CN110611156A - 天线及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天线，其包括基板(100)和主辐射体(200)，所述基板(100)开设有贯穿其厚度方向的第一通孔(110)，所述主辐射体(200)安装在所述基板(100)上，所述主辐射体(200)的一端与所述第一通孔(110)相连，所述基板(100)朝向所述主辐射体(200)的板面包括接地辐射区(120)和第一谐振部(130)，所述第一谐振部(130)和所述接地辐射区(120)依次围绕所述第一通孔(110)设置，所述接地辐射区(120)为所述基板(100)的第一金属区，所述第一谐振部(130)为所述基板(100)上被所述接地辐射区(120)围绕的绝缘区。本发明还公开一种电子设备。上述方案能提供一种全向性和带宽性能良好，同时适用于工业推广的天线。
Description
技术领域
本发明涉及通信器件技术领域，尤其涉及一种天线及电子设备。
背景技术
随着定位技术的发展，定位设备越来越丰富多样，同时对位置数据的精度要求也越来越高，而定位设备中的天线的带宽和方向性能决定着天线定位信号的质量，从而影响位置数据的精度。
因此，如何设计全向性和带宽性能良好，同时适用于工业推广的天线成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明公开一种天线及电子设备，以提供一种全向性和带宽性能良好，同时适用于工业推广的天线。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种天线，包括基板和主辐射体，所述基板开设有贯穿其厚度方向的第一通孔，所述主辐射体安装在所述基板上，所述主辐射体的一端与所述第一通孔相连，所述基板朝向所述主辐射体的板面包括接地辐射区和第一谐振部，所述第一谐振部和所述接地辐射区依次围绕所述第一通孔设置，所述接地辐射区为所述基板的第一金属区，所述第一谐振部为所述基板上被所述接地辐射区围绕的绝缘区。
优选的，上述天线中，所述主辐射体包括锥形辐射体，所述锥形辐射体包括第一端和第二端，在所述第一端向所述第二端延伸的方向上，所述锥形辐射体的横截面积逐渐减小，所述第二端与所述第一通孔相连。
优选的，上述天线中，所述主辐射体还包括等径辐射体，所述等径辐射体与所述第一端相连、且与所述第一端的直径相等，所述等径辐射体的中心轴线与所述锥形辐射体的中心轴线共线。
优选的，上述天线中，所述接地辐射区为环状接地辐射区，所述锥形辐射体为回转锥形体，所述锥形辐射体的中心轴线和接地辐射区的中心轴线共线。
优选的，上述天线中，所述主辐射体为实心结构件；或者，所述锥形辐射体具有第一锥形内腔，所述等径辐射体为圆筒状结构件，所述第一锥形内腔的内侧表面为锥形面。
优选的，上述天线中，在所述锥形辐射体具有第一锥形内腔，所述等径辐射体为圆筒状结构件以及所述第一锥形内腔的内侧表面为锥形面的前提下，所述等径辐射体背离所述锥形辐射体的端口封盖有金属片所述等径辐射体背离所述锥形辐射体的端口封盖有金属片。
优选的，上述天线中，所述金属片与所述基板相平行。
优选的，上述天线中，所述等径辐射体的内侧表面为圆柱面；或者，所述等径辐射体的内侧表面与所述锥形面共面；或者，所述等径辐射体的中心轴线与所述基板相垂直；或者，所述等径辐射体的高度不超过4mm。
优选的，上述天线中，所述锥形辐射体的外侧表面与所述基板之间的夹角为46-54°；或者，所述锥形辐射体的第二端的直径不超过5mm；或者，所述锥形辐射体的所述第一端所在的平面与所述基板之间的距离为5-15mm。
优选的，上述天线中，所述天线还包括第二谐振部，所述主辐射体通过所述第二谐振部支撑于所述基板上，所述主辐射体通过所述第二谐振部与所述第一通孔相连。
优选的，上述天线中，所述第二谐振部在垂直于所述基板方向的尺寸为0.1-0.4mm，或者，所述主辐射体与所述第二谐振部为一体式结构件。
优选的，上述天线中，所述第一谐振部的外半径为2-4mm；或者，所述接地辐射区的外径为20-40mm；或者，所述接地辐射区的表面设置有锡层或金层；或者，所述主辐射体为铜质结构件。
优选的，上述天线中，所述第二谐振部在垂直于所述基板方向的尺寸为0.1-0.4mm。
优选的，上述天线中，所述天线还包括射频连接器，所述射频连接器包括外壳和射频针，所述射频针设置在所述外壳上，所述外壳与所述基板相连，所述外壳与所述接地辐射区电连接，所述射频针穿入所述第一通孔，所述射频针与所述主辐射体上与所述第一通孔相连的一端信号连接。
优选的，上述天线中，所述基板上背离所述主辐射体的板面包括第二金属区，所述第一金属区与所述第二金属区电连接，所述外壳与所述第二金属区焊接相连。
