CN111193105A - 一种辐射体为异形的天线及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辐射体为异形的天线，该基板上设置有长条状净空区域，且长条状净空区域设置于基板的边框处，本申请将接地点和馈点设置于长条状净空区域的长度方向且靠近基板中心的一端，由于短端的长度较短，基于该种设置方式，射频模组便可靠近与短端连接的基板边框设置，从而为基板上其他器件留出更多的完整空间，方便其他器件布局，且射频走线不会呈“U”形或“

”形，所需的射频走线的长度较短，减小被其它信号走线或电源走线干扰机率，同时也减少了射频走线的插入损耗。本发明还公开了一种设备，具有与上述天线相同的效果。

Description

一种辐射体为异形的天线及设备

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别是涉及一种辐射体为异形的天线及设备。

背景技术

随着5G通信技术的发展，物联网设备、智能穿戴设备、安防监控设备等设备被应用地越来越多。这些设备对自身的体积要求越来越高，要求体积尽可能地小，这也使得设备内的天线设计变得越来越困难。天线设置于基板的净空区域上，通常包括辐射体、馈点导体、馈点和接地点，现有技术中的天线在设置馈点和接地点时通常将馈点和接地点设置于靠近基板的中心位置处，该种情况下，若将射频模组及射频走线也设置于基板的中心处，该种方式虽然能够保证射频的隔离度且射频走线的长度较短，但是留给基板上其他器件的完整空间明显减少，不便于基板上其他器件的布局；若将射频模组及射频走线设置于靠近边框的位置，该种方式虽然能够为基板上其他器件留出更多地完整空间，但是会使得射频走线呈“U”形或“

”形环路，从而造成射频走线的输入和输出两端距离较近，增加了信号间耦合，影响了射频信号的隔离度；且所需的射频走线的长度较长，增加了射频走线的插入损耗（包括趋肤损耗和介质损耗），也增加了射频信号与其他信号之间的布线难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备及辐射体为异形的天线，能够为基板上其他器件留出更多的完整空间，方便其他器件布局，且射频走线不会呈“U”形或“

”形，所需的射频走线的长度较短，减少了线损。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种辐射体为异形的天线，包括天线本体和边框处设置有长条状净空区域的基板，沿所述长条状净空区域的长度方向且靠近所述基板的中心的一端设置有接地点和馈点，所述天线本体分别与所述馈点及接地点连接；所述基板还包括独立于所述长条状净空区域且与所述接地点连接的接地导体。

优选地，所述长条状净空区域设置于基板的拐角处。

优选地，所述天线本体包括馈电导体、接地段和辐射段，所述馈电导体的一端与所述馈点连接，所述馈电导体的另一端分别与所述接地段的一端及所述辐射段的一端连接，所述接地段的另一端与所述接地点连接，所述辐射段的另一端为开路；

所述馈电导体、所述接地段及所述基板上的接地导体形成槽隙。

优选地，所述接地段为倒Ｌ型，所述馈电导体为一型，所述馈电导体、所述接地段及所述基板上的接地导体形成矩形槽隙。

优选地，所述馈电导体为倒Ｌ型，所述接地段为一型，所述馈电导体、所述接地段及所述基板上的接地导体形成矩形槽隙。

优选地，所述长条状净空区域中靠近所述基板的中心的长端边为一型，所述辐射段与靠近所述基板的中心的长端边的接地导体之间的最小间距大于1.7mm。

优选地，所述辐射段为蛇形辐射段或者倒L型辐射段或者齿形辐射段。

优选地，所述接地点连接的接地导体的面积为所述天线的1/4波长的奇数倍。

优选地，所述基板的表面设置有防氧化层。

优选地，所述长条状净空区域的位于基板内部的区域边的外沿均设置有地过孔。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种设备，包括射频模组，还包括如上述所述的辐射体为异形的天线，所述射频模组通过射频走线与所述天线的馈点连接。

优选地，还包括设置于所述射频走线上的天线匹配元件，用于实现所述天线本体与所述射频模组之间的阻抗匹配。

本发明提供了一种辐射体为异形的天线，该基板上设置有长条状净空区域，且长条状净空区域设置于基板的边框处，本申请将接地点和馈点设置于长条状净空区域的长度方向且靠近基板中心的一端，由于短端的长度较短，基于该种设置方式，射频模组便可靠近与短端连接的基板边框设置，从而为基板上其他器件留出更多的完整空间，方便其他器件布局，且射频走线不会呈“U”形或“

”形，所需的射频走线的长度较短，减小被其它信号走线或电源走线干扰机率，同时也减少了射频走线上插入损耗（包括趋肤损耗和介质损耗）。

本发明还提供了一种设备，具有与上述天线相同的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种辐射体为异形的天线的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种辐射体为异形的天线的结构示意图；

图3为本发明提供的一种具体辐射体为异形的天线的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种具体辐射体为异形的天线的结构示意图；

