CN107403992A - 一种天线和终端设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种天线，所述天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，其中：所述第一辐射体设置在所述介质基板的第一面上；所述第二辐射体设置在所述介质基板的第二面上；所述第一辐射体的第一端与所述馈电线的第一端连接，所述第一辐射体的第二端与所述第二辐射体的第一端连接；所述第二辐射体的第二端与所述接地板连接；所述馈电线的第二端与所述介质基板连接。本发明实施例同时还公开了一种终端设备。

Description

一种天线和终端设备
技术领域
本发明涉及通信领域中的小型化天线设计技术，尤其涉及一种天线和终端设备。
背景技术
随着移动通信与高速集成电路技术的快速发展，人们对移动通信终端设备也提出了越来越高的要求，要求移动通信终端设备功能多样化的同时，还希望其外形小巧、轻薄方便携带；天线作为移动通信终端设备中最重要的部件之一，其尺寸问题成为制约终端设备进一步小型化的瓶颈之一。同时，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)技术受到越来越多消费者的青睐，也被越来越多的产品研发所重视。目前，pad、大屏手机类产品、用户驻地设备(Customer Premises Equipment，CPE)及便携式宽带无线装置MIFI等产品都要求可以更好的实现“随时随地通过WLAN上网”的功能；而WLAN天线作为实现“随时随地通过WLAN上网”功能的重要组成部分，其性能指标直接影响终端类产品的收发性能。
现有技术中大部分产品的天线设计大多采用柔性电路板(Flexible PrintedCircuit，FPC)、激光直接成型(Laser Direct Structuring，LDS)或者支架天线等形式。但是，这些天线形式都具有一定的厚度，不利于产品的轻薄化、小尺寸的设计。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种天线和终端设备，可以解决现有技术中无法实现产品轻薄化和小尺寸设计的问题，能够有效减小天线的厚度和尺寸，极大的降低了生产成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种天线，其特征在于，所述天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，其中：
所述第一辐射体设置在所述介质基板的第一面上；所述第二辐射体设置在所述介质基板的第二面上；
所述第一辐射体的第一端与所述馈电线的第一端连接，所述第一辐射体的第二端与所述第二辐射体的第一端连接；
所述第二辐射体的第二端与所述接地板连接；
所述馈电线的第二端与所述介质基板连接。
可选的，所述天线还包括：设置在所述第一辐射体与所述馈电线之间的阻抗匹配网络，其中：
所述阻抗匹配网络的第一端与所述馈电线的第一端连接，所述阻抗匹配网络的第二端与所述第一辐射体的第一端连接。
可选的，所述介质基板上还设置有金属连接孔，其中：
所述第一辐射体的第二端通过所述金属连接孔与所述第二辐射体的第一端连接。
可选的，所述阻抗匹配网络包括：阻抗变换线、集总元件网络。
可选的，所述介质基板包括PCB主板。
可选的，所述第一辐射体与空间耦合为所述第二辐射体提供馈电。
可选的，所述第一辐射体和所述第二辐射体的走线结构相同。
可选的，所述第一辐射体和所述第二辐射体的材料包括：铜、金或银。
可选的，所述第一辐射体的走线之间的宽度为0.2mm～1.5mm；
所述第二辐射体的走线之间的宽度为0.2mm～1.5mm。
可选的，所述金属连接孔的半径为0.5mm～0.75mm。
可选的，所述PCB主板的厚度为1mm。
一种终端设备，包括设置在所述终端设备上的天线，其中：
所述天线为上述描述的所述天线。