优选的，上述天线中，所述基板开设有贯穿其厚度方向的第二通孔，所述第二通孔内设置有电连接部，所述电连接部电连接所述第二金属区和所述第一金属区。
优选的，上述天线中，所述主辐射体为空心结构的前提下，所述主辐射体上与所述第一通孔相连的一端的端口与所述第一通孔贯通，所述射频针通过所述第一通孔穿入在所述主辐射体的内腔中。
一种电子设备，包括上文所述的天线，所述基板为电路板。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明公开的天线对现有的天线结构进行改进，使得基板包括能与主辐射体配合的第一谐振部，第一谐振部为基板朝向主辐射体板面上围绕第一通孔的绝缘区，也就是说，第一谐振部朝向主辐射体的表面为基板的板面，相比于现有技术中发挥谐振作用的环状谐振器凸出于基板的表面而言，本发明实施例公开的天线中第一谐振部并未凸出基板的板面，因此能够减小占用空间，进而能够使得整个天线的体积更小，从而更适用于工业推广。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1和图2分别为本发明实施例公开的一种天线在不同视角下的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的另一种天线的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的再一种天线的结构示意图，其中，图4中的接地辐射区120和第二金属区140均位于基板100相应的板面之内，不会凸出于板面上，图3中加粗线仅仅为示意图；
图5为本发明实施例公开的天线的一种回波损耗示意图，图5中的虚曲线指的是第二谐振部的高度为0mm(即天线不包含第二谐振部)的回波损耗曲线；图5中实曲线指的是第二谐振部的高度为0.2mm的回波损耗曲线；
图6为本发明实施例公开的天线的另一种回波损耗示意图，在图6所示的视角方位下，从上到下依次为锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角分别为54°、52°、50°、48°、46°的回波损耗曲线；
图7为本发明实施例公开的天线的一种辐射方向图，其中，图7中实线为垂直偏波，虚线为水平偏波；
图8为本发明实施例公开的天线的再一种回波损耗示意图，在图8所示的视角方位下，从上到下依次为等径辐射体220的高度在0mm、1mm、2mm、3mm、4mm的回波损耗曲线；
图9为本发明实施例公开的天线的再一种回波损耗示意图，在图9所示的视角方位下，从上到下依次为锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角分别为54°、52°、50°、48°、46°的回波损耗曲线；
图10为本发明实施例公开的再一种回波损耗示意图，图10所示的视角方位下，从上到下依次为第二谐振部300的高度分别为0mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm的回波损耗曲线；
图11为本发明实施例公开的天线的再一种回波损耗示意图，在图10所示的视角方位下，从上到下依次为第一谐振部130的外径分别为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm的回波损耗曲线；
图12为本发明实施例公开的天线的再一种回波损耗示意图，图12为本发明实施例中的天线的各个部件的尺寸在优选值下的回波损耗曲线；
图13为本发明实施例公开的天线在中心频率为4GHz时的增益及辐射方向图；
图14为本发明实施例公开的天线在中心频率5.25GHz时的增益及辐射方向图；
图15为本发明实施例公开的天线在中心频率6.5GHz时的增益及辐射方向图；
图16为本发明实施例公开的天线在中心频率8GHz时的增益及辐射方向图；其中，图13-图16中的实线为垂直偏波，虚线为水平偏波；
其中，图5、图6、图8、图9、图10、图11和图12中，纵坐标指的是回波损耗幅度；横坐标指的是频率。
附图标记说明：
100-基板、110-第一通孔、120-接地辐射区、130-第一谐振部、140-第二金属区、150-第二通孔、160-电连接部、
200-主辐射体、210-锥形辐射体、220-等径辐射体、230-金属片、
300-第二谐振部、
400-射频连接器、410-外壳、420-射频针。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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做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。
