CN109616745A - 天线结构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线结构和应用该天线结构的电子设备，其中，所述天线结构包括：主板和主体天线，所述主体天线设于所述主板的边缘，所述主板的边缘还设有所述主体天线的寄生天线，所述寄生天线与所述主体天线间隔设置。本发明降低主体天线的方向性系数，改善其水平方向图，提高水平面辐射。

Description

天线结构和电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及到一种天线结构和应用该天线结构的电子设备。

背景技术

现实生活中，随着智能家居及人工智能技术的发展，各种提供智能家居功能和人工智能的电子设备受到消费者的喜爱。

电子设备被使用时在室内的位置任意，理想的天线应该水平全向覆盖,但在电子设备中,天线尺寸远远小于主板、扬声器或散热器尺寸，由于这些部件的金属反射遮挡，电子设备的天线的方向性系数均大于4，较难实现水平全向覆盖。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种天线结构，旨在解决现有技术中电子设备中天线的方向性系数过高导致无法实现水平全覆盖的问题，降低天线的方向性系数，改善其水平方向图的，提高水平面辐射。

为实现上述目的，本发明提出一种天线结构，所述天线结构包括：主板和主体天线，所述主体天线设于所述主板的边缘，所述主板的边缘还设有所述主体天线的寄生天线，所述寄生天线与所述主体天线间隔设置。

可选地，所述主体天线和寄生天线具有相同的工作波长，所述主板为圆形，所述主板的直径为二分之一工作波长，或者所述主板的直径小于等于四分之一工作波长，或者所述主板的直径为二分之一工作波长的整数倍。

可选地，所述主板为正方形，所述主板的斜对角长度为二分之一工作波长，或者所述主板的斜对角长度小于等于四分之一工作波长，或这所述主板的斜对角长度为二分之一工作波长的整数倍。

可选地，所述寄生天线与所述主体天线分别位于所述主板周向上相距最远的两个位置处。

可选地，所述寄生天线设有若干，所述主体天线和若干所述寄生天线沿所述主板的周向间隔分布。

可选地，所述寄生天线的数目为两个或五个，所述主体天线和所述寄生天线沿所述主板的周向均匀分布。

可选地，所述寄生天线的形状和大小与所述主体天线相同。

可选地，所述寄生天线通过弹片与所述主板电性连接；

且/或，所述主体天线通过弹片与所述主板电性连接。

为实现上述目的，本发明还提出一种智能音箱，所述智能音箱包括壳体和设于所述壳体内的天线结构，所述天线结构是如上所述的天线结构。

可选地，所述主体天线与所述壳体的内壁面贴合设置；

且/或，所述寄生天线与所述壳体的内壁面贴合设置。

可选地，所述智能音箱还包括设于所述壳体内的扬声器，所述扬声器、所述主体天线的背离所述主板的一端、及所述寄生天线的背离所述主板的一端均位于所述主板的同侧。

可选地，所述主体天线位于所述扬声器的外侧，在所述智能音箱的一横截面上，所述主体天线与所述扬声器侧壁之间的距离为5mm～10mm；

且/或，所述寄生天线位于所述扬声器的外侧，在所述智能音箱的一横截面上，所述寄生天线与所述扬声器侧壁之间的距离为5mm～10mm。

本发明通过为主板上的主体天线设置寄生天线，将原先集中于主体天线的电流分散到寄生天线上，改变了主体天线的电磁场分布，降低了主体天线的方向性系数，在改善其水平方向图，提高水平面辐射，并将该天线结构应用于电子设备，降低了电子设备的天线的方向性系数，从而提高电子设备的水平面辐射。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电子设备一实施例的俯视图；

图2为图1中电子设备拆除壳体后的侧视结构示意图；

图3为图2中天线结构的结构示意图；

图4为本发明天线结构另一实施例的结构示意图；

图5为本发明天线结构再一实施例的结构示意图；

图6位图5中天线结构的电流分布示意图；

图7为图5中天线结构的水平面方向图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种天线结构，其应用于电子设备，可解决现有技术中电子设备的天线无法实现水平全向覆盖的问题。