本发明实施例所提供的天线和终端设备，该天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，第一辐射体设置在介质基板的第一面上，第二辐射体设置在介质基板的第二面上，第一辐射体的第一端与馈电线的第一端连接，第一辐射体的第二端与第二辐射体的第一端连接，第二辐射体的第二端与接地板连接，馈电线的第二端与介质基板连接；这样，该小型化天线将第一辐射体和第二辐射体分别设置在介质基板上不同的两个面，同时第一辐射体和第二辐射体更够连接在一起，进而可以同时提供高频段和低频段的谐振，可以解决现有技术中无法实现产品轻薄化和小尺寸设计的问题，能够有效减小天线的厚度和尺寸，极大的降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种天线的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种天线的正面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种天线的立体结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种天线的正面结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种天线的背面结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种小型化天线的反射系数仿真曲线图；
图9为本发明实施例提供的一种天线在2.4GHz增益方向图；
图10为本发明实施例提供的一种天线在5.5GHz增益方向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的实施例提供一种天线，参照图1所示，该小型化天线包括：介质基板1、馈电线2、第一辐射体3、第二辐射体4和接地板5，其中：
第一辐射体3设置在介质基板1的第一面上，第二辐射体4设置在介质基板1的第二面上。
第一辐射体3的第一端与馈电线2的第一端连接，第一辐射体3的第二端与第二辐射体4的第一端连接。
第二辐射体4的第二端与接地板5连接。
馈电线2的第二端与介质基板连接。
本发明中的这种天线可以是小型化双频天线，可以应用于移动通信终端设备中；第一辐射体和第二辐射体可以共同组成该小型化天线的天线辐射体，介质基板可以通过馈电点给天线辐射体进行馈电，第一辐射体主要用于实现高频段的谐振带。第二辐射体可以作为一个单独的走线，通过与第一辐射体进行耦合馈电产生另一个高频段的谐振带，当然第二辐射体与第一辐射体连通的时候，第一辐射体和第二辐射体作为一个整体辐射体走线实现低频段的谐振。
本发明实施例所提供的天线，该天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，第一辐射体设置在介质基板的第一面上，第二辐射体设置在介质基板的第二面上，第一辐射体的第一端与馈电线的第一端连接，第一辐射体的第二端与第二辐射体的第一端连接，第二辐射体的第二端与接地板连接，馈电线的第二端与介质基板连接；这样，该小型化天线将第一辐射体和第二辐射体分别设置在介质基板上不同的两个面，同时第一辐射体和第二辐射体更够连接在一起，进而可以同时提供高频段和低频段的谐振，可以解决现有技术中无法实现产品轻薄化和小尺寸设计的问题，能够有效减小天线的厚度和尺寸，极大的降低了生产成本。
进一步，参照图2所示，该天线还包括：阻抗匹配网络6，其中：
阻抗匹配网络6设置在第一辐射体3与馈电线2之间。
阻抗匹配网络6的第一端与馈电线2的第一端连接，阻抗匹配网络6的第二端与第一辐射体3的第一端连接。
具体的，阻抗匹配网络6可以包括：阻抗变换线、集总元件网络等形式。
进一步，参照图3所示，介质基板1上还设置有金属连接孔7，其中：
第一辐射体3的第二端通过金属连接孔7与第二辐射体4的第一端连接。
具体的，第一辐射体的第一端可以是第一辐射体的始端，第一辐射体的第二端可以是第一辐射体的末端；同时，第二辐射体的第一端可以是第二辐射体的始端，第二辐射体的末端可以是第二辐射体的末端，即第一辐射体的始端与阻抗匹配网络相连接，介质基板上的射频输出端通过馈电线经由阻抗匹配网络与第一辐射体的始端连接，给第一辐射体馈电；其中，阻抗匹配网络对天线辐射体起到调节阻抗的作用，阻抗匹配网络一般可以是L型或者π型LC网络，具体的，阻抗匹配网络可以由并联电感L及串联电容C组成的LC匹配网络，电容的一端与第一辐射体连接，电容的另一端与电感的一端连接，电感的另一端接地，电感的一端还与馈电线连接；实际应用中可以通过改变LC器件值来调节双频WLAN天线即第一辐射体和第二辐射体的驻波，最终使双频WLAN天线能得到更好的匹配。第一辐射体的末端与金属连接孔连接，第二辐射体的始端也连接至金属连接孔，第二辐射体的末端与接地板连接。当然，本实施只是说明优选的，金属连接孔可以分别连接第一辐射体的末端和第二辐射体的始端，但并没有限定金属连接孔只能是设置在此位置处，实际应用中可以根据实际设计需求来确定具体位置。