以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
请参考图1-图4，本发明实施例公开一种天线，所公开的天线包括基板100和主辐射体200。
基板100为天线的基础构件，基板100能够为主辐射体200提供安装位置，同时，基板100还能够形成天线的功能结构。在本发明实施例中，基板100开设有贯穿其厚度方向的第一通孔110，第一通孔110用于供天线的射频连接器400输入电磁波。第一通孔110通常为圆孔，当然，第一通孔110也可以为其它形状，本发明实施例不限制第一通孔110的具体形状。通常情况下，基板100可以为圆盘、方形盘等结构，同理本发明实施例不限制基板100的具体结构。
主辐射体200安装在基板100上，主辐射体200用于辐射和接收电磁波。主辐射体200通常为金属结构件，通常情况下，主辐射体200以固定的方式安装在基板100上，例如，主辐射体200可以通过焊接、粘接、卡接等常用的固定方式安装在基板100上。
如上文所述，主辐射体200安装在基板100上，具体的，主辐射体200的一端与第一通孔110相连，天线的射频连接器通过第一通孔110向主辐射体200的一端输入电磁波。
基板100朝向主辐射体200的板面包括接地辐射区120和第一谐振部130，第一谐振部130和接地辐射区120依次围绕第一通孔110设置，具体的，第一谐振部130围绕第一通孔110，而接地辐射区120围绕第一谐振部130的外侧。接地辐射区120能够实现屏蔽作用。第一谐振部130与主辐射体200共同作用以产生电磁波。
在本发明实施例中，接地辐射区120为基板100的第一金属区，第一谐振部130为基板100上被接地辐射区120围绕的绝缘区。如上文所述，接地辐射区120和第一谐振部130均为基板100朝向主辐射体200表面的一部分区域。
本发明实施例公开的天线对现有的天线结构进行改进，使得基板100包括能与主辐射体200配合的第一谐振部130，第一谐振部130为基板100朝向主辐射体200板面上围绕第一通孔110的绝缘区，也就是说，第一谐振部130朝向主辐射体200的表面为基板100的板面，相比于现有技术中发挥谐振作用的环状谐振器凸出于基板的表面而言，本发明实施例公开的天线中第一谐振部130并未凸出基板100的板面，因此能够减小占用空间，进而能够使得整个天线的体积更小，从而更适用于工业推广。
满足上文要求的基板100结构可以有多种。在较为优选的方案中，基板100可以为电路板。由于电路板中设置有金属层和绝缘层，因此可以通过对成品的电路板的结构进行适当的结构调整，从而形成第一金属区和绝缘区，很显然，此种基板100的形成方式具有工艺简单、方便制造的优点。电路板通常包括铜层，此种情况下，第一金属区可以为电路板的第一漏铜区域，第一漏铜区域具备较好的信号传输能力，使得天线达到更好的接地辐射效果。
如上文所述，主辐射体200用于接收和发送电磁波，能够实现其功能的主辐射体200可以具有多种结构。请再次参考图1-图4，主辐射体200可以包括锥形辐射体210，锥形辐射体210包括第一端和第二端，在第一端向第二端延伸的方向上，锥形辐射体210的横截面积逐渐减小，锥形辐射体210的第二端与第一通孔110相连。此种情况下，天线的射频连接器输入的信号会从锥形辐射体210横截面积较小的第二端向着横截面积较大的第一端传递，并最终实现辐射，有利于提高信号的辐射性能。具体的，锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角可以为40-60°，优选的方案中，锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角可以为50°，此种情况下，垂直波瓣宽度较宽，使得天线具有良好的超宽带全向性能，更适用于超宽带定位设备中。
具体的，锥形辐射体210的第一端所在的平面与基板100之间的距离可以为5-15mm。在优选的方案中，锥形辐射体210的第一端所在的平面与基板100之间的距离可以为12mm。
锥形辐射体210的第一端背离基板100，为了方便加工及安装，避免锥形辐射体210的第一端划伤操作人员，在较为优选的方案中，本发明实施例公开的主辐射体200还可以包括等径辐射体220，等径辐射体220与锥形辐射体210的第一端相连、且与锥形辐射体210的第一端的直径相等，等径辐射体220的中心轴线可以锥形辐射体210的中心轴线共线。等径辐射体220能够以相同的直径延伸，从而形成较好的抓握表面，避免锥形辐射体210的第一端边缘过于锋利。具体的，等径辐射体220的中心轴线可以与基板100相垂直。与此同时，等径辐射体220的设置能够提高天线增益。