图5为本发明提供的另一种具体辐射体为异形的天线的结构示意图；

图6为本发明提供的一种4层PCB板的剖面示意图；

图7为本发明提供的一种在长条形净空区域正下方覆地平铜箔的PCB板的层叠结构图；

图8为本发明提供的一种在净空区域正下方覆地平铜箔时天线的电压驻波比的仿真图；

图9为本发明提供的一种天线正下方覆地平铜箔时的史密斯图；

图10为本发明提供的一种AI语音遥控器整机中的Wifi天线的VSWR仿真图；

图11为本发明提供的一种AI语音遥控器整机中的Wifi天线的S11的仿真图；

图12为本发明提供的一种AI语音遥控器整机中的Wifi天线的史密斯图；

图13为本发明提供的一种AI语音遥控器整机中的Wifi天线在H面的2D方向图；

图14为本发明提供的一种AI语音遥控器整机中的Wifi天线在E面2D方向图；

图15为本发明提供的一种蓝牙天线的电压驻波比的仿真图；

图16为本发明提供的一种蓝牙天线的S11的仿真图；

图17为本发明提供的一种蓝牙天线在H面的2D方向图；

图18为本发明提供的一种蓝牙天线在E面的2D方向图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种设备及辐射体为异形的天线，能够为基板上其他器件留出更多的完整空间，方便其他器件布局，且射频走线不会呈“U”形或“

”形，所需的射频走线的长度较短，减少了线损。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1和图2，图1和图2均为本发明提供的一种辐射体为异形的天线的结构示意图。其中，图1和图2中以长条状净空区域为长方形净空区域为例，但在实际应用中，长条状净空区域13可以但不仅限为长方形净空区域，只要净空区域的整体形状呈长条状，本申请对于长条状净空区域13的具体形状不作特别地限定。

该辐射体20为异形的天线60包括天线本体和边框处设置有长条状净空区域13的基板23，沿长条状净空区域13的长度方向且靠近基板23的中心O的一端设置有接地点88和馈点24，天线本体分别与馈点24及接地点88连接；基板23还包括独立于长条状净空区域13且与接地点88连接的接地导体22。

需要说明的是，本申请考虑到天线本体通常为长条状，因此，净空区域也设置成长条状。此外，为了减少基板23上设置在天线60四周的其他器件，减少基板23上其他器件对天线60的影响，保证隔离度，提高天线60的接收和发射效率，本申请还将长条状净空区域13设置于基板23的边框处，其中，该种设置方式包括两种情况，一种为长条状净空区域13设置于边框的一边，也即基板23的拐角处，如图1所示；另一种为长条状净空区域13设置于基板23的边框中间（这里的边框中间指的是边框两端之间的区域），其中，这里的边框可以为长边框也可以为短边框，图2中以长边框为例。

本申请考虑到若将接地点88和馈点24设置于长条状净空区域13的长端，以图1为例，则接地点88和馈点24会设置于净空区域的左下方（因为为保证发射和接收效率，辐射体20位于右上方），则接地点88和馈点24靠近基板23的中心O且天线本体与射频走线18连接处的走线方向沿长条状净空区域13的短边方向，该种情况下，若将射频模组17设置于接地点88和馈点24的左方，虽然能够保证射频的隔离度且射频走线18的长度较短，但是留给基板23上其他器件的完整空间明显减少，不便于基板23上其他器件的布局。若将射频模组17设置于接地点88和馈点24的右下方也即短边的下方，虽然能够为基板23上其他器件的留出更多地完整空间，但是会使得射频走线18避免呈“U”形或“

”形环路，从而造成射频走线18的输入和输出两端距离较近，增加了信号间耦合，影响了射频的隔离度；且所需的射频走线18的长度较长，增加了线损。

此外，本申请对于馈点24和接地点88的设置位置，例如哪个更靠近基板边框不作限定，根据接地点88、馈点24、天线匹配元件（图1、图2未标示）、射频走线（图1、图2未标示）、射频模组（图1、图2未标示）在基板23中的布局、堆叠位置等实际情况来定。接地导体22设置于长条状净空区域13之外的区域，具体设置位置根据实际情况来定，接地导体22可以但不仅限为接地铜箔。

基于此，为给基板23上其他器件留出更多的完整空间，方便其他器件布局，且减少线损，本申请中将接地点88和馈点24设置于沿长条状净空区域13的长度方向且靠近基板23的中心O的一端，以尽可能地使得天线本体与射频走线18连接处的走线方向沿长条状净空区域13的长度方向，进而使得通过射频走线18与天线本体连接的射频模组17靠近与短端连接的基板23边框设置，如图1及图2中的圆形区域，或者图3中的M点、K点、J点、Q点、S点、Y点、P点、R点、N点及X点等，射频模组17可以设置于图1和图2中的接地点88和馈点24的左下方、正下方或者右下方。可见，由于短端的长度较短，采用射频模组17靠近与短端连接的基板23边框设置的方式，能够为基板23上其他器件留出更多的完整空间，方便其他器件布局，且射频走线18不会呈“U”形或“

”形，所需的射频走线18的长度较短，减少了射频走线的插入损耗（包括趋肤损耗和介质损耗），射频走线18越短，射频走线18的插入损耗越小，同时也减少了与其它信号走线或电源走线相邻带来隔离度的下降。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，长条状净空区域13设置于基板23的拐角处。

具体地，长条状净空区域13可以设置在基板23的拐角处，这样可以增加对外辐射的方向角，更利于天线60对外辐射。具体地，图1所示的天线本体可以朝C方向和D方向辐射，增加天线60对外辐射的角度和范围，也即在C方向和D方向的两个方向上具有较强的方向性（包含C方向和D方向的水平方向和垂直方向），表现来是典型定向辐射的特性，也即该种天线60是典型的定向辐射型天线。

