CN111525266B - 一种天线和无线设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线和无线设备，所述天线包括介质基板、第一辐射单元、地枝节、N个第二辐射单元和N个反相单元，N≥1；其中，介质基板作为第一辐射单元、地枝节、N个第二辐射单元和N个反相单元的载体；第一辐射单元的第一侧与地枝节的第一侧耦合，第一辐射单元和N个第二辐射单元通过N个反相单元串馈连接；天线通过地枝节与第一辐射单元谐振，辐射处于第一频段的第一信号；天线通过第一辐射单元和N个第二辐射单元谐振，辐射处于第二频段的第二信号；每一反相单元的长度均为0.5kλ2，其中，λ2为第二信号的波长，k为奇数；反相单元不辐射信号。本发明能够在双频段同时工作，且在第二频段内提升天线增益。
Description
技术领域
本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种天线和无线设备。
背景技术
目前市面上大多无线设备要求支持在双频段下工作，例如2.4G频段和5G频段。现有技术中，支持在双频段下工作的无线设备，一般需要专门设置两个天线，分别对不同判断的信号进行传输；或者直接采用双频天线辐射双频段信号。
然而，采用现有技术的方案，在无线设备中设置两个天线进行双频段信号的辐射，会影响无线设备的体积；而市面上的常规的WLAN双频天线的增益较低，不利于信号辐射。因此，如何设计一种支持双频段工作且高增益的天线是有待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种天线和无线设备，能够支持双频段工作，且提高了在第二频段下的天线增益。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种天线，所述天线包括介质基板、第一辐射单元、地枝节、N个第二辐射单元和N个反相单元，N≥1；其中，
所述介质基板作为第一辐射单元、地枝节、N个第二辐射单元和N个反相单元的载体；
所述第一辐射单元的第一侧与所述地枝节的第一侧耦合连接，所述第一辐射单元和N个所述第二辐射单元通过N个所述反相单元串馈连接；所述地枝节的第一侧设有馈电点；
所述天线通过所述地枝节与所述第一辐射单元谐振，辐射处于第一频段的第一信号；所述天线通过所述第一辐射单元和N个所述第二辐射单元谐振，辐射处于第二频段的第二信号；
每一所述反相单元的长度均为0.5kλ2，其中，λ2为所述第二信号的波长，k为奇数；所述反相单元不辐射信号。
进一步的，所述第一辐射单元包括Y型匹配部分和第一直立部分；所述Y型匹配部分的一端与所述地枝节的第一侧耦合，所述Y型匹配部分的另一端与所述第一直立部分的一端相连接，所述第一直立部分的另一端与其中一个所述反相单元的一端连接。
进一步的，所述地枝节包括第一微带线、第二微带线和第三微带线；
所述第一微带线与所述第三微带线平行，所述第二微带线连接于所述第一微带线和第三微带线之间；
所述Y型匹配部分的一端位于所述第一微带线和所述第三微带线之间空隙位置，以使所述Y型匹配部分的一端与所述地枝节的第一侧耦合。
进一步的，所述反相单元包括对称的折叠走线。
进一步的，所述第二辐射单元包括第二直立部分、第三直立部分和第四直立部分；
所述第三直立部分位于所述第二直立部分和所述第四直立部分之间；
所述第三直立部分的宽度小于所述第二直立部分的宽度，所述第二直立部分和所述第四直立部分的宽度相等。
进一步的，所述第一频段为5G频段，所述第二频段为2.4G频段。
进一步的，k取值为1。
进一步的，N的取值为4。
为了解决相应技术问题，第二方面，本发明实施例提供了一种无线设备，所述无线设备包括处理器、存储器和如第一方面提供的任意一项所述的天线；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于运行所述计算机程序，并在运行所述计算机程序时向所述天线发送控制信号，所述控制信号用于控制所述天线发送第一信号或第二信号。
上述提供的一种天线和无线设备，能同时在第一频段和第二频段下工作，且通过N个反相单元内的电流相互抵消，将第一辐射单元和N个第二辐射单元的电流同相传输，辐射场同相叠加，在第二频段上提升天线增益。本发明能够支持双频段工作，且提升第二频段下的天线增益。