在本发明实施例中，接地辐射区120围绕第一通孔110设置，接地辐射区120也围绕锥形辐射体210的第二端，在更为优选的方案中，接地辐射区120可以为环状接地辐射区，锥形辐射体210可以为回转锥形体，锥形辐射体210的中心轴线和接地辐射区120的中心轴线共线。此种情况下，锥形辐射体210和接地辐射区120形成的结构为360°回转结构，从而能够使得天线成为全向性天线，进而能够进一步提高天线的全向性能。
具体的，在接地辐射区120为环状接地辐射区以及锥形辐射体210为回转锥形体的前提下，锥形辐射体210的中心轴线、接地辐射区120的中心轴线与第一通孔110的中心轴线共线，从而进一步提高通过第一通孔110输入到锥形辐射体210内的电磁波的全向均衡性。
如上文所述，基板100可以为圆盘，在此前提下，第一通孔110可以位于基板100的中心位置，基于此，较为优选的方案中，基板100的中心轴线与第一通孔110的中心轴线共线，也就是说，基板100的中心轴线、锥形辐射体210的中心轴线和环状接地辐射区的中心轴线可以共线。此种情况下，整个天线为回转结构件，此种结构方便天线的设计及装配。
本发明实施例公开的主辐射体200可以为实心结构件，当然，主辐射体200可以为空心结构件。
在主辐射体200为空心结构件的前提下，锥形辐射体210具有第一锥形内腔，等径辐射体220可以为圆筒状结构件，第一锥形内腔的内侧表面可以为锥形面。在更为优选的方案中，等径辐射体220的内侧表面可以为圆柱面，当然，等径辐射体220的内侧表面可以与锥形面共面，从而使得等径辐射体220和锥形辐射体210形成的整体的内侧表面整体为锥形面。
为了进一步优化上述技术方案，在更为优选的方案中，等径辐射体220背离锥形辐射体210的端口封盖有金属片230，金属片230能够使得天线的增益更高，同时使得辐射路径闭环、电场路径更加清晰，即从金属片230的表面沿锥形辐射体210的侧向斜面至馈点。具体的，金属片230可以与基板100相平行。此种情况下，金属片230与锥形辐射体210的内壁之间的夹角与锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角相等，上述夹角过小会导致加工误差较大，而影响天线的谐振频率，进而会使得天线的性能下降。
为了实现更好地谐振，在更为优选的方案中，本发明实施例公开的天线还可以包括第二谐振部300，主辐射体200通过第二谐振部300支撑于基板100上，也就是说，主辐射体200的一端通过第二谐振部300与第一通孔110相连，此种情况下，在第二谐振部300的支撑作用下，能够使得主辐射体200与基板100之间具有较大的间隙，从而使得主辐射体200与第一谐振部130实现更好地谐振作用，同时有利于电磁波的传递，可见，第二谐振部300能够优化谐振性能及信号更好的辐射。
主辐射体200距基板100的距离过小会影响电磁波的辐射，主辐射体200距基板100的距离过大又会影响电磁波的辐射。因此，当天线包括第二谐振部300时，性能更优。当然，在天线不包括第二谐振部300前提下，第二谐振部300的高度相当于为0mm。
本发明实施例中，锥形辐射体210的第二端的半径可以与第一谐振部130的内半径相等，也就是说，锥形辐射体210的第二端的直径和第二谐振部300的内径可以相等。在天线还包括第二谐振部300时，锥形辐射体210的第二端的直径、第二谐振部300的直径以及第二谐振部300的内径也可以相等。上述尺寸关系能够使得各个部分之间形成更优的衔接，从而提高天线的辐射性能。
在主辐射体200包括锥形辐射体210、且锥形辐射体210具有第一锥形内腔的前提下，第二谐振部300可以为筒状结构件，从而连通第二锥形内腔与第一通孔110，从而有利于射频连接器400的部分结构通过第一通孔110和第二谐振部300伸入到第一锥形内腔中，更有利于电磁波的输入。
为了方便装配及制造，在更为优选的方案中，主辐射体200与第二谐振部300可以为一体式结构件。
在较为优选的方案中，接地辐射区120的表面可以设置有锡层或金层，进而能够使得接地辐射区120更加抗氧化，同时还不影响辐射性能，具体的，锡层或金层可以通过喷涂方式的形成。
本发明实施例公开的天线包括射频连接器400，射频连接器400向主辐射体200输入电磁波，射频连接器400的种类可以有多种。请再次参考图4，一种具体的实施方式中，射频连接器400可以包括外壳410和射频针420，射频针420设置在外壳410上，外壳410与基板100相连，从而实现整个射频连接器400与基板100之间的组装。射频针420穿入第一通孔110，射频针420与主辐射体200上与第一通孔110相连的一端信号连接，从而使得射频针420将电磁波输入主辐射体200。