当然，长条状净空区域13还可以设置于基板23边框的中间或边框大致居中位置，如图2所示，在基板23靠右边框的大致居中的位置设置长条状净空区域13。图2所示天线本体可以固定向F方向辐射（包含F方向的水平方向和垂直方向），表现来是典型定向辐射的特性，也即该种天线60是典型的定向辐射型天线，本申请对于长条状净空区域13的具体设置位置不作特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，天线本体包括馈电导体1、接地段2和辐射段21，馈电导体1的一端与馈点24连接，馈电导体1的另一端分别与接地段2的一端及辐射段21的一端连接，接地段2的另一端与接地点88连接，辐射段21的另一端为开路；

馈电导体1、接地段2及基板23上的接地导体22形成槽隙。

作为一种优选地实施例，接地段2为倒Ｌ型，馈电导体1为一型，馈电导体1、接地段2及基板23上的接地导体22形成矩形槽隙。

请参照图3，图3为本发明提供的一种具体辐射体为异形的天线的结构示意图。图3中天线60的辐射体20为蛇形。

天线本体包括辐射体20和馈电导体1，其中，辐射体20包括接地段2和辐射段21，接地段2通过接地点88与基板23上的接地导体22（例如PCB板中的接地铜箔）连接，辐射段21通过馈点24及射频走线18与射频模组17连接。此外，馈电导体1、接地段2与基板23上的接地导体22之间形成槽隙，从而实现带宽和天线阻抗的辅助调节。

具体地，天线60包括由介电材料支撑的基板23，基板23上设置有长条状净空区域13和接地导体22，长条状净空区域13分为长方向（A方向）和宽方向（B方向）；在基板23的第一表层（例如顶层或底层）设置有辐射体20和馈电导体1，设置有辐射体20和馈电导体1设置在长条状净空区域13内；辐射体20包括接地段2和辐射段21，接地段2的一端（也就是接地段2的a段）与辐射段21的始端（也就是辐射分段3）、馈电导体1的一端连接，接地段2的另一端（也就是接地段2的b段）与接地导体22连接；辐射段21呈“

”形（也就是蛇形），辐射段21的末端（也就是辐射分段12）为开路；馈电导体1的另一端与馈点24连接，接地段2呈倒“L”形，馈电导体1为一型，馈电导体1与接地段2、基板23上的接地导体22形成槽隙，槽隙宽度为L。

“

”形的辐射段21分别由辐射段分段3、辐射段分段4、辐射段分段5、辐射段分段6、辐射段分段7、辐射段分段8、辐射段分段9、辐射段分段10、辐射段分段11、辐射段分段12组成，其中，辐射段分段3与辐射段分段4呈90度角连接，辐射段分段4与辐射段分段5呈90度角连接，辐射段分段5与辐射段分段6呈90度角连接，辐射段分段7与辐射段分段8呈90度角连接，辐射段分段8与辐射段分段9呈90度角连接，辐射段分段9与辐射段分段10呈90度角连接，辐射段分段10与辐射段分段11呈90度角连接，辐射段分段11与辐射段分段12呈90度角连接；馈电导体1与辐射段分段3、辐射段分段7、辐射段分段11在同一垂直线上，辐射段分段5与辐射段分段9在同一垂直线上；接地段2与辐射段分段3、辐射段分段7、辐射段分段11在垂直方向上相互平行，接地段2与辐射段分段5与辐射段分段9在垂方向上相互平行；辐射段分段4、辐射段分段6、辐射段分段8、辐射段分段10、辐射段分段12在水平线方向上相互平行；辐射段21中的辐射分段3与馈电导体111在垂直一条直线上连接，且接地段2一端分别与辐射分段3、馈电导体1呈90度连接，接地段2的另一端与接地导体22连接。

辐射体20的辐射段分段3、辐射段分段7、辐射段分段11与长条状净空区域13的长方向（A方向）平行，馈电导体1和接地段2的b段与长条状净空区域13的宽方向（B方向）垂直。

作为一种优选地实施例，接地点88连接的接地导体22的面积为天线60的1/4波长的奇数倍，例如3/4波长、5/4波长等。

具体地，接地段2通过馈点24与接地导体22连接，在基板23为PCB（PrintedCircuit Board，印制电路板）板时，接地导体22可以为PCB板中的接地铜箔。基板23上的天线本体2与基板23形成天线60结构，满足在复杂环境下高效率、高增益的性能。

天线60与接地导体22形成垂直脉冲电场（垂直于基板23的脉冲电场），在垂直脉冲电场的方向形成脉冲磁场，在垂直脉冲磁场方向形成脉冲电场，以此类推，形成电磁波，将射频模组17发出的指令调制成电磁波发送给被接收设备，接地导体22是天线60中的一个不可分割的组成部分，对于辐射段21呈蛇形的天线60来说，基板23的接地导体22面积越大越好，在接地导体22的面积为1/4波长的整数时，能有效拓宽天线60的工作带宽和提升天线60的效率。具体地，天线60的谐振长度的计算：天线60的谐振长度对天线60的谐振频率和输入阻抗的影响最为直接，当天线60的谐振长度增加时，天线60的谐振频率降低，输入阻抗减小，天线60呈感性，反之，当天线60的谐振长度减小时，天线60的谐振频率升高，输入阻抗变大，天线60呈容性。对于蛇形PCB天线60满足天线60长度满足1/4波长，即：

接地段2的长度+辐射段分段3的长度+辐射段分段4的长度+辐射段分段5的长度+辐射段分段6的长度+辐射段分段7的长度+辐射段分段8的长度+辐射段分段9的长度+辐射段分段10的长度+辐射段分段11的长度+辐射段分段12的长度=1/4波长；

