CN107925149B

CN107925149B - 双频带天线

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Publication number: CN107925149B
Application number: CN201680048343.2A
Authority: CN
Inventors: J.赖特纳
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: WO2017032578A1; US20180205150A1; DE102015215987A1; CN107925149A; EP3338321A1; US10516211B2; EP3338321B1

Abstract

描述了一种用于第一和第二频率范围的双频带天线（100）。所述双频带天线（100）包括用于第一频率范围的第一辐射器（111）和用于第二频率范围的第二辐射器（112）。此外所述双频带天线包括接地导体（120），其作为第一和第二辐射器（111,112）的配对极。在此，所述第一辐射器（111）和所述第二辐射器（112）在所述双频带天线（100）的落脚点（113）中以V形会聚。

Description

双频带天线

本发明涉及用于发射或接收无线电信号的双频带天线。

设置用于通过无线通信网络进行通信的电子设备通常包括用于接收和/或发送无线电信号的至少一个天线。在此，该电子设备可以这样设置，即经由多个不同的频率带、尤其是经由两个不同的频率带或频率范围来接收或发送无线电信号。为此目的，该设备可以包括多频率带天线、尤其包括双频带天线。

双频带天线通常包括次级辐射器（作为天线棒或缝式辐射器）以实现用于两个不同频率带的预先定义的频率特性和频带宽。这尤其适用于2.4-2.5GHz和5.1-5.8GHz频率带的双频带天线，也就是说用于WLAN（Wireless Local Area Network）的双频带天线。次级辐射器的使用导致无线电信号的定向的发射，并且因此导致电子设备的方向依赖的无线发射能力。

家用设备，特别是家用电器，例如烘箱、冰箱、洗衣机、洗碗机等越来越多地具有用于无线通信（特别是借助于WLAN）的通信单元。在此，家用设备被安装在家中的不同位置。因此，针对家用设备使用的双频带天线应该具有尽可能好的周向辐射特性（Rundstrahlverhalten），以确保在家庭中每个可能的设置点上都尽可能确保相同的通信能力。由此通过次级辐射器产生的双频带天线的定向特性尤其不利于在家用设备中的使用。

本文献涉及以下技术性任务，即提供可集成在设备的电子组件的电路板上并且具有尽可能均匀的周向辐射特性的双频带天线。

该任务由独立权利要求解决。在从属权利要求中此外描述了有利的实施方式。

根据一个方面，描述了用于第一和第二频率范围的双频带天线。双频带天线包括用于第一频率范围的第一辐射器和用于第二频率范围的第二辐射器。此外，双频带天线包括作为第一和第二辐射器的配对极的接地导体（或接地导线）。在此，第一辐射器和第二辐射器以V形方式在双频带天线的落脚点中会聚。

根据另一方面，描述了一种家用设备，特别是一种家用电器，其包括用于无线通信（特别是通过WLAN）的通信单元，其中该通信单元具有在该文献中描述的双频带天线。

需要注意的是，在本文献中描述的装置和系统既可以单独使用，也可以与本文献中描述的其他装置和系统组合使用。此外，本文献中所描述的装置和系统的任何方面可以以各种方式进行相互组合。权利要求的特征尤其可以以各种方式相互组合。

此外，借助于实施例更详细地描述本发明。

其中：

图1示出了示例性的双频带天线的构造和尺寸；并且

图2示出了来自图1的示例性的双频带天线的另一视图，从该视图得知双频带天线彼此之间的相对的尺寸。

如开头所说明的那样，本文献涉及提供一种具有均匀的周向辐射特性的可集成的双频带天线。双频带天线在此尤其被设计用于在2.4GHz附近的和位于5GHz处的频率带中的WLAN的无线电通信。

图1和2示出了示例性的双频带天线100的构造，其满足上述条件。双频带天线包括接地平面120（或接地面或接地导体或接地导线）以及双频带辐射器110。双频带辐射器110包括用于第一频率带（特别是用于2.4GHz频率带）的第一辐射器111和用于第二频率带（特别是用于5GHz频率带）的第二辐射器112。第一和第二辐射器111,112分别具有匹配相应的频率带（或频率范围）的特性（特别是匹配到频带宽）的特定的几何形状。此外，如此布置辐射器111,112使得相互之间的影响被降低（尽可能最小化）。待发送的无线电信号的馈入通过共同的馈入点或落脚点113进行。