通常情况下，射频连接器400的外壳410接地，基于此，在更为优选的方案中，外壳410可以与接地辐射区120电连接，此种方式更容易接地辐射区120的接地连接。
实现接地辐射区120与外壳410电连接的方式有多种，在较为优选的方案中，基板100上背离主辐射体200的板面包括第二金属区140，第二金属区140与接地辐射区120电连接，外壳410与第二金属区140焊接相连，此种情况下，既能够实现射频连接器400与基板100之间的组装，而且还能使得接地辐射区120通过第二金属区140与外壳410接地连接。在基板100为电路板的前提下，第二金属区140可以为电路板的第二漏铜区域，第二漏铜区域具备较好的信号传输能力，进而能够达到更好的接地连接效果。
为了方便接地辐射区120与第二金属区140之间的电连接，基板100可以开设有贯穿其厚度方向的第二通孔150，第二通孔150内设置有电连接部160，电连接部160电连接第一金属区和第二金属区。此种连接方式更加快捷、结构更为简单。电连接部160可以为设置在第二通孔150内的金属镀层、金属填充物等，本发明实施例不限制电连接部160的具体种类。
如上文所述，主辐射体200可以为空心结构件，也可以为实心结构件，在主辐射体200为空心结构的前提下，主辐射体200上与第一通孔110相连的一端(主辐射体200的第二端)的端口与第一通孔110贯通，射频针420可以通过第一通孔110穿入主辐射体200的内腔中，从而能够更好地实现电磁波向主辐射体200的输入。
为了方便制造及简化安装，本发明实施例公开的天线中，主辐射体200优选为一体式结构件，例如主辐射体200可以为一体式铸造件。
在本发明实施例中，主辐射体200可以由多种金属材料制成，例如，主辐射体200可以为铜质结构件，具体的，主辐射体200可以由黄铜、青铜制成。
本发明实施例公开的天线提供多个频段内的超宽带信号，天线提供的超宽带信号的中心频率与天线各部件的尺寸有关。
例如，在一些实施例中，天线提供超宽带信号的中心频率在4GHZ至8GHZ之间时，天线各部件的尺寸如下：
其中，锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角为46-54°，优选的方案中，锥形辐射体210的外侧表面与基板100之间的夹角可以为50°。
其中，接地辐射区120的外径为20-40mm，在较为优选的方案中，接地辐射区120的外径可以为28mm。
其中，锥形辐射体210具体为回转锥形体，锥形辐射体210的第二端的直径可以不超过5mm，在优选的方案中，锥形辐射体210的第二端的直径可以为3mm，即锥形辐射体210的第二端的半径可以为1.5mm。
第一谐振部130为环状结构，具有内径(内半径为内径的一半)和外径(外半径为外径的一半)，其中，第一谐振部130的外半径为2-4mm，第一谐振部130的内半径与锥形辐射体210的第二端的半径相等，在较为优选的方案中，第一谐振部130的外半径可以为3.5mm。也就是说，在锥形辐射体210的第二端的半径为1.5mm时，第一谐振部130的内半径也为1.5mm，此时如第一谐振部130的外半径为3.5mm，则此时第一谐振部130的内外半径(即内半径与外半径之差)差为2mm。
其中，锥形辐射体210的第一端所在的平面与基板100之间的距离为5-15mm。在优选的方案中，锥形辐射体210的第一端所在的平面与基板100之间的距离可以为12mm。
可选的，天线还包括等径辐射体220，其中，等径辐射体220的高度可以不超过4mm，优选的方案中，等径辐射体220的高度可以为2mm。需要说明的是，等径辐射体220的高度，指的是等径辐射体220沿其中心轴线延伸方向的尺寸。
可选的，天线还包括第二谐振部300，其中，第二谐振部300在垂直于基板100方向的尺寸(即高度)可以为0.1-0.4mm，从而能够实现天线具备较好的增益。在较为优选的方案中，第二谐振部300在垂直于基板100方向的尺寸可以为0.2mm。
请参考图5-图16，对本发明实施例中的天线性能进行说明。
在一些实施例中，天线包括基板100、主辐射体200、接地辐射区120和第一谐振部130，其中，主辐射体200仅包括锥形辐射体210，不包括等径辐射体220，且天线不包括第二谐振部300(即第二谐振部300的高度为0mm)，下面以图5示例性的说明这些实施例中的天线性能。