附图说明
图1是本发明提供的一种天线的一个优选实施例的结构示意图；
图2是图1所示天线在5G频段下的电流分布示意图；
图3是图1所示天线在2.4G频段下的电流分布示意图；
图4是本发明的第一辐射单元的一个优选实施例的结构示意图；
图5是本发明的地枝节的一个优选实施例的结构示意图；
图6是本发明的第二辐射单元的一个优选实施例的结构示意图；
图7-1是本发明提供的一种天线在2.4G频段下的S参数示意图；
图7-2是本发明提供的一种天线在5G频段下的S参数示意图；
图8-1是本发明提供的一种天线在2.4G频段下的水平方向的方向图；
图8-2是本发明提供的一种天线在2.4G频段下的垂直方向的方向图；
图8-3是本发明提供的一种天线在5G频段下的水平方向的方向图；
图8-4是本发明提供的一种天线在5G频段下的垂直方向的方向图；
图9是本发明提供的一种无线设备的结构示意图。
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。
实施例一
本发明实施例提供了一种天线，请参阅图1，图1是本发明提供的一种天线的一个优选实施例的结构示意图,。具体的，所述天线包括介质基板1、第一辐射单元2、地枝节3、N个第二辐射单元4和N个反相单元5，N≥1；其中，
所述介质基板1作为第一辐射单元2、地枝节3、N个第二辐射单元4和N个反相单元5的载体；
所述第一辐射单元2的第一侧与所述地枝节3的第一侧耦合连接，所述第一辐射单元2和N个所述第二辐射单元4通过N个所述反相单元5串馈连接；
所述天线通过所述地枝节3与所述第一辐射单元2谐振，辐射处于第一频段的第一信号；所述天线通过所述第一辐射单元2和N个所述第二辐射单元4谐振，辐射处于第二频段的第二信号；
每一所述反相单元5的长度均为0.5kλ2，其中，λ2为所述第二信号的波长，k为奇数；所述反相单元5不辐射信号。
本发明提供的一种天线，具体实施时，由于反相单元的工作与波长有关，且反相单元的长度为第二信号的半波长的奇数倍，反相单元在第一频段下无法工作，电流在第一辐射单元、N个第二辐射单元上的方向并不是完全一致，如图2所示，此时，第一信号的辐射场并不同相叠加，第一信号主要通过地枝节和第一辐射单元之间耦合谐振来进行辐射。
同时，由于反相单元的长度为第二信号的半波长的奇数倍，则天线传输第二频段的第二信号时，反相单元能够使流经其内部的电流方向相反，电流相互抵消，不辐射信号，而电流在第一辐射单元、N个第二辐射单元上同相传输，如图3所示，由此，第二信号的辐射场逐渐叠加增强，提升了在第二频段下工作时的天线增益。
需要说明的是，本发明图1中第一辐射单元、N个第二辐射单元、地枝节、反相单元的形状只是其中一个示例，具体实施时，可以根据实际情况设计相应的形状，只要能够实现地枝节与第一辐射单元能耦合谐振，能够在第一频段实现良好的匹配，以及天线对第二信号的场叠加即可，具体的宽度和长度也可以根据实际传输的信号进行相应的匹配设计。需要说明的是，本申请提供的一种天线的馈电点6可以设置在如1所示的位置，设在地枝节的第一侧，相对于设在基板中间位置通过并联馈电来说，设在图1所示位置能够有利于壳体装配。
需要说明的是，k优选取值为1，能够实现电流反相传输，相互抵消，且减少反相单元的用料，降低生产成本。N的取值根据实际需求设置，随着辐射单元的增多，越远离馈电点的辐射单元上的电流越小，相应的，对天线增益的提升逐渐减弱，可选的，如图1所示，N取值为4，则天线的辐射单元有5级(第一辐射单元和4个第二辐射单元)。
可选的，第一频段为5G频段，第二频段为2.4G频段。则本发明提供的一种天线可以实现在2.4G和5G频段下同时工作，且在2.4G频段下天线增益高。
可选的，天线的介质基板可采用FR-4板材，可采用单面底部馈电，宽度可根据实际需要设置，例如设计为8mm宽度。
优选地，如图4所示，所述第一辐射单元2包括Y型匹配部分201和第一直立部分202；所述Y型匹配部分201的一端与所述地枝节3的第一侧耦合，所述Y型匹配部分201的另一端与所述第一直立部分202的一端相连接，所述第一直立部分202的另一端与其中一个所述反相单元5的一端连接。
在本实施例中，Y型匹配部分的一端与地枝节的第一侧耦合，可以通过调节Y型匹配部分的倾斜角度来调节阻抗匹配情况，根据具体需要辐射的信号调节倾斜角度，以实现更好的信号匹配。
