中可以看到第三辐射体的长度对低频段工作频率有直接的影响，改变第三辐射体的长度来调整低频工作中心频率。图6为直接耦合第二辐射体对天线回波损耗参数的影响，直接的影响是对低频和高频都起作用，通过调节第二辐射体的长度可以调整低频和高频的中心频率。图7为第一辐射体对天线回波损耗参数的影响，从表格曲线图上看出，直接调节第一辐射体对高频5GHz起决定性的作用。图8是本案例中的用到的匹配电路，匹配电路的作用是提升高频工作带宽。图9和图10为本案的最终(使用匹配电路)天线的回波损耗参数和天线的无源效率图。从图9中可以看到本案的天线有效支持低频段2.4G(2400～2500MHz)和高频段5G(5150～5850MHz)，从图10中可以看出低频和高频段的平均效率为54％和51％。

综上所述，本发明提供的新型蓝牙/WLAN天线，采用双面设置天线组件，能够缩小天线的占用面积；天线形成类似回路电路，耦合后具有加高度的辐射阻抗；激励加载第一天线辐射体上，形似单极子天线，具有较好的全向性；增加匹配电路能够提高高频频段；而保护漆层的设置，能够保护天线，大大提升天线的灵活性和实用性；另外，印刷式固定，能够实现天线的零高度设计。

实施例二

一种智能设备，包括壳体以及设置于壳体内的PCB板及天线组件，所述PCB板上设置有安装天线组件的天线净空区，所述天线净空区包括设置于PCB板上表面的第一净空区以及设置于PCB板下表面的第二净空区；

所述天线组件包括第一辐射体、第二辐射体以及第三辐射体，所述第一辐射体以及第二辐射体设置于第一净空区内，且第一辐射体与第二辐射体相互垂直，所述第一辐射体上设置有馈电部；所述第三辐射体设置于第二净空区内，所述第三辐射体为U型，所述第二辐射体与第一辐射体耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体与第三辐射体耦合形成第二谐振分支。

智能设备，可以具体为手机、pad或者其他便携设备，该智能设备是上述新型蓝牙/WLAN天线的具体应用，具有上述天线的优点，同时还有厚度更薄、通信质量好的优点。

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)

1.一种新型蓝牙/WLAN天线，包括PCB板以及天线组件，所述PCB板的上设置有天线净空区，其特征在于，所述天线净空区包括设置于PCB板上表面的第一净空区以及设置于PCB板下表面的第二净空区；

所述天线组件包括第一辐射体、第二辐射体以及第三辐射体，所述第一辐射体以及第二辐射体设置于第一净空区内，且第一辐射体与第二辐射体相互垂直，所述第一辐射体上设置有馈电部；所述第三辐射体设置于第二净空区内，所述第三辐射体为U型，所述第二辐射体与第一辐射体耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体与第三辐射体耦合形成第二谐振分支。

2.根据权利要求1所述的新型蓝牙/WLAN天线，其特征在于，所述第一辐射体与第二辐射体均印刷于PCB的上表面，所述第三辐射体印刷于PCB板的下表面。

3.根据权利要求1所述的新型蓝牙/WLAN天线，其特征在于，所述第一净空区以及第二净空区上均涂有保护漆层。

4.根据权利要求1所述的新型蓝牙/WLAN天线，其特征在于，所述第一谐振分支生成5.48G谐振频率，所述第二谐振分支生成2.44G谐振频率。

5.根据权利要求1-4任一项所述的新型蓝牙/WLAN天线，其特征在于，所述天线净空区设置于PCB板的上侧、下侧、左侧、右侧中任意一边侧。

6.根据权利要求5所述的新型蓝牙/WLAN天线，其特征在于，还包括与馈电部连接的匹配电路，所述匹配电路包括第一电感、第二电感以及接地电容，所述第一电感与第二电感串接，所述接地电容一端连接第一电感与第二电感连接的接点，另一端接地。

7.一种应用权利要求1-6任一项新型蓝牙/WLAN天线的智能设备，包括壳体以及设置于壳体内的PCB板及天线组件，所述PCB板上设置有安装天线组件的天线净空区，其特征在于，所述天线净空区包括设置于PCB板上表面的第一净空区以及设置于PCB板下表面的第二净空区；

所述天线组件包括第一辐射体、第二辐射体以及第三辐射体，所述第一辐射体以及第二辐射体设置于第一净空区内，且第一辐射体与第二辐射体相互垂直，所述第一辐射体上设置有馈电部；所述第三辐射体设置于第二净空区内，所述第三辐射体为U型，所述第二辐射体与第一辐射体耦合形成第一谐振分支，所述第二辐射体与第三辐射体耦合形成第二谐振分支。