请参考图5，以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm且第二谐振部300的高度为0mm仿真，由图5中虚线可知此时天线的带宽为1GHz，能满足超宽带信号对带宽的要求。图5中，天线带宽以-10dB回波损耗点计算。
而在另外一些实施例中，天线包括基板100、主辐射体200、接地辐射区120和第一谐振部130，其中，主辐射体200仅包括锥形辐射体210，不包括等径辐射体220，且天线包括第二谐振部300，下面以图5-图7示例性的说明这些实施例中的天线性能。
请参考图5，以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm以及第二谐振部300的高度为0.2mm仿真，由图5中实线可知此时天线的带宽为2.5GHz，相对于不包括第一谐振部130的方案，包括第一谐振部130的实施例中的天线具有更优越的超宽带性能；图5中，天线带宽以-10dB回波损耗点计算。
请接着参考图6，以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm、第二谐振部300的高度为0.2mm，并且依次调整接地辐射区120与锥形辐射体210之间的夹角，也就是调整基板100与锥形辐射体210之间的夹角仿真，由图6可知，接地辐射区120与锥形辐射体210之间的夹角越小，天线的带宽越宽。
请接着参考图7，以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm、第二谐振部300的高度为0.2mm，以及接地辐射区120与锥形辐射体210之间的夹角为50°仿真，通过图7可以看出此时天线的水平偏波在0-360°均表现有0.5-2dBi增益(即为全向天线)；垂直偏波在±20°内增益较小(小于-5dBi)，垂直波瓣宽度较高，约为70°，天线具有良好的全向超宽带天线性能。
在其他一些实施例中，天线包括基板100、主辐射体200、接地辐射区120、第一谐振部130和第二谐振部300，其中，主辐射体200包括锥形辐射体210和等径辐射体220。下面以图8-图16说明这些实施例中的天线性能。
请参考图8，图8示出等径辐射体220的高度与S11的关系，图8以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm、第二谐振部300的高度为0.2mm，接地辐射区120与锥形辐射体210之间的夹角为50°，并设置等径辐射体220高度区间为0-4mm，步进1mm扫描仿真，通过图8可知，等径辐射体220的高度影响天线的谐振频率，但是对天线的带宽影响不大，等径辐射体220的高度越小，天线的谐振频率则越低，在各高度数值下天线带宽较宽，均能够达到2.5GHz及以上，其中，天线带宽以-10dB回波损耗点计算。
请参考图9，图9示出锥形辐射体210与基板100之间的夹角与S11的关系。图9以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm、第二谐振部300的高度为0.2mm，以及等径辐射体220高度为2mm，并且设置锥形辐射体210与基板100之间的夹角区间为46-54°，以步进2°的幅度进行扫描仿真。通过图9可以看出，锥形辐射体210与基板100之间的夹角影响天线的带宽及辐射频率，对天线谐振频率也会有影响，但影响较小，其中，锥形辐射体210与基板100之间的夹角过大或过小，天线的带宽会变小，锥形辐射体210与基板100之间的夹角为50°时，天线的性能最佳，此时天线的带宽达到2.5GHz及以上，其中，天线带宽以-10dB回波损耗点计算。
请参考图10，图10示出第二谐振部300的高度与S11的关系，图10以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm、第一谐振部130的内半径为1.5mm、等径辐射体220高度为2mm、锥形辐射体210与基板100之间的夹角区间为50°，并且设置第二谐振部300的高度区间为0-0.4mm，以步进0.1mm扫描仿真。通过图10可以看出，第二谐振部300的高度为0mm时，也就是不存在第二谐振部300的前提下，天线的谐振频率明显发生变化，从5.25GHz变为4.6GHz，而且天线的整体回波损耗更高，从最小-45dB变为最小-27dB，-10dB带宽从4.25至6.75GHz的2.5GHz带宽变窄为3.9G至5.5GHz的1.6GHz带宽，最终体现为天线的信号辐射效率较低。实际产品中，考虑到第二谐振部300的高度为0.1mm时由于加工公差，极易出现谐振频率偏移的问题，因此在更为优选的方案中，第二谐振部300的高度为0.2mm，此种情况下，天线的回波损耗、辐射效率较为合适，且加工误差小，不会出现谐振频率偏移的问题。
