CN110994143B - 一种天线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线结构，包括：基板；辐射子结构，设置于所述基板上且呈左右对称设置，包括第一辐射部和与所述第一辐射部连接的第二辐射部，其中所述第一辐射部为正六边形，所述第二辐射部与所述正六边形的第一顶角连接；以及馈电子结构，设置于所述基板上，包括第一馈电部以及设置于所述第一馈电部一侧的第一通孔和设置于所述第一馈电部另一侧的第二通孔，其中，所述第一通孔与所述第二通孔关于所述第一馈电部对称设置，所述第一馈电部的一端与所述正六边形的第二顶角连接，所述第二顶角与所述第一顶角相对设置。本发明的天线结构能实现良好通带特性的同时具备宽阻带的特性，并且小型化。

Description

一种天线结构
技术领域
本发明的所公开实施例涉及射频通信技术领域，且更具体而言，涉及一种天线结构。
背景技术
随着现代经济社会的发展，人们期望单一设备能够具有越来越多的功能，为了实现这一期望，越来越多的不同通信系统需要被同时使用，而这些不同功能的通信系统通常工作在不同的工作频率，存在潜在的相互干扰。另外，由于设备中存在非线性元件和模块，可能会产生非线性的高次谐波或寄生信号，这些非线性干扰信号，也可能会通过天线向外辐射出去，对其他系统产生干扰影响，使其系统性能下降，甚至无法正常工作。要解决这些问题，使设备具有良好的电磁兼容性(EMC)特性，一方面需要接收端能有效地抑制不需要的信号进入系统，另一方面，要求发射系统能有效地滤除掉干扰信号，使这些干扰信号不能发射出去，进而干扰到其他系统，引起电磁污染。
传统的解决方案是在天线后级联滤波器，通过滤波器的滤波特性滤除掉不需要的频率，这种方案要求滤波器不仅具有良好的通带特性和阻带特性，还要求天线和滤波器有良好的阻抗匹配，以避免因阻抗失配带来的有用信号插损和失真。然而，阻抗匹配对技术、加工工艺要求高，设计难度大，另外，这种天线级联滤波器容易带来尺寸增大问题。
因此，鉴于现代通信设备正在往集成化，小型化的方向发展，亟需宽阻带、小型化，易集成、低成本、通用化的天线结构具有重要的现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种天线，以解决上述问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是提供了一种天线结构，包括：基板；辐射子结构，设置于所述基板上且呈左右对称设置，包括第一辐射部和与所述第一辐射部连接的第二辐射部，其中所述第一辐射部为正六边形，所述第二辐射部与所述正六边形的第一顶角连接；以及馈电子结构，设置于所述基板上，包括第一馈电部以及设置于所述第一馈电部一侧的第一通孔和设置于所述第一馈电部另一侧的第二通孔，其中，所述第一通孔与所述第二通孔关于所述第一馈电部对称设置，所述第一馈电部的一端与所述正六边形的第二顶角连接，所述第二顶角与所述第一顶角相对设置。
在一些实施例中，所述第二辐射部包括第一微带线、第二微带线和第三微带线，其中所述第二微带线和第三微带线相对于所述第一微带线左右对称设置且所述第二微带线和第三微带线之间的夹角小于180度，所述第一微带线的一端与所述正六边形的第一顶角连接，另一端与所述第二微带线的一端和第三微带线的一端连接。
在一些实施例中，所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线具有相同的宽度。
在一些实施例中，所述第二微带线和所述第三微带线均呈弯折设置。
在一些实施例中，所述第二微带线包括第一子微带线和第二子微带线，所述第三微带线包括第三子微带线和第四子微带线，其中所述第二子微带线和所述第四子微带线与所述第一微带线平行设置。
在一些实施例中，所述第二微带线和第三微带线之间的夹角为120度。
在一些实施例中，所述馈电子结构还包括设置于所述基板上且与所述第一馈电部相对设置的接地金属层。
在一些实施例中，所述第一馈电部与所述接地金属层构成馈电端，以给所述辐射子结构提供电磁激励。