天线60的阻抗是特定的值，例如50Ω或75Ω。常用射频模组17的输出阻抗输出为50欧，例如Z-wave模组、NB-IOT模组，Zigbee模组、蓝牙模组、Lora模组、Sub-GHz模组、LTE Cat1e模组、eMTC模组、GPRS模组、GPS模组、Wifi模组。另外，在靠近长条状净空区域13的位置添加天线匹配元件14，以达到与射频模组17理想匹配状态，降低射频信号在天线60上的反射。

馈电导体1与呈倒“L”形的接地段2、基板23的接地导体22形成槽隙，槽隙宽度L用于调整天线60的输入阻抗，槽隙长度不变时，槽隙宽度L越小，接地段2的长度越短，天线60的输入阻抗越大；槽隙长度不变时，槽隙宽度L越大，接地段2的长度越长，天线60的输入阻抗越小。也就是槽隙宽度L可以直接用于调整天线60的VSWR（Voltage Standing WaveRatio，电压驻波比）性能。改变槽隙宽度L实际就是改变接地点88的位置，相当于调整馈点24到接地点88位置，进而改变天线60的阻抗。

由于馈电导体1与接地段2的b段平行，馈电导体1与接地段2的b段之间通过接地段2的a段连接，因此，槽隙宽度L不变时，增加馈电导体1的长度也可以间接调整接地段2的长度，也就是可以间接调整天线60的输入阻抗，其中，馈点24导体始终与接地段2的b段平行：由于接地段2的a段长度不变，馈电导体1的长度越长，接地段2的b段就越长，接地段2的长度就越长，天线60的输入阻抗就越低；馈电导体1的长度越短，接地段2的b段就越短，接地段2的长度就越短，天线60的输入阻抗就越高。也就是接地段2的b段长度（或者馈电导体1的长度）也可以调整天线60的VSWR性能。

槽隙的面积由呈“L”形接地段2的a段、呈“L”形接地段2的b段、馈电导体1、接地导体22的尺寸、形状来决定，改变槽隙的面积（例如通过改变槽隙宽度L尺寸、接地段2的b段长度或馈电导体1的长度等），可以自由地调整天线阻抗的匹配程度（也就是耦合量）在特征阻抗的临界值（例如50欧或75欧）的上、下之间的变动。也就是说通过调整槽隙的面积大小来增加耦合量，达到耦合量达到耦合状态。以2.4GHz的Wifi天线（也就是辐射段21呈蛇形PCB天线）为例，调整槽隙的宽度L，让Wifi天线尽可能接近50欧姆的临界值，让Wifi天线在2412MHz~2484MHz工作频率（72MHz的带宽范围内）的VSWR值均小于小于2.0，让Wifi天线在2412MHz~2484MHz工作频率（72MHz的带宽范围内）的S11均小于-10dB。S11的波形越深，天线60效率越高，天线60的性能越好。

由于天线60的长度必须满足1/4波长，而接地段2的长度是辐射体20不可缺少的一部分。调整槽隙宽度L可以改变接地段2的长度，也就是调整槽隙宽度L可以间接影响天线60的谐振频率。

槽隙宽度L越小，天线60的谐振频率越高，槽隙宽度L越大，天线60的谐振频率越低。

接地段2中的倒“L”成90度折弯，接地段2、馈电导体1及接地导体22之间形成的槽隙形状为矩形。接地段2中的倒“L”也可以成圆弧角度折弯，接地段2、馈电导体1及基板23上的接地导体22之间形成的槽隙形状为“

”形。接地段2、馈电导体1及基板23上的接地导体22之间形成的槽隙形状优选为矩形。

进一步，辐射段分段3与辐射段分段4还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段4与辐射段分段5还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段5与辐射段分段6还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段7与辐射段分段8还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段8与辐射段分段9还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段9与辐射段分段10还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段10与辐射段分段11还可以呈圆弧度角连接，或辐射段分段11与辐射段分段12还可以呈圆弧度角连接。

此外，接地段2的宽度W对天线60的带宽也有影响，增大接地段2的宽度W，将增加天线60的带宽，缩小接地段2的宽度W，将降低天线60的带宽。

作为一种优选地实施例，长条状净空区域13中靠近基板23的中心O的长端边为一型，辐射段21与靠近基板23的中心O的长端边的接地导体22之间的最小间距大于1.7mm。

具体地，本申请考虑到基板23上除长条状净空区域13外的其他位置会设置接地导体22（例如PCB板中的接地铜箔），接地导体22太靠近天线60的辐射段21，会影响天线60的阻抗及S参数。因此，为减小净空区域外的接地导体22对辐射体20的影响，本申请中，设定辐射段21与长端边的接地导体22之间的最小间距大于1.7mm，通过该种方式，能够显著减小净空区域外的接地导体22对辐射体20阻抗的影响，提高了天线60的效率。当然，这里也不限定于1.7mm，可以视情况来定。

作为一种优选地实施例，长条状净空区域13的位于基板23内部的区域边的外沿均设置有地过孔55。

具体地，上述实施例中提到，基板23上除长条状净空区域13外的其他位置还会设置其他器件，例如电源线等，这些器件如果过于靠近天线60的辐射体20可能会对天线60的性能产生影响。为解决上述技术问题，本申请中，除了通过在辐射体20与长条状净空区域13与非净空区域的边之间设置最小距离外，还在长条状净空区域13的位于基板23内部的区域边的外沿设置地过孔55，地过孔55能够吸收其两边的信号，从而减少辐射体20和基板23上的其他器件之间的信号影响，保证天线60及基板23上其他器件的性能。