请参考图11，图11示出第一谐振部130的半径与S11的关系，图11以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、等径辐射体220高度为2mm、锥形辐射体210与基板100之间的夹角区间为50°、第二谐振部300的高度为0.2mm，第一谐振部130的内半径为1.5mm，并且设置第一谐振部130的外半径区间为2-5mm，步进幅度为0.5mm扫描仿真。通过图11可以看出，第一谐振部130的外半径过大或过小均会出现谐振频率的偏移和带宽的变小。在较为优选的方案中，第一谐振部130外半径可以为3.5mm，此时天线的最小回波损耗在-43dB左右，天线带宽较宽，天线的带宽可以达到2.5GHz，其中，天线带宽以-10dB回波损耗点计算。
请再次参考图12，以锥形辐射体210的高度为12mm、接地辐射区120的外径为28mm、等径辐射体220高度为2mm、锥形辐射体210与基板100之间的夹角区间为50°、第二谐振部300的高度为0.2mm，以及第一谐振部130的内半径为1.5mm、第一谐振部130的外半径为3.5mm仿真。由图12可知，天线在中心频率4GHz时回波损耗为-8dB，在中心频率5.2GHz时回波损耗为-46dB，在中心频率6.5GHz时回波损耗为-11dB，在中心频率8GHz时回波损耗为-6.7dB；继续参考图13-图16，天线的中心频率分别为4GHz、5.25GHz、6.5GHz、8GHz时，其水平偏波在0-360°均表现有0-2dBi增益(即为全向天线)；其垂直偏波，在±30度内增益较低(小于-5dBi)，垂直波瓣宽度较高，约为65度。因此本发明实施例公开的天线的中心频率在4-8GHz区间时，均有优越的全向性、超宽带特性。因此，本发明实施例公开的天线能适用于不同类型的超宽带设备，适用范围广。
需要说明的是，以上仅为天线中心频率在4GHz、5.25GHz、6.5GHz、8GHz时示例性说明，可根据不同的应用需求调整天线中各部件之间的尺寸关系使得天线在其它中心频率也具有良好的全向性、超宽带特性。
本发明实施例公开的天线可以为UWB(Ultra Wideband，无载波通信技术)天线，基于UWB的高精度定位中对天线全向性和带宽特性要求很高，天线的全向性能好，可使得超宽带定位设备在各个方向发送和接收的超宽带信号质量均衡，从而使得根据多个方向的超宽带信号进行空间构图解算得到位置数据精度更高；天线的带宽特性好，即天线的带宽足够宽，使得超宽带定位设备发送和接收的超宽带信号在时域上足够“窄”，从而使得根据多个超宽带信号的接收和发送的时间差解算出来的位置数据精度更高。当然，本发明实施例公开的天线还可以为其它种类的天线，本发明实施例不限制天线的具体种类。
基于本发明实施例公开的天线，本发明实施例公开一种电子设备，所公开的电子设备包括上文实施例所述的天线。具体的，电子设备可以为移动终端(例如手机)，可以为小型基站等，本发明实施例不限制电子设备的具体种类。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (17)
1.一种天线，其特征在于，包括基板(100)和主辐射体(200)，所述基板(100)开设有贯穿其厚度方向的第一通孔(110)，所述主辐射体(200)安装在所述基板(100)上，所述主辐射体(200)的一端与所述第一通孔(110)相连，所述基板(100)朝向所述主辐射体(200)的板面包括接地辐射区(120)和第一谐振部(130)，所述第一谐振部(130)和所述接地辐射区(120)依次围绕所述第一通孔(110)设置，所述接地辐射区(120)为所述基板(100)的第一金属区，所述第一谐振部(130)为所述基板(100)上被所述接地辐射区(120)围绕的绝缘区。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述主辐射体(200)包括锥形辐射体(210)，所述锥形辐射体(210)包括第一端和第二端，在所述第一端向所述第二端延伸的方向上，所述锥形辐射体(210)的横截面积逐渐减小，所述第二端与所述第一通孔(110)相连。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述主辐射体(200)还包括等径辐射体(220)，所述等径辐射体(220)与所述第一端相连、且与所述第一端的直径相等，所述等径辐射体(220)的中心轴线与所述锥形辐射体(210)的中心轴线共线。