其中，介质基板1包括PCB主板，PCB主板的厚度为1～2mm。
优选的，第一辐射体可以设置在PCB主板的正面，第二辐射体可以设置在PCB主板的背面。具体的，第一辐射体可以是刻蚀于PCB主板正面的任意形状的辐射片，第二辐射体可以是刻蚀于主板背面的任意形状的辐射片，第一辐射体和第二辐射体的走线结构可以相同，也可以是不同的。
金属连接孔是在第一辐射体的末端打通PCB主板1并与PCB主板1背面的第二辐射体34始端相连接的金属过孔，其主要作用是将第一辐射体33与第二辐射体34连接，形成一个整体可以实现更长的天线等效长度，此时可以实现WLAN天线的2.4G频段的谐振，第一辐射体和第二辐射体单独作为一个走线时，第一辐射体和第二辐射体均可以产生5G频段的谐振。因为第一辐射体是通过馈电线提供馈电，第二辐射体是通过第一辐射体与空间耦合提供馈电，因为第一辐射体与第二辐射体的馈电方式不同，因此第二辐射体产生的谐振并不会与第一辐射体产生的高频谐振带完全重合，而是与第一辐射体的谐振带交错，从而展宽了高频段的工作带宽，满足高频段的宽带设计要求。
第一辐射体和第二辐射体的材料包括：铜、金或银。优选的，第一辐射体和第二辐射体的材料可以为铜，可以进一步降低生产成本。
第一辐射体的走线之间的宽度为0.2mm～1.5mm，第二辐射体的走线之间的宽度为0.2mm～1.5mm；金属连接孔的半径可以为0.5mm～0.75mm，金属连接孔的高度可以等于PCB主板的厚度，优选的可以是1mm。
具体的，如图4中所示为本发明具体实施例中小型化双频天线的正面结构示意图，PCB主板两端留出了主天线第一辐射体和分集天线第二辐射体的净空。其中，接地板是分布在PCB主板正反两面所有除去天线净空以外的区域的金属铜。如图5中所示为本发明具体实施例中小型化双频天线的立体图，第一辐射体和第二辐射体可以通过金属连接孔形成为一个整体，实现更长的天线等效长度。如图6中所示为本发明具体实施例中小型化双频天线的正面结构示意图，第一辐射体可以产生一个工作在WLAN 5G工作频带内的谐振带，在具体产品天线设计中第一辐射体的金属铜曲折线的形状是任意的，只要通过调整其长度可以使其谐振带在WLAN 5G的工作频带内均可行。如图7中所示为本发明具体实施例中小型化双频天线的背面结构示意图，第二辐射体可以产生另一个工作在WLAN 5G工作频带内的谐振带，在具体产品天线设计中第二辐射体的金属铜曲折线的形状也可以是任意的，第二辐射体可以与第一辐射体所产生的谐振带交错合并，展宽带宽并实现WLAN 5G全频段的工作；同时，第二辐射体可以与第一辐射体连接形成一个整体，作用一个完整的环形天线，实现2.4GWLAN工作频带的谐振；在图4～7中，示意性的第二辐射体与第一辐射体的走线基本一致；当然，在具体的产品天线设计中，两者的走线可以是单极子、环形等任意的天线形式；在实际应用中，第一辐射体和第二辐射体的走线可以不一样，只要调整两者的形状和长度可以使其谐振在WLAN工作频带内即可，另外还可以通过调整两者之间的相互位置来调节天线的驻波。
示例性的，可以通过用HFSS仿真软件对本发明中的小型化双频WLAN天线进行仿真得到其反射系数曲线，其反射系数仿真曲线可以如图8中所示。在进行仿真示例时，PCB主板的尺寸可以为90mm*50mm*1mm，双频WLAN天线(第一辐射体和第二辐射体)所占用的天线净空为8mm*5mm，所有金属铜曲折线的宽度均为0.5mm，金属连接孔的半径为0.25mm，仿真得到天线产生两个谐振带，反射系统在-10dB以下的频率范围为2.4GHz-2.52GHz和5.16GHz-5.84GHz，可以覆盖WLAN2.4G及5G两个频段的工作频率范围，且在两个频段内天线的辐射效率都在40％以上。
如图9中所示展示了具体实施例中双频小型化WLAN天线在2.45GHz的增益方向图，如图10中所示展示了具体实施例中双频小型化WLAN天线在5.5GHz的增益方向图；可以得到，采用本发明的设计思想对天线进行小型化设计后，在减小天线尺寸的同时可以保证天线的增益和辐射效率。
本发明通过在PCB主板正、反面分别刻任意形状的天线辐射体，并用金属连接孔将两个天线辐射体连接到一起，三者形成一个天线整体，可以在有限的天线净空内实现更长的天线等效长度，从而实现低频工作频带的谐振；并巧妙地利用两个辐射体所产生高频谐振带接近但不完全重合，经过两个谐振带交错展宽了高频工作频带的带宽。