图1和2中所示的天线几何形状可以集成到电路板的导电层中。特别地，辐射器111,112以及接地平面120可以在电路板的导电层中实施为扁平导体。这实现了提供成本有利的双频带天线100。特别地，在电路板上的天线有效面可以通过在图1和图2所示出的双频带天线100的几何形状来最优地设计。天线几何尺寸在此不具有次级辐射器，以获得尽可能好的周向辐射特性。

第一辐射器111和第二辐射器112分别包括用于第一或第二频率范围（也就是说分别用于相应的波长范围）的λ/ 4辐射器。相应的λ/ 4辐射器从落脚点113开始并在相应的辐射器111,112的整个（在某些情况下为弯曲的）长度上延伸。

此外，辐射器111,112具有取决于相应的频率范围的频带宽的宽度。辐射器111,112的宽度在此通常随频率范围的频带宽增加而增加。在图1和图2所示出的双频带天线100中，第一辐射器111覆盖第一频率范围2.4-2.5GHz（即2.4GHz 的WLAN频率带）并且第二辐射器112覆盖第二频率范围5.1-5.8GHz（即5GHz 的WLAN频率带）。为了覆盖第二频率范围的更高的频带宽，第二辐射器112具有比第一辐射器111更大的宽度。此外，第二辐射器的下部的或内部的棱边116的倾斜的走向对提供相对高的频带宽具有积极的作用。

如上所说明，图1和2中的双频带天线100不具有次级辐射器。与之相反，通过辐射器111,112弯曲地远离落脚点113地延伸，由此实现了第一辐射器111和第二辐射器112的尽可能在很大程度上的解耦。在此，第一辐射器111和第二辐射器112在落脚点113上形成角度114，该角度114优选为45°或约为45°。因此，可以引起辐射器111,112的较好的解耦。

特别地，第一辐射器111从落脚点113开始（由第一辅助线161表示）的有效的延伸范围和第二辐射器112从落脚点113开始（由第二辅助线162表示）的有效的延伸范围大致彼此垂直（例如形成80°到100°的范围内的角度164），由此可以实现较好的解耦。

由于较低的第一频率范围，第一辐射器111具有比第二辐射器112更大的长度。在此，第一辐射器111的端部区域115被弯曲以将第一辐射器111定位在电路板的可供使用的空间上。

图1示出了图1和2中的双频带辐射器的示例性的尺寸。在此，距离131为3.4mm，距离132 为5.8mm，距离133为7.2mm，距离134为1.4mm，距离135为3.5mm，距离141为15mm，距离142为17mm，距离143为18.8mm和距离144为26毫米。所述数值在此可以向上和/或向下偏移15％。图2以放大的形式但具有正确的相对尺寸地示出了双频带天线100的组件111,112,120。

本文献由此描述了用于第一频率范围和用于第二频率范围（或者说用于第一和第二频率带）的双频带天线100。在此，两个频率范围通常不重叠。第一频率范围优选包括2.4-2.5GHz的频率并且第二频率范围优选包括5.1-5.8GHz的频率。

双频带天线100包括用于第一频率范围的第一辐射器111和用于第二频率范围的第二辐射器112。此外，双频带天线100包括作为第一和第二辐射器111,112的配对极的接地导体120。在此，第一辐射器111和第二辐射器112以V形在双频带天线100的落脚点113中会聚。通过这种类型的V形的会聚可以引起辐射器111,112的实质性的解耦（在不使用次级辐射器的情况下）。由此可以提供具有较好的周向辐射特性的双频带天线100。

特别地，第一辐射器111和第二辐射器112可以以这样的方式V形地会聚，即辐射器111,112在落脚点113中形成角度114，该角度位于40°到50°之间，尤其为45°。通过这种类型的V形的布置，可以实现两个辐射器111,112的特别好的解耦。