以下将就天线结构的具体结构进行描述：

如图1和图2所示，在本发明天线结构100一实施例中，所述天线结构100包括：主板11和主体天线12，所述主体天线12设于所述主板11的边缘，所述主板11的边缘还设有所述主体天线12的寄生天线13，所述寄生天线13与所述主体天线12间隔设置。

为了支持无线通信功能，电子设备产品中大多设置无线通信模块和与之适配的收发天线。天线通常设置于电子设备产品的主板上，由于主板自身产生的辐射以及产品内部其它金属部件的影响，天线具有较高的方向性系数。高的方向性系数意味着天线在某个特定方向的辐射很强，不具备均匀的方向图，无法实现水平全向覆盖。

在本实施例中，将设置于主板边缘、负责无线信号发射和接收的天线视为主体天线，通过在主板边缘设置该主体天线的寄生天线，可将原先集中于主体天线的电流分散到寄生天线上，改变了主体天线的电磁场分布，从而降低了主体天线的方向性系数，改善了其水平方向图，提高水平面辐射。

可选地，所述主体天线和寄生天线具有相同的工作波长，所述主板为圆形或者为正方形。当所述主板为圆形时，所述主板的直径为二分之一工作波长，或者所述主板的直径小于等于四分之一工作波长，或者所述主板的直径为二分之一工作波长的整数倍；当所述主板为正方形时，所述主板的斜对角长度为二分之一工作波长，或者所述主板的斜对角长度小于等于四分之一工作波长，或者所述主板的斜对角长度为二分之一工作波长的整数倍。

在主板上为主体天线设置了寄生天线之后，主体天线和寄生天线之间会存在多条长度不同的电流传输路径。当主体天线和寄生天线之间的电流传输路径长度为二分之一工作波长时，电流传输到达路径终点时相位不变，以及电流传输每隔二分之一工作波长，电流相位与传输路径起点相同。同时，电流传输路径为四分之一工作波长时，不会出现电流传输到达路径终点时相位反转的情况。

因此，当电流从主体天线经过多条路径传输到寄生天线时，若多条路径的长度均为二分之一工作波长的整数倍或四分之一工作波长，传输到寄生天线的多条电流为正向叠加，不会出现反向叠加导致的电信号的能量损耗。

基于上述原理，当主板为圆形时，主板的直径可选为二分之一工作波长，或者小于等于四分之一工作波长，或者二分之一工作波长的整数倍；当主板为正方形时，主板的对角线长度可选为二分之一工作波长，或者小于等于四分之一工作波长，或者二分之一工作波长的整数倍。

可以理解地，主板的直径越小，主体天线和多个寄生天线之间的多条路径的长度为二分之一工作波长或者小于等于四分之一工作波长的概率越大，这样电流同相叠加的概率越大，不容易导致反相叠加带来的能量损耗，所以主板的直径为二分之一工作波长或四分之一工作波长的方案要优于主板的直径为二分之一工作波长整数倍的方案。

并且主板的直径为二分之一工作波长时，由于比主板尺寸为四分之一工作波长时可以设置更多的寄生天线，所以主板的直径为二分之一工作波长的方案要优于主板的直径为四分之一工作波长的方案。

如图3所示，在本实施例天线结构一实施例中，所述寄生天线与所述主体天线分别位于所述主板周向上相距最远的两个位置处。

在本实施例中，在主板边缘与主体天线相对设置一个寄生天线，即在主板边缘与主体天线距离最远处设置一个寄生天线。

当只为主体天线设置一个寄生天线时，可选将该寄生天线设置在主板边缘上距离主体天线最远的位置，这样可以使主体天线和寄生天线之间的多条传输电流的路径长度分布更为均匀，电流分散的效果更好，从而更好的降低主体天线的方向性系数，提高天线的水平面辐射。