本发明实施例所提供的天线，该天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，第一辐射体设置在介质基板的第一面上，第二辐射体设置在介质基板的第二面上，第一辐射体的第一端与馈电线的第一端连接，第一辐射体的第二端与第二辐射体的第一端连接，第二辐射体的第二端与接地板连接，馈电线的第二端与介质基板连接；这样，该小型化天线将第一辐射体和第二辐射体分别设置在介质基板上不同的两个面，同时第一辐射体和第二辐射体更够连接在一起，进而可以同时提供高频段和低频段的谐振，可以解决现有技术中无法实现产品轻薄化和小尺寸设计的问题，能够有效减小天线的厚度和尺寸，极大的降低了生产成本。
本发明的实施例提供一种终端设备，该终端设备包括设置在终端设备上的天线，其中：
该天线为图1～3对应的实施例提供的一种天线。
本发明实施例所提供的终端设备，该终端设备中设置有小型化天线，该小型化天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，第一辐射体设置在介质基板的第一面上，第二辐射体设置在介质基板的第二面上，第一辐射体的第一端与馈电线的第一端连接，第一辐射体的第二端与第二辐射体的第一端连接，第二辐射体的第二端与接地板连接，馈电线的第二端与介质基板连接；这样，该小型化天线将第一辐射体和第二辐射体分别设置在介质基板上不同的两个面，同时第一辐射体和第二辐射体更够连接在一起，进而可以同时提供高频段和低频段的谐振，可以解决现有技术中无法实现产品轻薄化和小尺寸设计的问题，能够有效减小天线的厚度和尺寸，极大的降低了生产成本。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种天线，其特征在于，所述天线包括：介质基板、馈电线、第一辐射体、第二辐射体和接地板，其中：
所述第一辐射体设置在所述介质基板的第一面上；所述第二辐射体设置在所述介质基板的第二面上；
所述第一辐射体的第一端与所述馈电线的第一端连接，所述第一辐射体的第二端与所述第二辐射体的第一端连接；
所述第二辐射体的第二端与所述接地板连接；
所述馈电线的第二端与所述介质基板连接。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括：设置在所述第一辐射体与所述馈电线之间的阻抗匹配网络，其中：
所述阻抗匹配网络的第一端与所述馈电线的第一端连接，所述阻抗匹配网络的第二端与所述第一辐射体的第一端连接。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述介质基板上还设置有金属连接孔，其中：
所述第一辐射体的第二端通过所述金属连接孔与所述第二辐射体的第一端连接。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述阻抗匹配网络包括：阻抗变换线、集总元件网络。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基板包括PCB主板。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射体与空间耦合为所述第二辐射体提供馈电。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射体和所述第二辐射体的走线结构相同。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射体和所述第二辐射体的材料包括：铜、金或银。
9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射体的走线之间的宽度为0.2mm～1.5mm；
所述第二辐射体的走线之间的宽度为0.2mm～1.5mm。
10.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述金属连接孔的半径为0.5mm～0.75mm。
11.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述PCB主板的厚度为1mm。
12.一种终端设备，其特征在于，包括设置在所述终端设备上的天线，其中：
所述天线为权利要求1～11所述的天线。
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