在一些实施例中，所述第一通孔和所述第二通孔穿过所述基板，且所述基板在所述第一通孔和所述第二通孔的内壁覆盖有金属层。
在一些实施例中，所述第一馈电部与所述第一通孔和所述第二通孔中的至少一个构成馈电端，以给所述辐射子结构提供电磁激励。
本发明的有益效果有：通过为正六边形的第一辐射部，可以调节该天线结构的通带特性和阻带特性，并且通过馈电子结构的第一通孔和第二通孔，可提供阻带特性，从而实现良好通带特性的同时具备宽阻带的特性，并且小型化。
附图说明
图1是根据本发明实施例的天线结构的正透视示意图；
图2是图1中的天线结构的上层示意图；
图3是图1中的天线结构的下层示意图；
图4是图1中的天线结构的频率响应曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，是根据本发明实施例的天线结构100的示意图。该天线结构100包括基板110和设置在基板110上的辐射子结构120和馈电子结构130，其中辐射子结构120与馈电子结构130连接。在馈电子结构130被馈入电磁激励时，辐射子结构120向外辐射信号。
辐射子结构120呈对称设置，即辐射子结构120沿着基板110的中心线呈对称设置。在本实施例中，如图1-2所示，辐射子结构120呈左右对称设置，本发明并不限于此，在其他实施例中，辐射子结构120还可以呈上下对称设置。
馈电子结构130呈对称设置，即馈电子结构130沿着基板110的中心线呈对称设置。在本实施例中，如图1和图3所示，馈电子结构130呈左右对称设置，本发明并不限于此。
具体地，辐射子结构120包括第一辐射部121和与第一辐射部121连接的第二辐射部122，其中第一辐射部121为正六边形，第二辐射部122与正六边形的第一顶角1211连接。第一辐射部121和第二辐射部122可以均为金属所制成的微带线。
馈电子结构130包括第一馈电部131以及设置于第一馈电部131一侧的第一通孔132和设置于第一馈电部131另一侧的第二通孔133，其中，第一通孔132与第二通孔133关于第一馈电部131对称设置，第一馈电部131的一端与正六边形的第二顶角1212连接，第二顶角1212与第一顶角1211相对设置。
本实施例中，通过为正六边形的第一辐射部121，可以调节该天线结构100的通带特性和阻带特性，并且通过馈电子结构130的第一通孔132和第二通孔133，可提供阻带特性，从而实现良好通带特性的同时具备宽阻带的特性。
进一步地，第二辐射部122的形状可以为箭头形状，第二辐射部122呈箭头形状，进一步提高阻带特性。在一些实施例中，第二辐射部122包括第一微带线1221、第二微带线1222和第三微带线1223，其中第二微带线1222和第三微带线1223相对于第一微带线1221左右对称设置且第二微带线1222和第三微带线1223之间的夹角小于180度，第一微带线1221的一端与正六边形的第一顶角1211连接，另一端与第二微带线1222的一端和第三微带线1223的一端连接。也就是说，第一微带线1221连接于第一辐射部121的第一顶角1211与第一微带线1221、第二微带线1222以及第三微带线1223的连接处，从而，第一微带线1221，第二微带线1222和第三微带线1223形成了箭头形状。
第二微带线1222与第三微带线1223之间的夹角小于180度，使得其与第一辐射部121的第一顶角1211的朝向一致。进一步地，在一些实施例中，第二微带线1222与第三微带线1223之间的夹角为120度，进而第二微带线1222与第三微带线1223之间的夹角与第一辐射部121的第一顶角1211的大小和朝向一致，即第二微带线1222与第三微带线1223之间的夹角与第一辐射部121的第一顶角1211一致，换言之，第二微带线1222与第三微带线1223之间的夹角与第一辐射部121的第一顶角1211平行设置。
进一步地，在一些实施例中，第一微带线1221、第二微带线1222和第三微带线1223具有相同的宽度。由于第一微带线1221、第二微带线1222和第三微带线1223具有相同的宽度，则第一微带线1221、第二微带线1222和第三微带线1223的特性阻抗相同。