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述接地辐射区(120)为环状接地辐射区，所述锥形辐射体(210)为回转锥形体，所述锥形辐射体(210)的中心轴线和接地辐射区(120)的中心轴线共线。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述主辐射体(200)为实心结构件；或者，所述锥形辐射体(210)具有第一锥形内腔，所述等径辐射体(220)为圆筒状结构件，所述第一锥形内腔的内侧表面为锥形面。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，在所述锥形辐射体(210)具有第一锥形内腔，所述等径辐射体(220)为圆筒状结构件以及所述第一锥形内腔的内侧表面为锥形面的前提下，所述等径辐射体(220)背离所述锥形辐射体(210)的端口封盖有金属片(230)。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述金属片(230)与所述基板(100)相平行。
8.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述等径辐射体(220)的内侧表面为圆柱面；或者，所述等径辐射体(220)的内侧表面与所述锥形面共面；或者，所述等径辐射体(220)的中心轴线与所述基板(100)相垂直；或者，所述等径辐射体(220)的高度不超过4mm。
9.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述锥形辐射体(210)的外侧表面与所述基板(100)之间的夹角为46-54°；或者，所述锥形辐射体(210)的第二端的直径不超过5mm；或者，所述锥形辐射体(210)的所述第一端所在的平面与所述基板(100)之间的距离为5-15mm。
10.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线还包括第二谐振部(300)，所述主辐射体(200)通过所述第二谐振部(300)支撑于所述基板(100)上，所述主辐射体(200)通过所述第二谐振部(300)与所述第一通孔(110)相连。
11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述第二谐振部(300)在垂直于所述基板(100)方向的尺寸为0.1-0.4mm，或者，所述主辐射体(200)与所述第二谐振部(300)为一体式结构件。
12.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一谐振部(130)的外半径为2-4mm；或者，所述接地辐射区(120)的外径为20-40mm；或者，所述接地辐射区(120)的表面设置有锡层或金层；或者，所述主辐射体(200)为铜质结构件。
13.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括射频连接器(400)，所述射频连接器(400)包括外壳(410)和射频针(420)，所述射频针(420)设置在所述外壳(410)上，所述外壳(410)与所述基板(100)相连，所述外壳(410)与所述接地辐射区(120)电连接，所述射频针(420)穿入所述第一通孔(110)，所述射频针(420)与所述主辐射体(200)上与所述第一通孔(110)相连的一端信号连接。
14.根据权利要求13所述的天线，其特征在于，所述基板(100)上背离所述主辐射体(200)的板面包括第二金属区(140)，所述第一金属区与所述第二金属区(140)电连接，所述外壳(410)与所述第二金属区(140)焊接相连。
15.根据权利要求14所述的天线，其特征在于，所述基板(100)开设有贯穿其厚度方向的第二通孔(150)，所述第二通孔(150)内设置有电连接部(160)，所述电连接部(160)电连接所述第二金属区(140)和所述第一金属区。
16.根据权利要求13所述的天线，其特征在于，所述主辐射体(200)为空心结构的前提下，所述主辐射体(200)上与所述第一通孔(110)相连的一端的端口与所述第一通孔(110)贯通，所述射频针(420)通过所述第一通孔(110)穿入在所述主辐射体(200)的内腔中。
17.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-16中任一项所述的天线，所述基板(100)为电路板。
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