优选地，如图5所示，所述地枝节3包括第一微带线301、第二微带线302和第三微带线303；
所述第一微带线301与所述第三微带线303平行，所述第二微带线302连接于所述第一微带线301和第三微带线303之间；
所述Y型匹配部分201的一端位于所述第一微带线301和所述第三微带线303之间空隙位置，以使所述Y型匹配部分201的一端与所述地枝节3的第一侧耦合。
在本实施例中，地枝节的第二微带线横跨连接在第一微带线和第三微带线之间，地枝节的两端会形成凸出结构，将Y型匹配部分的一端布置于第一微带线和第三微带线之间的空隙位置，能够实现第一辐射单元与地枝节耦合谐振。
需要说明的是，地枝节的第一微带线和第三微带线两端可以进一步对宽度、形状进行设计，以优化天线的性能。例如，在图5所示的地枝节中，第一微带线的第一端的宽度大于第二端的宽度，且第一微带线的第一端设有勾型弯折结构；同理，第二微带线的第一端的宽度大于第二端的宽度，且第二微带线的第一端设有勾型弯折结构。
优选地，所述反相单元包括对称的折叠走线。
反相单元有多个弯折构成折叠走线，且对称设置，在第二频段下的第二信号的电流流经反相单元时方向相反，便能相互抵消辐射场，不辐射信号。
优选地，如图6所示，所述第二辐射单元4包括第二直立部分401、第三直立部分402和第四直立部分403；
所述第三直立部分402位于所述第二直立部分401和所述第四直立部分403之间；
所述第三直立部分402的宽度小于所述第二直立部分401的宽度，所述第二直立部分401和所述第四直立部分403的宽度相等。
在本实施例中，第二辐射单元的两端适当加宽处理，形成第二直立部分和第四直立部分，使得流经各级辐射单元的电流在2.4G频段上保持一致，实现天线增益最优。
需要说明的是，N个第二辐射单元的第二直立部分401、第三直立部分402和第四直立部分403的长度不一定完全相同，可以根据实际需要对各个第二辐射单元的第二直立部分401、第三直立部分402和第四直立部分403的长度进行调整，不断优化天线的性能。
本发明提供的一种天线，具体实施时，由于反相单元的工作与波长有关，且反相单元的长度为第二信号的半波长的奇数倍，反相单元在第一频段下无法工作，电流在第一辐射单元、N个第二辐射单元上的方向并不是完全一致，此时，第一信号的辐射场并不同相叠加，第一信号主要通过地枝节和第一辐射单元之间耦合谐振来进行辐射。同时，由于反相单元的长度为第二信号的半波长的奇数倍，则天线传输第二频段的第二信号时，反相单元能够使流经其内部的电流方向相反，电流相互抵消，不辐射信号，而电流在第一辐射单元、N个第二辐射单元上同相传输，由此，第二信号的辐射场逐渐叠加增强，提升了在第二频段下工作时的天线增益。
为了便于理解本发明提供的一种天线的有益效果，下面以图1所示的天线、第一频段为5G频段、第二频段为2.4G频段为例，说明本发明提供的一种天线的S参数变化情况和方向图：
如图7-1至图7-2所示，本发明提供的一种天线在2.4～2.5GHZ频段、5.15～5.85GHZ频段内的S参数小于-10dB，匹配度良好。
如图8-1至图8-2所示，本发明提供的一种天线在2.4GHZ频段内的最大增益达到6.87dBi，水平面上最大增益达到6.43dBi。相比于现有技术中WLAN双频天线在2.4G频段的增益(一般为4-5dBi)，本发明在2.4G频段的天线增益显著提升。
如图8-3至图8-4所示，本发明提供的一种天线在5GHZ频段内的最大增益达到4.63dBi，水平面上最大增益达到3.72dBi，能满足日常5G频段通信的需求。
可以看出，本发明提供的一种天线在2.4G频段和5G频段内的辐射宽频带，其中2.4G频段带宽200MHz，5G频段带宽1000MHz，能够实现天线在WLAN频段的全面覆盖，且方向图一致性良好，保证了各个信道之间的辐射一致性。
实施例二
本发明实施例提供了一种无线设备，请参阅图9，图9是本发明提供的一种无线设备的结构示意图；具体的，所述无线设备包括处理器10、存储器20和如第一方面提供的任意一项所述的天线30；
所述存储器20用于存储计算机程序；
所述处理器10用于运行所述计算机程序，并在运行所述计算机程序时向所述天线发送控制信号，所述控制信号用于控制所述天线30发送第一信号或第二信号。