可选地，所述寄生天线设有若干，所述主体天线和若干所述寄生天线沿所述主板的周向间隔分布。

为了增强电流分散的效果，可以为主体天线设置多个寄生天线，主体天线和多个寄生天线的位置沿主板的周向间隔分布。

如图4所示，在本实施例天线结构的一实施例中，所述寄生天线的数目可选为两个，所述主体天线和所述寄生天线沿所述主板的周向均匀间隔分布。

如图5所示，在本实施例天线结构的一实施例中，所述寄生天线的数目可选为五个，所述主体天线和所述寄生天线沿所述主板的周向均匀间隔分布。

进一步地，根据主板的直径大小，对应有一个需要间隔的角度，以满足主体天线和寄生天线间主要的电流传播路径平均长度为二分之一工作波长或者小于四分之一工作波长，在分散电流时同时达到电流的同相叠加。

例如在主板直径小于或等于二分之一工作波长时，要求包括主体天线和寄生天线的天线之间所间隔的角度为60度的整数倍，所以若设置两个或五个寄生天线可以满足该条件

经测试验证发现，2.24GHz天线原始方向性系数为6.19，当寄生天线为1个时，2.45GHz天线的方向性系数为5.88，当寄生天线为2个时，2.45GHz天线的方向性系数为4.15，当寄生天线为5个时，2.45GHz天线的方向性系数为3.63，可见，天线的方向性系数随着寄生天线个数的增加不断降低。

结合图6详细说明该具体实施方式的作用原理：主体天线12和紧挨着相邻的寄生天线之间20形成了多条电流路径，如长度约为四分之一工作波长的路径42和二分之一工作波长的路径41，使得主体天线12沿着这两条路径传输的电流到达相邻寄生天线20时正向叠加，同时由于电流传输经过二分之一工作波长时相位不变，以及每隔半个工作波长，电流相位与起点相同，也使得主体天线12经由与其他距离不同的寄生天线(16，17，18，19)之间的路径传输的电流到达寄生天线时正向叠加。并且，主体天线12与次相邻的寄生天线之间(17，18，19)，运用上面相同的原理，通过其相邻寄生天线作中继，将电流分散到各寄生分支。因此，通过主体天线接收或者发射电磁波信号时形成的电流沿着这些多条路径的分散传播，将电流分散到各个寄生天线，从而使天线辐射不会都集中在某个特定的方向上，改善水平全向辐射特性。

图7为本发明实施例的天线水平面方向图，61为仅存在主体天线40的情况下的天线水平面方向图，方向图存在3个不好的凹陷下去的角度位置。62为设置了5个寄生天线时的天线水平面方向图，可以看出水平面方向改善了两个角度位置。

可选地，所述寄生天线的形状和大小与所述主体天线相同。通过采用和主体天线的形状和大小均相同的寄生天线，可以简化该天线结构的设计，降低成本。

可选地，所述寄生天线通过弹片与所述主板电性连接；所述主体天线通过弹片与所述主板电性连接，此种连接方式设计简单并且容易固定。

如图1和图2所示，本发明还提出一种电子设备1000，所述电子设备1000包括壳体200和设于所述壳体200内的天线结构100，该天线结构是如上所述的天线结构，该天线结构的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备1000采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

由于电子设备内部主板及金属部件的影响，电子设备的天线的方向性系数均大于4。对于电子设备而言，辐射杂散水平有要求，高的方向性系数意味着某个特定方向辐射很强，辐射指标容易超标。本发明提出的电子设备由于包含可有效地降低天线的方向性系数的天线结构，可以使电子设备的辐射降低到合理的水平。其中，该电子设备可以是智能音箱、智能电饭煲、扫地机器人或者路由器等。

