CN105655688B - 蓝牙天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓝牙天线，包括天线主体和主板。其中，天线主体包括相互连接的辐射单元、馈线及短路匹配单元。辐射单元包括若干第一辐射段和第二辐射段，所有第一辐射段、第二辐射段依次间隔相连并构成蛇形结构，且任一第二辐射段两侧的两个第一辐射段均构成电容。同时，第一辐射段垂直于馈线，且最接近主板的第一辐射段分别通过馈线、短路匹配单元连接主板。在该蓝牙天线中，由于辐射单元采用蛇形结构，使得在有限的空间内获得较长的辐射路径，从而能够提高天线增益，因此该蓝牙天线能够改善传统PIFA天线在小型蓝牙模块中增益较小的问题。

Description

蓝牙天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种蓝牙天线。

背景技术

随着科学技术的发展，各种移动终端设备在社会上普及率的提升速度非常快。同时对于移动终端设备来说，无线接入方式为较快捷的接入方式，原因在于无线接入方式节约了大量的网络铺设费用，可以快速规划、安装及投入使用，维护也相对简洁。然而随着人们对通信质量和通信设备的集成要求不断增强，移动终端设备的天线也需具备更高的性能方能满足通信系统的发展要求。因此，如何设计一种小型化内置天线成为移动通讯发展的难点和瓶颈，为了满足这些要求，相应的内置天线就需具备轻、薄、小的特点，而且天线自身的性能却不能明显降低。

目前，移动终端设备向着小空间、高性能方向不断发展，但由于设计流程不规范，且设计随意性比较强，导致研发过程中会存在一些问题。传统的蓝牙模块中应用最多的天线是PIFA(Planar Inverted F-shaped Antenna)天线。然而通常情况下小型的蓝牙模块中给与天线的空间较小，且地面长度小于1/4波长。在这种环境下，PIFA天线往往表现出增益小、谐振深度浅甚至没有谐振的缺陷，大大降低了天线性能，以至于在蓝牙天线设计时调整顺序复杂，调整难度较大。

发明内容

基于此，针对如何改善传统PIFA天线在小型蓝牙模块中增益较小的问题，本发明提供一种蓝牙天线。

一种蓝牙天线，包括天线主体和主板，所述天线主体包括相互连接的辐射单元、馈线及短路匹配单元；

所述辐射单元包括若干第一辐射段和第二辐射段，所有所述第一辐射段、第二辐射段依次间隔相连并构成蛇形结构，且任一第二辐射段两侧的两个第一辐射段均构成电容；同时，所述第一辐射段垂直于馈线，且最接近所述主板的第一辐射段分别通过所述馈线、短路匹配单元连接所述主板。

在其中一个实施例中，所述天线主体还包括加载单元；所述加载单元与主板连接，并分别与最接近所述主板的两个第一辐射段构成容性加载。

在其中一个实施例中，所述加载单元包括相连接的第一加载段和第二加载段；所述第一加载段与主板连接；所述第二加载段平行于第一辐射段，且所述第二加载段位于最接近所述主板的两个第一辐射段之间。

在其中一个实施例中，所述第一加载段与第二加载段相互垂直。

在其中一个实施例中，所述馈线为阶梯阻抗变换结构。

在其中一个实施例中，所述辐射单元、馈线及短路匹配单元的总长度介于蓝牙天线谐振频率对应波长的1/5至3/10之间。

在其中一个实施例中，离所述主板最远的第一辐射段和第二辐射段的面积均比其他第一辐射段、第二辐射段大。

在其中一个实施例中，所述短路匹配单元包括垂直连接的第一匹配段和第二匹配段；所述第一匹配段分别与馈线、最接近主板的第一辐射段连接，且所述第一匹配段与第一辐射段平行；所述第二匹配段与所述主板连接。

在其中一个实施例中，所述短路匹配单元位于所述馈线与加载单元之间。

在其中一个实施例中，所述辐射单元包括三段第一辐射段和两段第二辐射段，且所述第二辐射段垂直于第一辐射段。

上述的蓝牙天线具有的有益效果为：在该蓝牙天线中，天线主体包括相互连接的辐射单元、馈线及短路匹配单元，故本申请是在传统PIFA天线的基础上作了进一步改进。同时，所有第一辐射段、第二辐射段依次间隔相连并构成蛇形结构，且任一第二辐射段两侧的两个第一辐射段均构成电容，而最接近主板的第一辐射段分别通过馈线、短路匹配单元连接主板。

故在该蓝牙天线中，由于辐射单元采用蛇形结构，使得在有限的空间内获得较长的辐射路径，从而能够提高天线增益，因此该蓝牙天线能够改善传统PIFA天线在小型蓝牙模块中增益较小的问题。