在实际应用时，可以根据需要设置地过孔55的数量，如果基板23的空间允许，可以多设置地过孔55，从而进一步减少辐射体20和基板23上的其他信号走线（图未示）、电源走线（图未示）之间的信号影响。

具体地，请参照图4，图4为本发明提供的另一种具体辐射体为异形的天线的结构示意图。

作为一种优选地实施例，馈电导体82为倒Ｌ型，接地段81为一型，馈电导体82、接地段81及基板23上的接地导体形成矩形槽隙。

图4中的天线84也包括天线本体和设置有长条状净空区域83（图4中以长条状净空区域为长方形净空区域为例）的极板23，天线本体包括辐射体80和馈电导体82，辐射体80包括辐射段70和接地端81，在基板23的左上角设置长条状净空区域83，天线本体设置在长条状净空区域83内。馈电导体82呈倒Ｌ型，接地段81为一型，馈电导体82由馈电导体c段和馈电导体d段组成。接地段81与馈电导体d段平行，馈电导体d段呈90度与接地段81、辐射分段85相交连接，接地段81与倒L型的馈电导体82、基板上的接地导体172（以PCB板中的接地铜箔为例进行说明，不限定）形成矩形槽隙。与图3相比，图4中的接地段81与辐射分段85、辐射分段93、辐射分段91在同一条直线上，接地段81与辐射分段87、辐射分段90在垂直方向上平行，接地段81与辐射分段86、辐射分段89、辐射分段92垂直。馈电导体82与基板23中的馈点174连接，馈点174通过射频走线178与天线匹配元件176连接，天线匹配元件176通过射频走线178与射频模组177连接，在射频走线178、天线匹配元件176、射频模组177周围设置多个地过孔15。

槽隙的长度L1可以调整接地段81长度，也就是可以调整天线的输入阻抗，槽隙的长度L1越短，接地段81的长度越短，天线的输入阻抗越大；槽隙的长度H越长，接地段81的长度越长，天线的输入阻抗越小。也就是槽隙的长度L1可以直接用于调整天线的VSWR性能。槽隙的长度L1越短，天线的谐振频率越低，槽隙的长度L1越长，天线的谐振频率越高。

具体地，请参照图5，图5为本发明提供的另一种具体辐射体为异形的天线的结构示意图。与图4比较差异在于，图5中的辐射分段85、辐射分段93、辐射分段91在同一条直线上，接地段81与辐射分段85、辐射分段93、辐射分段91在同一垂直线上平行。

作为一种优选地实施例，辐射段21为蛇形辐射段21或者倒L型辐射段21或者齿形辐射段21。

具体地，本申请中，辐射段21除了可以为蛇形辐射段21，还可以为L辐射段21，还可以为齿形辐射段21，当然，还可以为其他类型的辐射段21，例如“

”形或者“一”形或者“

”形等，本申请在此不作特别的限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，基板23的表面设置有防氧化层。

具体地，考虑到基板23中通常包括金属层例如铜箔，基板23上的辐射段21、接地段2及馈电导体1也通常为金属例如铜箔，这些金属容易发生氧化，从而影响天线60的性能，本申请中，基板23的表面还设置有防氧化层，以防止基板23上的金属层及基板23上的辐射段21、接地段2及馈电导体1发生氧化，提高了天线60的性能。

其中，这里的防氧化层可以但不仅限为油墨。

需要说明的是，本申请中，基板23可以但不仅限为PCB板。

PCB板可以为多层板，例如2层板、3层板、6层PCB板、8层PCB板、10层PCB板、12层PCB板、14层PCB板、16层PCB板、20层PCB板、22层PCB板、24层PCB板、26层PCB板、28层PCB板、30层PCB板、32层PCB板、34层PCB板、36层PCB板、38层板、40层板、42层板、44层板、46层板、48层板、50层板、52层板、54层板、56层板、58层板、60层板、68层板、70层板等。

请参照图6，图6为本发明提供的一种4层PCB板的剖面示意图。

PCB板从材料组成上分为金属层71、介质层70和防氧化层76构成。从层叠结构上分为顶层T1、地平面层G2、信号层S3及底层B4，金属层71由顶层T1中的铜箔及走线72、顶层T1中的辐射体20和馈电导体1、地平面层G2中的铜箔及走线73、信号层S3中的铜箔及走线74、底层B4中的铜箔及走线75组成，PCB板上的金属层71以外都由介质层70填充而成。长条状净空区域13设置在PCB板23的某个角落，在长条状净空区域13投影区域内了设置天线60外，其它部分为PCB板顶层T1的油墨79、介质层70、底层B4的油墨76。

PCB板中的介质层70（绝缘材料）的材料选择会影响天线60的射频走线的损耗角正切值，介质材料射频走线的损耗角正切越大，表明射频走线的损耗越大，天线60的带宽会相应变大，辐射效率降低，增益下降，带宽变宽。PCB板可以选择玻璃环氧基板（介质层70的介电常数Dk为4.0~4.5，一般取Dk为4.2），也可以采用铁氟龙基板（介质层70的介电常数Dk为2.6）、陶瓷基板（介质层70的介电常数Dk为10.0）、FR-1基板（酚醛棉纸层压板)、FR-2基板(酚醛棉纸层压板)、FR-3基板 (棉纸层压板)、CEM-1基板（环氧树脂）、CEM-3基板（环氧树脂）等。