进一步地，第二微带线1222和第三微带线1223均呈弯折设置。在本实施例中，如图1-2所示，第二微带线1222和第三微带线1223朝向同一个方向弯折，以使得整个辐射子结构120的尺寸变小，实现小型化的目的。进一步地，第二微带线1222和第三微带线1223均朝向第一辐射部121所在之处弯折。
进一步地，第二微带线1222和第三微带线1223均呈弯折设置，使得第二微带线1222和第三微带线1223弯折的部分与第一微带线1221平行，具体地，在一些实施例中，第二微带线1222包括第一子微带线1222a和第二子微带线1222b，第三微带线1223包括第三子微带线1223a和第四子微带线1223b，其中第二子微带线1222b和第四子微带线1223b与第一微带线1221平行设置。
在一些实施例中，第一馈电部131具有50欧姆的特性阻抗。
进一步地，在一些实施例中，如图3所示，馈电子结构130还包括设置于基板110上且与第一馈电部131相对设置的接地金属层134。具体地，基板110包括第一表面和第二表面，其中第一表面和第二表面相对设置，例如，第一表面可以为基板110的上表面，第二表面可以为基板110的下表面。此时，第一馈电部131可以位于基板110的第一表面上，接地金属层134可以位于基板110的第二表面上。本发明并不限于此，第一馈电部131也可以位于基板110的第二表面，且接地金属层134可以位于基板110的第一表面。
在一实施例中，第一馈电部131与接地金属层134构成馈电端，以给辐射子结构120提供电磁激励。
第一通孔132和第二通孔133穿过基板110，且基板110在第一通孔132和第二通孔133的内壁覆盖有金属层。由于基板110在第一通孔132和第二通孔133的内壁覆盖有金属层，该金属层与接地金属层134是连接的。在一些实施例中，第一通孔132和第二通孔133内填充有金属，以实现基板110在第一通孔132和第二通孔133的内壁覆盖有金属层。
在另一实施例中，第一馈电部131与第一通孔132和第二通孔133中的至少一个构成馈电端，以给辐射子结构120提供电磁激励。
由于第一馈电部131与第一通孔132和第二通孔133中的至少一个可以构成馈电端，第一馈电部131与接地金属层134也可以构成馈电端，提供了不同的馈电方式，易于装配和集成。并且不同的馈电方式之间相互无影响。
下面以天线结构100的具体尺寸为例，说明本发明实施例的天线结构100的特性。其中，基板110的介电常数为4.4，介电损耗为0.02，厚度h为1.6mm，材料为聚四氟乙烯，损耗角为0.02。该基板110的长度为Lr、宽度为Wr。第一馈电部131的宽度为3mm，长度为9.5mm。
可以根据如下特性阻抗计算公式可得到第一馈电部131的特性阻抗。
Figure BDA0002278846130000061
第一辐射部121为正六边形，其半径R1(即中心点到顶角的距离)为7mm，第一微带线1221、第二微带线1222和第三微带线1223的宽度为W2＝1mm，第一微带线1221的长度为L2＝8.3mm，第二微带线1222的第一子微带线1222a和第三微带线1223的第三子微带线1223a的长度L3＝4.2mm，第二微带线1222的第二子微带线1222b和第三微带线1223的第四子微带线1223b的长度L4＝3.7mm，第一子微带线1222a与第三子微带线1223a之间的夹角(即第一微带线1221与第二微带线1222之间的夹角)为120度，第一通孔132与第二通孔133距离第一辐射部121的距离L1＝3.9mm。
其中，Yin表示该天线结构100的电导纳，YR表示第一辐射部121的导纳，Y2表示第一微带线1221的导纳，Ysm表示耦合因子，则：
Figure BDA0002278846130000071
其中，β表示波数，其可以由波长λ表示，即β＝2πλ，或可以由频率f和相速度vp，即β＝2πf/vp。