双频带天线100通常被设置用于在落脚点113上提供来自第一和/或第二频率范围的接收到的无线电信号和/或在落脚点113上接收来自第一和/或第二频率范围的待发射的无线电信号。

第一辐射器111和第二辐射器112优选地形成用于来自相应的频率范围的频率的λ/ 4辐射器。为此，辐射器111,112通常具有相当于待传输或待接收的信号的波长的四分之一的有效长度（从落脚点113开始）。例如，用于2.5GHz的λ/ 4辐射器具有约为30mm的有效长度并且用于5.4GHz的λ/ 4辐射器具有约为12mm的有效长度。

第一辐射器111，第二辐射器112和接地导体120优选地被布置成使得对于穿过落脚点113延伸的笛卡尔坐标系的x轴151而言，第一和第二辐射器111，112位于x轴151的第一侧上（在图1和图2中在上部的侧面上）并且接地导体120位于x轴151的第二侧上（在图1和图2中在下部的侧面上）。换句话说，双频带天线100可以由x轴151分成两半，使得第一辐射器111和第二辐射器112位于x轴151的一侧上并且接地导体120位于x轴151的另一侧上（至少分别为辐射器111,112或接地导体120的面积的90％、95％或更多）。

此外，第一辐射器111，第二辐射器112和接地导体120优选地布置成使得对于穿过落脚点113延伸的笛卡尔坐标系的y轴152而言，第一辐射器111位于y轴152的第一侧上（在图1和图2中在左边的侧面上）并且第二辐射器112位于y轴152的第二侧上（在图1和图2中在右边的侧面上）。换句话说，双频带辐射器110可以由y轴152分成两半，使得第一辐射器111位于y轴152的一侧并且第二辐射器112位于y轴152的另一侧（至少分别为辐射器111,112的面积的90 ％、95％或更多）。这种类型的布置实现了辐射器111,112的彼此较好的解耦。

第一辐射器111和第二辐射器112可以分别包括从落脚点113开始并从落脚点113开始倾斜地远离y轴152延伸的解耦段，使得第一和第二辐射器111,112的解耦段朝着落脚点113以V形会聚。对于上述的频率范围，解耦段在此可以从落脚点113开始具有7.2mm的沿y轴152的延伸范围。此外，第一辐射器111的解耦段可以从落脚点113开始具有2mm的沿x轴151的延伸范围。另一方面，第二辐射器112的解耦段可以从落脚点113开始具有1.8mm的沿x轴151的延伸范围。所述数值在此可以向上和/或向下偏移15％。

第一辐射器111还可以包括平行于x轴151远离y轴152延伸的笔直的天线段。对于上述的第一频率范围，该笔直的天线段从第一辐射器111的解耦段开始可以具有15mm的沿x轴151的延伸范围并且必要时可以具有1.4mm的沿y轴152的宽度。所述数值在此可以向上和/或向下偏移15％。

此外，第一辐射器111可以包括平行于y轴152朝向x轴151延伸的弯曲的天线段。通过使用弯曲的天线段可以减小双频带天线100的空间需求。对于上述的第一频率范围，该弯曲的天线段可以从该笔直的天线段的面向接地导体120的棱边开始具有2.4mm的沿y轴152的延伸范围并且从该笔直的天线段的背向接地导体120棱边开始具有3.8mm的沿y轴152的延伸范围。所述数值在此可以向上和/或向下偏移15％。

如图1和图2所示，第一辐射器111尤其可以具有解耦段、笔直的天线段和弯曲的天线段，其以所述的顺序从落脚点113开始依次接连排列。在相应的段之间的过渡处，由于段的不同的定向，在此分别得到折弯和/或拐角。上述的相应的段的尺寸在此得到用于在2.4GHz左右的第一频率范围的λ/ 4辐射器。

第一辐射器111可以包括多个段。在此，第一辐射器111的一个或多个段可以具有条形的延展部，其中一个或多个段的棱边相应地相互平行地延伸。通过棱边的平行延伸可以以更精确的方式设定第一频率范围。