本申请中，长条状净空区域13的位置除了设置天线本体外，禁止设计PCB走线、电源铜箔、地铜箔、金属螺钉孔及放置其它器件，mark点(光学定位的基准点）也不可以放置在长条状净空区域13内，这样做的目的是为了满足天线60近场感应区的辐射空间要求，避免天线60的谐振改变而导致辐射效率降低。图7为本发明提供的一种在长条形净空区域正下方覆地平铜箔的PCB板的层叠结构图，与图6相比，在图7在长条形净空区域正下方的底层B4覆地平铜箔66，图8为本发明提供的一种在净空区域正下方覆地平铜箔时天线60的电压驻波比的仿真图。图8中的M1点对应天线60的谐振频率为2.400GHz，M2点对应天线60的谐振频率为2.450GHz，M3点对应天线60的谐振频率为2.500GHz。从图8可以得出：当天线60的谐振频率在2.400GHz时，VSWR为2.45；当天线60的谐振频率在2.450GHz时，VSWR为6.52，当天线60的谐振频率在2.500GHz时，VSWR为9.681，VSWR远远大于2，不符合天线60的基本设计要求。图9为本发明提供的一种天线60正下方覆地平铜箔时的史密斯图，图9中的M1点与图8中的M1点一一对应（天线60在M1点的谐振频率为2.400GHz），图9中的M2点与图8中的M2点一一对应（天线60在M2点的谐振频率为2.450GHz），图9中的M3与图8中的M3点一一对应（天线60在M3点的谐振频率为2.500GHz）。从图9可以看出天线60的阻抗远离50Ω，说明天线60的正下方覆地平铜箔会严重影响天线60的性能，不符合设计要求。长条状净空区域13的尺寸需要通过三维结构电磁场仿真工具来模拟（例如采用Ansoft公司的HFSS软件的有限元法通过电场分析计算），得到天线60最佳的参数。

为证明本发明上述实施例中天线60的设计合理性和实用性，以图3为例，该天线60为Wifi天线，应用于AI语音遥控器中，采用Ansoft HFSS（三维结构电磁场仿真软件）分别对该天线60进行仿真分析，以下是整个仿真分析的过程：

PCB板的尺寸为105mm×31.5mm ，板厚1.2mm，WiFi天线采用辐射体20呈蛇形的天线60，Wifi天线设置在PCB板的顶层，Wifi天线60所在的长条状净空区域13为16.0mm×6.77mm。经多次参数的调整和仿真模拟，将蛇形的辐射体20到长条状净空区域13长边的接地导体22之间距离H调整为1.9mm时，Wifi天线的才达到临界值，各方面的参数满足要求，否则天线60的辐射效率较低。

Wifi天线的辐射体20具体尺寸如下：

接地段2的a段的长度=1.776mm

接地段2的b段的长度=1.778mm

接地段2的长度=接地段2的a段的长度+接地段2的b段的长度=1.7760mm+1.7780mm=3.554mm

辐射段分段3的长度=2.540mm

辐射段分段4的长度=2.000mm

辐射段分段5的长度=2.540mm

辐射段分段6的长度=2.000mm

辐射段分段7的长度=2.540mm

辐射段分段8的长度=2.000mm

辐射段分段9的长度=2.540mm

辐射段分段10的长度=2.000mm

辐射段分段11的长度=2.540mm

辐射段分段12的长度=5.5433mm

接地段2+辐射段分段3的长度+辐射段分段4的长度+辐射段分段5的长度+辐射段分段6的长度+辐射段分段7的长度+辐射段分段8的长度+辐射段分段9的长度+辐射段分段10的长度+辐射段分段11的长度+辐射段分段12的长度=3.554mm+2.540+2.000mm+2.540+2.000mm+2.540+2.000mm+2.540+2.000mm+2.540+5.5433mm=29.689mm

馈电导体1的线宽=0.5mm

接地段2的线宽=0.5mm

辐射段21的线宽=0.5mm

图10给出了Wifi天线的VSWR仿真图，从图10中可以得出：当天线60的谐振频率在2.4120GHz时，VSWR为1.5943；当天线60的谐振频率在2.4840GHz时，VSWR为1.4718，也就是在Wifi天线工作的72MHz的带宽范围内，VSWR<2，满足家用AI语音遥控器（属于宽带产品）对Wifi天线带宽的设计要求。图11给出了Wifi天线的S11的仿真图，从图11可以得出:当Wifi天线天线60的谐振频率2.4120GHz时，S11为-12.8618dB；当Wifi天线的谐振频率2.4840GHz时，S11为-14.5251dB；也就是在Wifi天线工作的72MHz的带宽范围内，S11<10dB，满足家用AI语音遥控器（属于宽带产品）对Wifi天线天线60带宽的设计要求。

图12给出了Wifi天线的史密斯图，在2.450GHz能得到大致Critical Coupling(临界耦合)，图12中的M1点对应Wifi天线的谐振频率为2.4840GHz，M2点对应Wifi天线的谐振频率为2.4120GHz。可以发现连接Wifi天线与PCB板中的天线匹配元件14、射频走线18、射频模组17之间的耦合非常良好，说明Wifi天线的阻抗满足50欧姆临界值的阻抗要求。