附图说明

图1为一实施例的蓝牙天线的结构示意图。

图2为图1所示实施例的蓝牙天线在发射信号时信号流向的示意图。

具体实施方式

为了更清楚的解释本发明提供的蓝牙天线，以下结合实施例作具体的说明。如图1所示，本实施例提供的蓝牙天线是在传统PIFA天线的基础上作了进一步改进。该蓝牙天线包括天线主体100和主板200。天线主体100包括辐射单元110、馈线120及短路匹配单元130。其中，馈线120用于信号传输，短路匹配单元130使得辐射单元110的尺寸减小，从而达到减小天线尺寸的目的。

辐射单元110包括若干第一辐射段111和第二辐射段112。所有第一辐射段111、第二辐射段112依次间隔相连并构成蛇形结构，且任一第二辐射段112两侧的两个第一辐射段111均构成电容。其中，所有第一辐射段111、第二辐射段112依次间隔相连，是指每相邻两个第一辐射段111之间均通过一个第二辐射段112连接。同时在辐射单元110中，至少要保证最接近的两个第一辐射段111相对放置且互相平行，从而构成电容来抵消分布电感进而减小该蓝牙天线的阻抗。

另外，第一辐射段111垂直于馈线120，且最接近主板200的第一辐射段111分别通过馈线120、短路匹配单元130连接主板200。也就是说，辐射单元110从靠近主板200的位置开始，依次向上重复按照第一辐射段111、第二辐射段112、第一辐射段111的顺序排列，那么距离主板200最远的第一辐射段111和第二辐射段112即相当于开放式辐射段，具有最大的电流，并用于辐射电磁波。

因此，本实施例提供的蓝牙天线中，辐射单元110采用蛇形结构，使得该蓝牙天线在有限的空间内获得较长的辐射路径，从而能够提高天线增益，故该蓝牙天线能够改善传统PIFA天线在小型蓝牙模块中增益较小的问题。

具体的，上述天线主体100中，馈线120为阶梯阻抗变换结构，能够增加该蓝牙天线的带宽。同时由于阶梯阻抗变换结构具有小型化、尺寸易调整、寄生谐振频率可调等优势，因此更便于对该蓝牙天线进行匹配调节，从而使蓝牙天线达到较佳的信号收发效果。

可以理解的是，馈线120的结构形式不限于上述一种情况，只要能够增加天线带宽即可。

具体的，辐射单元110、馈线120及短路匹配单元130的总长度介于蓝牙天线谐振频率对应波长的1/5至3/10之间。当然，上述总长度的最佳长度为该蓝牙天线谐振频率对应波长的1/4，这时该蓝牙天线接收和发射的转换效率最高。

具体的，在上述辐射单元110中，距离主板200最远的第一辐射段111和第二辐射段112的面积均比其他第一辐射段111、第二辐射段112大。由于距离主板200最远的第一辐射段111和第二辐射段112为开放性辐射段，故在上述情况下，使得该蓝牙天线在具有较长辐射路径的基础上，进一步具有较大的辐射面积和辐射口径，从而进一步提高天线增益。

可以理解的是，关于辐射单元110结构设置的方式不限于上述一种情况，只要使得该蓝牙天线具有较大的辐射面积和辐射口径即可，例如也可只设置距离主板200最远的第一辐射段111的面积最大。

具体的，在上述蓝牙天线中，短路匹配单元130包括垂直连接的第一匹配段131和第二匹配段132。第一匹配段131分别与馈线120、最接近主板的第一辐射段111连接，且第一匹配段131与第一辐射段111平行。第二匹配段132与主板200连接。

其中，第一匹配段131和第二匹配段132本身等效于电感，同时由于第一匹配段131与第一辐射段111平行，故第一匹配段131与地之间能够产生对地电容。因此该短路匹配单元130既能调节电容又能调节电感，便于调节该蓝牙天线的输入阻抗，以使得该蓝牙天线具有最佳的性能。

可以理解的是，短路匹配单元130的具体结构不限于上述一种情况，只要能够便于调节该蓝牙天线的输入阻抗即可。

具体的，上述天线主体100还包括加载单元140。其中，加载单元140与主板200连接，并分别与最接近主板200的两个第一辐射段111构成容性加载。也就是说，加载单元140至少有一部分结构位于最接近主板200的两个第一辐射段111所处的空间内，并与这两个第一辐射段111平行且不接触，从而与这两个第一辐射段111耦合构成容性加载。因此，加载单元140能够达到缩短振子长度的目的，正因此原因，才使得在有限的空间内辐射单元110中的开放性辐射段获得较大的辐射面积和辐射口径。