在谐振条件Im(Yin)＝0的状况下，谐振频率计算公式为:
Figure BDA0002278846130000072
该天线结构100的通带频率为公式(2)的基频，基于公式(2)，为了简化设计流程，在不考虑阻抗损耗的情况下，该天线结构100的通带频率的简易计算公式为：
Figure BDA0002278846130000073
由于上述天线结构100利用基板110的两个表面，可利用传统PCB或低温共烧陶瓷技术来制作，成本低。如图4所示，为上述具体尺寸的该天线结构100的频率响应曲线图。从图4中可以看出，该天线结构工作于2.4GHz，并且-10dB阻带范围可达到2.57GHz-17.8GHz，10dB阻带频率和通带频率比可达到7.1，从而该天线结构100具有宽阻带特性，若该天线结构100用于移动通信终端时，能解决谐波频率对其他系统的影响，以及其带外频率耦合进入到整个系统而对系统造成的影响可能性，可提高整个系统的电磁兼容性。并且，该天线结构100的通带内增益高，E面具有良好的定向性，H面具有良好的全向性。
所属领域的技术人员易知，可在保持本发明的教示内容的同时对装置及方法作出诸多修改及变动。因此，以上公开内容应被视为仅受随附权利要求书的范围的限制。

Claims (8)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：
基板；
辐射子结构，设置于所述基板上且呈左右对称设置，包括第一辐射部和与所述第一辐射部连接的第二辐射部，其中所述第一辐射部为正六边形，所述第二辐射部与所述正六边形的第一顶角连接；以及
馈电子结构，设置于所述基板上，包括第一馈电部以及设置于所述第一馈电部一侧的第一通孔和设置于所述第一馈电部另一侧的第二通孔，其中，所述第一通孔与所述第二通孔关于所述第一馈电部对称设置，所述第一馈电部的一端与所述正六边形的第二顶角连接，所述第二顶角与所述第一顶角相对设置；
所述馈电子结构还包括设置于所述基板上且与所述第一馈电部相对设置的接地金属层；所述第一通孔和所述第二通孔穿过所述基板，且所述基板在所述第一通孔和所述第二通孔的内壁覆盖有金属层，所述金属层与所述接地金属层连接；
所述第二辐射部的形状为箭头形状；所述第二辐射部包括第一微带线、第二微带线和第三微带线，其中所述第二微带线和所述第三微带线相对于所述第一微带线左右对称设置且所述第二微带线和所述第三微带线之间的夹角小于180度。
2.如权利要求1中所述的天线结构，其特征在于，所述第一微带线的一端与所述正六边形的第一顶角连接，另一端与所述第二微带线的一端和所述第三微带线的一端连接。
3.如权利要求2中所述的天线结构，其特征在于，所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线具有相同的宽度。
4.如权利要求3中所述的天线结构，其特征在于，所述第二微带线和所述第三微带线均呈弯折设置。
5.如权利要求4中所述的天线结构，其特征在于，所述第二微带线包括第一子微带线和第二子微带线，所述第三微带线包括第三子微带线和第四子微带线，其中所述第二子微带线和所述第四子微带线与所述第一微带线平行设置。
6.如权利要求2中所述的天线结构，其特征在于，所述第二微带线和所述第三微带线之间的夹角为120度。
7.如权利要求1中所述的天线结构，其特征在于，
所述第一馈电部与所述接地金属层构成馈电端，以给所述辐射子结构提供电磁激励。
8.如权利要求1中所述的天线结构，其特征在于，
所述第一馈电部与所述第一通孔和所述第二通孔中的至少一个构成馈电端，以给所述辐射子结构提供电磁激励。
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Patentee before: GUANGDONG ELECTRONIC AND ELECTRIC INSTITUTE

Patentee before: Research Institute of Heyuan Academy of Sciences