第二辐射器112可以具有带有内部的棱边116的梯形的天线段，该内部的棱边116在面向接地导体120的一侧上限制该梯形的段。内部的棱边116在此随着与落脚点113增加的距离倾斜地远离x轴151延伸。通过这种类型的倾斜的走向，可以提高第二辐射器112的频带宽。

对于上述的第二频率范围，梯形的天线段从第二辐射器112的解耦段开始具有7.2mm的沿x轴151的延伸范围。此外，梯形的天线段在面向第二辐射器112的解耦段的一侧上可以具有5.8mm的宽度并且在背向第二辐射器112的解耦段的一侧上具有3.7mm的宽度。所述数值在此可以向上和/或向下偏移15％。

如图1和图2所示，第二辐射器112可以具有解耦段和梯形的天线段，其以所述的顺序从落脚点113开始依次接连排列。上述的相应的段的尺寸得到用于在第二频率范围的5GHz处的λ/ 4辐射器。

第二频率范围可以具有比第一频率范围更大的频带宽。为此，第二辐射器112关于对应于x轴151的纵向方向可以比第一辐射器111更宽。

图1中示出了用于第一辐射器111和第二辐射器112的两条辅助线161,162。辅助线161,162分别在纵向方向上穿过相应的辐射器111,112的中心或辐射器111,112的段的中心进行延伸。特别地，第一辅助线161在纵向方向上居中地穿过第一辐射器111的解耦段延伸。第二辅助线162在纵向方向上居中地穿过整个第二辐射器112延伸。两条辅助线161,162在落脚点113附近交叉并且形成角度164。该角度164优选处于80°到100°的范围内，特别是位于85°或90°，以引起辐射器111,112的尽可能好的解耦。

换句话说，在纵向方向上居中地穿过第一辐射器111的解耦段的朝向落脚点113延伸的第一辅助线161和在纵向方向上居中地穿过第二辐射器112的朝向落脚点113延伸的第二辅助线162，在交叉点处形成角度164。该角度164在交叉点处可以具有80°到100°的数值，以便引起辐射器111,112的尽可能好的解耦。

第一辐射器111、第二辐射器112和接地导体120可以分别包括电路板的导体面。换句话说，可以将双频带天线100的组件作为电路板的导体面实施。因此，可以提供成本有效的双频带天线100。必要时可以在电路板上实施多个双频带天线100（例如两个双频带天线100）。因此，可以以有效的方式提供天线多样性（antenna diversity）。

本文献进一步描述了一种家用设备，特别是一种家用电器，其包括用于无线通信的通信单元，其中该通信单元具有在该文献中描述的双频带天线100。

图1和图2示出了双频带天线100，其中两个不同的频率带仅通过使用初级辐射器111,112覆盖。由于省去了次级辐射器，该双频带天线100具有较好的周向辐射特性。此外，双频带天线100可以在电路板上以成本有效的方式实施。

本发明不限于所示出的实施例。特别需要注意的是，说明书和附图仅旨在说明所提出的装置和系统的原理。

Claims

1.用于第一和第二频率范围的双频带天线（100）；其中所述双频带天线（100）包括：

- 用于第一频率范围的第一辐射器（111）；

- 用于第二频率范围的第二辐射器（112）；和

- 接地导体（120），其作为所述第一和第二辐射器（111,112）的配对极；其中，所述第一辐射器（111）和所述第二辐射器（112）在所述双频带天线（100）的落脚点（113）中以V形会聚，

其中，所述第一辐射器（111）、所述第二辐射器（112）和所述接地导体（120）这样布置，即：

- 对于穿过所述落脚点（113）延伸的笛卡尔坐标系的x轴（151），所述第一和第二辐射器（111,112）位于第一侧上并且所述接地导体（120）位于所述x轴（151）的第二侧上；并且

-对于穿过所述落脚点（113）延伸的笛卡尔坐标系的y轴（152），所述第一辐射器（111）位于第一侧上并且所述第二辐射器（112）位于所述y轴（152）的第二侧上，