同时由于上述加载单元140与主板200连接，达到了延长主板200的目的，相当于延长了地的长度，从而使得天线主体100与主板200能够达到更好的匹配效果。

具体的，上述加载单元140包括相连接的第一加载段141和第二加载段142。其中，第一加载段141与主板200连接，第二加载段142平行于第一辐射段111，且第二加载段142位于最接近主板200的两个第一辐射段111之间。

同时在本实施例中，在上述加载单元140中，第一加载段141和第二加载段142相互垂直，那么加载单元140的形状即相当于“倒L”形。当然，加载单元140的形状也可为其他类型，只要保证第二加载段142平行于第一辐射段111即可，例如第一加载段141与第二加载段142以一定弧度连接。

由此可见，第二加载段142与相应的两个第一辐射段111构成容性加载。同时在第一加载段141与主板200连接的基础上，使得加载单元140能够达到延长地长度的目的。

可以理解的是，加载单元140的具体结构不限于上述一种情况，只要能够达到容性加载并延长地的长度的目的即可。

具体的，上述短路匹配单元130位于馈线120与加载单元140之间。同时馈线120位于主板200的中间位置，以便增强信号的传输性能。

具体的，在本实施例提供的蓝牙天线中，辐射单元110共包括三段第一辐射段111和两段第二辐射段112，且第二辐射段112垂直于第一辐射段111。那么在本实施例中，辐射单元110与短路匹配单元130构成的整体形状即相当于“弓”形。

当然在空间允许的情况下，辐射单元110中第一辐射段111和第二辐射段112的数量不限于上述一种情况，只要使得加载单元140中的第二加载段142始终位于最接近主板200的两个第一辐射段111之间即可，进而与短路匹配单元130来共同调节该蓝牙天线的输入阻抗。

下面以发射信号为例，对本实施例提供的蓝牙天线的工作性能进行说明。如图2所示，图中箭头的指示方向即为信号的流向。其中，加载单元140和短路匹配单元130使得该蓝牙天线的匹配性能满足要求后，馈线120对天线主体100进行馈电，电流依次沿着辐射单元110中的各第一辐射段111、第二辐射段112流动。其中离主板200最远的第一辐射段111与空气接触，电流最大并发射电磁波，从而实现无线发射功能。

综上所述，本实施例提供的蓝牙天线，在复杂的环境下依然能够便于调整天线性能，使其达到最佳的效果，从而改善了传统PIFA天线在弱信号环境中的信号收发效果。同时该蓝牙天线还具有小型化、低轮廓尺寸的特点，节省了成本，维持了产品的整体外观，从而克服了传统PIFA天线为提高增益尺寸较大的缺陷，提高了整个移动终端设备的便携型和使用方便型。总之，该蓝牙天线在有限的空间内最大化利用空间，并能够增加天线的带宽、效率和增益。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种蓝牙天线，包括天线主体和主板，其特征在于，所述天线主体包括相互连接的辐射单元、馈线及短路匹配单元；

所述辐射单元包括若干第一辐射段和第二辐射段，所有所述第一辐射段、第二辐射段依次间隔相连并构成蛇形结构，且任一第二辐射段两侧的两个第一辐射段均构成电容；同时，所述第一辐射段垂直于馈线，且最接近所述主板的第一辐射段分别通过所述馈线、短路匹配单元连接所述主板；

所述天线主体还包括加载单元；所述加载单元与主板连接，并分别与最接近所述主板的两个第一辐射段构成容性加载；

所述加载单元包括相连接的第一加载段和第二加载段；所述第一加载段与主板连接；所述第二加载段平行于第一辐射段，且所述第二加载段位于最接近所述主板的两个第一辐射段之间；

距离主板最远的第一辐射段和第二辐射段为开放式辐射段；

所述馈线为阶梯阻抗变换结构；

离所述主板最远的第一辐射段和第二辐射段的面积均比其他第一辐射段、第二辐射段大。

2.根据权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述第一加载段与第二加载段相互垂直。

3.根据权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述辐射单元、馈线及短路匹配单元的总长度介于蓝牙天线谐振频率对应波长的1/5至3/10之间。

4.根据权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述短路匹配单元包括垂直连接的第一匹配段和第二匹配段；所述第一匹配段分别与馈线、最接近主板的第一辐射段连接，且所述第一匹配段与第一辐射段平行；所述第二匹配段与所述主板连接。

5.根据权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述短路匹配单元位于所述馈线与加载单元之间。

6.根据权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述辐射单元包括三段第一辐射段和两段第二辐射段，且所述第二辐射段垂直于第一辐射段。