如图1和图2所示，在本发明电子设备1000一实施例中，所述主体天线12与所述壳体200的内壁面贴合设置，所述寄生天线13与所述壳体200的内壁面贴合设置。

具体地，寄生天线或者主体天线由柔性电路板(FPC)工艺实现。天线的一端通过弹片连接在主板的上表面，另一端向下弯折越过主板并向下延伸，贴合设置于外壳的内壁面上。当然，在其他实施例中，天线的一端还可通过弹片连接在主板的下表面，另一端通过粘胶、粘扣或者卡扣贴合设置于外壳的内壁面上，这两种连接方式均可以达到固定天线、增强天线结构稳定性、使天线的水平面方向图保持稳定的效果。

如图1和图2所示，在本发明电子设备1000一实施例中，所述电子设备1000还包括设于所述壳体200内的扬声器300，所述扬声器300、所述主体天线12的背离所述主板11的一端、及所述寄生天线13的背离所述主板11的一端均位于所述主板11的同侧。

在本实施例中，扬声器与天线位于主板同侧有利于节约产品尺寸，产品小型化。

如图1和图2所示，在本发明电子设备1000一实施例中，所述主体天线12位于所述扬声器300的外侧，在所述电子设备1000的一横截面上，所述主体天线12与所述扬声器300侧壁之间的距离为5mm～10mm，所述寄生天线13位于所述扬声器300的外侧，在所述电子设备1000的一横截面上，所述寄生天线13与所述扬声器300侧壁之间的距离为5mm～10mm。

在本实施例中，通过限定主体天线与扬声器侧壁之间的距离，以及限定寄生天线与扬声器侧壁之间的距离，可以进一步降低主体天线的方向性系数，从而改善天线的水平面方向图，提高水平面辐射。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括主板和主体天线，所述主体天线设于所述主板的边缘，所述主板的边缘还设有所述主体天线的寄生天线，所述寄生天线与所述主体天线间隔设置。

2.如权利要求1所述天线结构，其特征在于，所述主体天线和寄生天线具有相同的工作波长，所述主板为圆形，所述主板的直径为二分之一工作波长，或者所述主板的直径小于等于四分之一工作波长，或者所述主板的直径为二分之一工作波长的整数倍。

3.如权利要求1所述天线结构，其特征在于，所述主板为正方形，所述主板的斜对角长度为二分之一工作波长，或者所述主板的斜对角长度小于等于四分之一工作波长，或这所述主板的斜对角长度为二分之一工作波长的整数倍。

4.如权利要求1所述天线结构，其特征在于，所述寄生天线与所述主体天线分别位于所述主板周向上相距最远的两个位置处。

5.如权利要求1所述天线结构，其特征在于，所述寄生天线设有若干，所述主体天线和若干所述寄生天线沿所述主板的周向间隔分布。

6.如权利要求5所述天线结构，其特征在于，所述寄生天线的数目为两个或五个，所述主体天线和所述寄生天线沿所述主板的周向均匀分布。

7.如权利要求1至6中任一项所述天线结构，其特征在于，所述寄生天线的形状和大小与所述主体天线相同。

8.如权利要求1至6中任一项所述天线结构，其特征在于，所述寄生天线通过弹片与所述主板电性连接；

且/或，所述主体天线通过弹片与所述主板电性连接。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括壳体和设于所述壳体内的天线结构，所述天线结构是如权利要求1至8中任一项所述的天线结构。

10.如权利要求9所述电子设备，其特征在于，所述主体天线与所述壳体的内壁面贴合设置；

且/或，所述寄生天线与所述壳体的内壁面贴合设置。

11.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括设于所述壳体内的扬声器，所述扬声器、所述主体天线的背离所述主板的一端、及所述寄生天线的背离所述主板的一端均位于所述主板的同侧。

12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述主体天线位于所述扬声器的外侧，在所述智能音箱的一横截面上，所述主体天线与所述扬声器侧壁之间的距离为5mm～10mm；

且/或，所述寄生天线位于所述扬声器的外侧，在所述电子设备的一横截面上，所述寄生天线与所述扬声器侧壁之间的距离为5mm～10mm。