本发明提供的一种无线设备，具体实施时，当处理器调用存储器的计算机代码，控制天线发送第一信号或第二信号时，在天线中，由于反相单元的工作与波长有关，且反相单元的长度为第二信号的半波长的奇数倍，反相单元在第一频段下无法工作，电流在第一辐射单元、N个第二辐射单元上的方向并不是完全一致，此时，第一信号的辐射场并不同相叠加，第一信号主要通过地枝节和第一辐射单元之间耦合谐振来进行辐射。同时，由于反相单元的长度为第二信号的半波长的奇数倍，则天线传输第二频段的第二信号时，反相单元能够使流经其内部的电流方向相反，电流相互抵消，不辐射信号，而电流在第一辐射单元、N个第二辐射单元上同相传输，由此，第二信号的辐射场逐渐叠加增强，提升了在第二频段下工作时的天线增益。
需要说明的是，无线设备的存储器和处理器可以包括一个或多个，无线设备可以是手机、电脑、平板、路由器等各种需要进行无线通信的设备。
需要说明的是，本发明提供的一种无线设备实现在双频段下同时工作，且在第二频段内提升了天线增益的实施方式、原理、效果与实施例一提供的一种天线的实施方式、原理、有益效果相对应，故在此不再赘述。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种天线，其特征在于，所述天线包括介质基板、第一辐射单元、地枝节、N个第二辐射单元和N个反相单元，N≥1；其中，
所述介质基板作为第一辐射单元、地枝节、N个第二辐射单元和N个反相单元的载体；
所述第一辐射单元的第一侧与所述地枝节的第一侧耦合，所述第一辐射单元和N个所述第二辐射单元通过N个所述反相单元串馈连接；
所述天线通过所述地枝节与所述第一辐射单元谐振，辐射处于第一频段的第一信号；所述天线通过所述第一辐射单元和N个所述第二辐射单元谐振，辐射处于第二频段的第二信号；
每一所述反相单元的长度均为0.5kλ2，其中，λ2为所述第二信号的波长，k为奇数；所述反相单元不辐射信号；
所述第一辐射单元包括Y型匹配部分和第一直立部分；所述Y型匹配部分的一端与所述地枝节的第一侧耦合，所述Y型匹配部分的另一端与所述第一直立部分的一端相连接，所述第一直立部分的另一端与其中一个所述反相单元的一端连接；
所述地枝节包括第一微带线、第二微带线和第三微带线；
所述第一微带线与所述第三微带线平行，所述第二微带线连接于所述第一微带线和第三微带线之间；地枝节中，第一微带线的第一端的宽度大于第二端的宽度，且第一微带线的第一端设有勾型弯折结构；同理，第二微带线的第一端的宽度大于第二端的宽度，且第二微带线的第一端设有勾型弯折结构；
所述Y型匹配部分的一端位于所述第一微带线和所述第三微带线之间空隙位置，以使所述Y型匹配部分的一端与所述地枝节的第一侧耦合。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述反相单元包括对称的折叠走线。
3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二辐射单元包括第二直立部分、第三直立部分和第四直立部分；
所述第三直立部分位于所述第二直立部分和所述第四直立部分之间；
所述第三直立部分的宽度小于所述第二直立部分的宽度，所述第二直立部分和所述第四直立部分的宽度相等。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一频段为5G频段，所述第二频段为2.4G频段。
5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，k取值为1。
6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，N的取值为4。
7.一种无线设备，其特征在于，所述无线设备包括处理器、存储器和如权利要求1至6任意一项所述的天线；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于运行所述计算机程序，并在运行所述计算机程序时向所述天线发送控制信号，所述控制信号用于控制所述天线发送第一信号或第二信号。
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