其中，

- 所述第一辐射器（111）具有解耦段、笔直的天线段和弯曲的天线段，其以解耦段、笔直的天线段和弯曲的天线段的顺序从所述落脚点（113）开始依次接连排列；并且

- 所述第二辐射器（112）具有解耦段和梯形的天线段，其以解耦段和梯形的天线段的顺序从所述落脚点（113）开始依次接连排列，

其中，具有正/负15％的准确度，

-所述第一和第二辐射器（111，112）的解耦段从落脚点（113）开始具有沿所述y轴（152）的7.2mm的延伸范围；

-所述第一辐射器（111）的解耦段从所述落脚点（113）开始具有2mm的沿所述x轴（151）的延伸范围；

-所述第二辐射器（112）的解耦段从落脚点（113）开始具有1.8mm的沿所述x轴（151）的延伸范围；

-所述笔直的天线段从所述第一辐射器（111）的解耦段开始具有15mm的沿所述x轴（151）的延伸范围和1.4mm的沿所述y轴（152）的宽度；

-所述梯形的天线段从所述第二辐射器（112）的解耦段开始具有7.2mm的沿所述x轴（151）的延伸范围；

- 所述弯曲的天线段从面向所述接地导体（120）的棱边开始具有2.4mm的沿所述y轴（152）的延伸范围，并且从背向所述接地导体（120）的棱边开始具有3.8mm的沿所述y轴（152）的延伸范围；并且

- 所述梯形的天线段在面向所述第二辐射器（112）的解耦段的侧面上具有5.8mm的宽度并且在背向所述第二辐射器（112）的解耦段的侧面上具有3.7mm的宽度。

2.根据权利要求1所述的双频带天线（100），其中所述第一辐射器（111）和所述第二辐射器（112）在所述落脚点（113）中形成在40°到50°之间的角度（114）。

3.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中所述第一辐射器（111）和所述第二辐射器（112）分别包括解耦段，所述第一和第二辐射器（111，112）的解耦段

- 在所述落脚点（113）上开始；并且

- 从所述落脚点（113）开始倾斜地远离所述y轴（152）地延伸，使得所述第一和第二辐射器（111，112）的解耦段以V形向所述落脚点（113）会聚。

4.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中，所述第一辐射器（111）包括平行于所述x轴（151）远离所述y轴（152）延伸的笔直的天线段。

5.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中，所述第一辐射器（111）包括弯曲的天线段，所述弯曲的天线段平行于所述y轴（152）地朝向所述x轴（151）延伸。

6.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中，

- 所述第二辐射器（112）具有梯形的天线段，所述梯形的天线段带有在面向所述接地导体（120）的侧面上限制所述梯形的段的内部的棱边（116）；并且

- 所述内部的棱边（116）随着与所述落脚点（113）的距离的增大而倾斜地远离所述x轴（151）地延伸。

7.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中，

- 所述第二频率范围具有比所述第一频率范围更大的频带宽；并且

- 所述第二辐射器（112）在对应于所述x轴（151）的纵向方向上宽于所述第一辐射器（111）。

8.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中，

- 第一辅助线（161），所述第一辅助线居中地在纵向方向上穿过所述第一辐射器（111）的解耦段朝着所述落脚点（113）延伸，和第二辅助线（162），所述第二辅助线居中地在纵向方向上穿过所述第二辐射器（112）朝着所述落脚点（113）延伸，在交叉点处形成角度（164）；并且

- 在交叉点处的角度（164）具有80°到100°的数值。

9.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中所述第一辐射器（111）、所述第二辐射器（112）和所述接地导体（120）分别包括电路板的导体面。

10.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中

- 所述第一频率范围包括2.4-2.5GHz的频率；并且

- 所述第二频率范围包括5.1-5.8GHz的频率。

11.根据权利要求1或2所述的双频带天线（100），其中所述双频带天线（100）被设置用于在所述落脚点（113）处提供来自于所述第一频率范围和/或所述第二频率范围的接收到的无线电信号，和/或接收来自所述第一频率范围和/或所述第二频率范围的待发射的无线电信号。

12.根据权利要求2所述的双频带天线（100），其中所述角度为45°。

13.一种家用设备，其包括具有根据权利要求1-12中任一项所述的双频带天线（100）的通信单元。