图13给出了家用AI语音遥控器整机中的Wifi天线在H面的2D方向图，从图13可以看出在H面Wifi天线辐射的主要能量主要朝右（也就是家用AI遥控器朝设备端辐射的方向，同时远离人体组织），在25度±5度方向，Wifi天线的增益达到峰值（约为0.95dBi）；在152.5度±5度的方向，Wifi天线的增益达到峰值（约为0.96dBi）。图14给出了家用AI语音遥控器整机中的Wifi天线在E面2D方向图，该图一般呈花瓣状，故方向图又称为波瓣图。当家用AI语音遥控器水平放置时，Wifi天线处于水平极化（水平平行于地面），在图14的右侧出现两个主瓣（最大辐射方向所在的瓣），主瓣集中了辐射的大部分能量，最上方的主瓣约25度±5度的方向，Wifi天线的增益达到峰值（约为1.70dBi），而最下方的主瓣约152.5度±5度的方向，Wifi天线的增益达到峰值（约为1.832dBi）。而图14的左侧出现两个后瓣，后瓣的方向与主瓣的方向刚好相反，最上方的后瓣最大增益约1.01dBi，最下方的后瓣最大增益约1.10dBi。从Wifi天线的E面方向图和H面方向图中分析，Wifi天线在两个方向上具有较强的方向性，表现来是典型定向辐射型天线的特性，也就从侧面说明PCB板载异形PCB天线60是是典型定向辐射型天线。而家用AI语音遥控器不需要全向辐射型天线，它需要Wifi天线朝遥控器前面对外辐射，因此采用本申请设计的Wifi天线，完全符合家用AI语音遥控器对天线60方向性的要求。

此外，以下是针对该家用AI语音遥控器中的Wifi天线的测试：

采用5号电池，PCB板301尺寸为105mm×31.5mm ，板厚1.2mm，Wifi天线采用辐射体20呈蛇形倒F蛇形天线60（属于PCB板载天线60），Wifi天线的长条状净空区域13为16.0mm×6.77mm；实验环境包括OTA暗室，网络分析仪。极化方式为水平极化（实际家用AI语音遥控器使用时是水平平行于地面，所以天线60属于水平极化）。

表1给出了家用AI语音遥控器中Wifi天线在不带塑胶壳情况下的S11测试数据，从表1可以看出Wifi天线在2412MHz频段下S11值为-11.329dB，Wifi天线在2442MHz频段下S11值为-13.387dB，Wifi天线在2484MHz频段下S11值为-11.003dB。Wifi天线在2412MHz、2442MHz、2484MHz三个频段的S11值均小于-10dB，也就是Wifi天线在2412MHz~2484MHz范围内的S11值均小于-10dB，完全覆盖WLAN的2.4GHz频带，满足家用AI语音遥控器（属于宽带产品）对天线60带宽的设计要求。

表1 家用AI语音遥控器中Wifi天线在不带塑胶壳情况下的S11测试数据表

Wifi天线60谐振频率点	测试要求的规格	数测数据	是否满足设计要求
				2412MHz	<10dB	-11.329dB	满足设计要求
2442MHz	<10dB	-13.387dB	满足设计要求
				2484MHz	<10dB	-11.003dB	满足设计要求

此外，欧盟的CE-RED认证，都要求无线产品做SAR（Specific Absorption Rate，电磁波吸收比值或比吸收率）认证。蓝牙5.0协议以下的手持式设备，发射功率不会超过13dBm（20mW），因此不需要做SAR认证，而对于蓝牙5.0协议的手持式产品，发射功率很可能超过13dBm，所以一定要做SAR认证。对于Wifi协议的设备，不同的的国家在最大发射功率(peakPower)有所不同的标准和限制：

北美： 2.4G WiFi的最大发射功率 ≤ 30dBm；

欧盟： 2.4G WiFi最大发射功率 ≤ 20dBm；

中国： 2.4G WiFi最大发射功率 ≤ 20dBm；

日本：2.4G WiFi最大的发射功率≤ 22dBm；

以欧盟为准，欧盟CE-RED要求手持式终端设备无线发射功率小于13dBm时，SAR认证才可豁免。Wifi标准发射功率已经超过了13dBm阀值，因此，对于带Wifi协议的手持式终端设备一定做SAR认证。从图13可以看出Wifi天线的E面2D方向图主要集中在右侧，而从图14可以看出Wifi天线的E面2D方向图的右侧出现两个主瓣，这两个主瓣集中了天线60绝大部分的能量，而图14中Wifi天线的E面2D方向图左侧出现两个后瓣，这两个后瓣幅度非常小，说明后瓣的辐射能量非常低。Wifi天线在家用AI语音遥控器仅在半空间辐射，因此具有较高的前后比，比其它类型天线60（例如全向性天线）有更低的SAR值。Wifi天线朝家用AI语音遥控器前面对外辐射，手握家用AI语音遥控器时Wifi天线远离人体组织，经相关测试，完全满足欧盟CE-RED认证中的SAR认证。

为证明本发明上述实施例中天线60的设计合理性和实用性，以图4为例，该天线60为蓝牙天线，应用于AI语音遥控器中，采用Ansoft HFSS（三维结构电磁场仿真软件）分别对该天线60进行仿真分析，以下是整个仿真分析的过程：

PCB板301尺寸为105mm×31.5mm ，板厚1.2mm，蓝牙天线采用辐射体20呈蛇形的天线60，蓝牙天线60所在的长条状净空区域13为15.0mm×5.54mm。

图15给出了蓝牙天线60的电压驻波比仿真图示，从图15可以得出：当蓝牙天线60的谐振频率在2.4120GHz时，VSWR为1.9022；当蓝牙天线60的谐振频率在2.4840GHz时，VSWR为1.9086，也就是在蓝牙天线60工作的72MHz的带度范围内，VSWR<2，满足家用AI遥控器蓝牙天线的设计要求。图16给出蓝牙天线60的S11（回波损耗）仿真图示，从图16可以得出:当蓝牙天线60的谐振频率2.4120GHz时，S11为-10.1840dB；当蓝牙天线60的谐振频率2.4840GHz时，S11为-10.2092dB；也就是在蓝牙天线60工作72MHz的带度范围内，S11<10dB，满足家用AI遥控器蓝牙天线的设计要求。

图17给出蓝牙天线在H面2D方向图，图18给出蓝牙天线在E面2D方向图，该图一般呈花瓣状，故方向图又称为波瓣图。当家用AI遥控器水平放置时，蓝牙天线处于水平极化（水平平行于地面），在图18的右侧出现两个主瓣（最大辐射方向所在的瓣），主瓣集中了辐射的大部分能量，最上方的主瓣约25度±5度的方向，天线的增益达到峰值，而最下方的主瓣约152.5度±5度的方向，天线的增益达到峰值。而图18的左侧出现两个旁瓣（侧瓣），旁瓣的方向与主瓣的方向刚好相反。从天线的E面方向图和H面方向图中分析，蓝牙天线60在两个方向上具有较强的方向性，表现来是典型定向辐射型的特性，也就从侧面说明PCB板载异形倒F天线是是典型定向辐射型天线。而家用AI遥控器不需要全向性辐射型天线，它需要蓝牙天线朝遥控器前面对外辐射，因此采用本申请设计的蓝牙天线，完全符合家用AI遥控器对天线方向性的要求。

此外，以下是针对该家用AI遥控器中的蓝牙天线60的测试：

采用5号电池，PCB板301尺寸为105mm×31.5mm ，板厚1.2mm，蓝牙天线采用辐射体20呈蛇形的天线60，蓝牙天线60所在的长条状净空区域13为15.0mm×5.54mm。实验环境包括OTA暗室，网络分析仪。极化方式为水平极化（实际家用AI遥控器使用时是水平平行于地面，所以天线属于水平极化）。

表2给出了蓝牙天线60在不带塑胶外壳情况下的S11测试数据：蓝牙天线60在2412MHz频段下S11值为-10.329dB，蓝牙天线60在2442MHz频段下S11值为-12.558dB，蓝牙天线60在2484MHz频段下S11值为-11.137dB，蓝牙天线60在2412MHz、2442MHz、2484MHz三个频段的S11值都小于-10dB，满足蓝牙天线S11参数的要求。

表2 蓝牙天线60在不带塑胶外壳情况下的S11测试数据

蓝牙天线60谐振频率点	测试要求的规格	测试数据	是否满足要求
				2412	< -10 dB	-10.6218	满足
2442	< -10 dB	-12.558	满足
				2484	< -10 dB	-11.137	满足

本发明还提供了一种设备，包括射频模组17，还包括如上述的辐射体20为异形的天线60，射频模组17通过射频走线18与天线60的馈点24连接。

具体地，这里的设备可以为AI（Artificial Intelligence，人工智能）语音遥控器等，本申请在此不作特别的限定。

对于本发明提供的设备中的天线60的介绍请参照上述天线60实施例，本发明在此不再赘述。

作为一种优选地实施例，还包括设置于射频走线18上的天线匹配元件14，用于实现天线本体与射频模组17之间的阻抗匹配。

考虑到射频模组17与天线60之间的阻抗可能不匹配，从而降低天线60的效率，本实施例中，还在射频模组17与天线60之间设置了天线匹配元件14，具体地，这里的天线匹配元件14可以为电容和/或电感，从而实现射频模组17与天线60的阻抗匹配，降低射频信号在天线60上的反射，提高天线60的效率。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种辐射体为异形的天线，其特征在于，包括天线本体和边框处设置有长条状净空区域的基板，沿所述长条状净空区域的长度方向且靠近所述基板的中心的一端设置有接地点和馈点，所述天线本体分别与所述馈点及接地点连接；所述基板还包括独立于所述长条状净空区域且与所述接地点连接的接地导体。

2.如权利要求1所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述长条状净空区域设置于基板的拐角处。

3.如权利要求1所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述天线本体包括馈电导体、接地段和辐射段，所述馈电导体的一端与所述馈点连接，所述馈电导体的另一端分别与所述接地段的一端及所述辐射段的一端连接，所述接地段的另一端与所述接地点连接，所述辐射段的另一端为开路；

所述馈电导体、所述接地段及所述基板上的接地导体形成槽隙。

4.如权利要求3所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述接地段为倒Ｌ型，所述馈电导体为一型，所述馈电导体、所述接地段及所述基板上的接地导体形成矩形槽隙。

5.如权利要求3所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述馈电导体为倒Ｌ型，所述接地段为一型，所述馈电导体、所述接地段及所述基板上的接地导体形成矩形槽隙。

6.如权利要求3所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述长条状净空区域中靠近所述基板的中心的长端边为一型，所述辐射段与靠近所述基板的中心的长端边的接地导体之间的最小间距大于1.7mm。

7.如权利要求1所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述接地点连接的接地导体的面积为所述天线的1/4波长的奇数倍。

8.如权利要求1所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述基板的表面设置有防氧化层。

9.如权利要求1至8任一项所述的辐射体为异形的天线，其特征在于，所述长条状净空区域的位于基板内部的区域边的外沿均设置有地过孔。

10.一种设备，其特征在于，包括射频模组，还包括如权利要求1至9任一项所述的辐射体为异形的天线，所述射频模组通过射频走线与所述天线的馈点连接。

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