CN112952387A - 天线结构和蓝牙天线 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种天线结构和蓝牙天线，所述天线结构包括基板和设置于所述基板上的第一辐射器和第二辐射器，所述基板具有相对的第一表面和第二表面；所述第一辐射器包括设置于所述第一表面上的第一辐射体、第一辐射臂和第二辐射臂；所述第二辐射器包括设置于所述第二表面上的第二辐射体、第三辐射臂和第四辐射臂；所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂和所述第四辐射臂在所述第一表面上的投影形成封闭或非封闭的环形结构；所述第一辐射体的延伸方向和所述第二辐射体的延伸方向在所述第一表面上的投影重合。该天线结构相比于现有天线，可以实现水平全向辐射，在实际使用时不会出现盲区，使用效果佳。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其涉及天线结构和蓝牙天线。
背景技术
随着电子技术的发展，无线电子产品正在蓬勃发展，迅速普及。轻量化、小型化成为主流市场的发展趋向之一，而对于作为无线电子信号传输工具的天线而言，在适应小型化同时，满足应用环境的需求成为天线设计的关键点。
由于安装空间的限制，现有的天线在使用时大多需要水平安装，即天线的辐射臂与水平面平行，在实际使用时会在辐射臂的两端方向出现盲区，存在着难以全向覆盖的缺陷，尤其不能实现水平全向辐射，使用效果较差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种天线结构和蓝牙天线，该天线结构相比于现有天线，可以实现水平全向辐射，在实际使用时不会出现盲区，使用效果佳。
本申请的目的采用以下技术方案实现：
第一方面，本申请提供了一种天线结构，所述天线结构包括基板和设置于所述基板上的第一辐射器和第二辐射器，所述基板具有相对的第一表面和第二表面；所述第一辐射器包括设置于所述第一表面上的第一辐射体、第一辐射臂和第二辐射臂，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂分别连接所述第一辐射体的两端；所述第二辐射器包括设置于所述第二表面上的第二辐射体、第三辐射臂和第四辐射臂，所述第三辐射臂和所述第四辐射臂分别连接所述第二辐射体的两端；所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂和所述第四辐射臂在所述第一表面上的投影形成封闭或非封闭的环形结构；所述第一辐射体的延伸方向和所述第二辐射体的延伸方向在所述第一表面上的投影重合。该技术方案的有益效果在于，一方面，四个辐射臂在第一表面上的投影形成封闭或非封闭的环形结构，使得该天线结构的辐射模式近似环形天线的辐射模式，对该天线结构进行馈电时，四个辐射臂上的电流形成环形电流，从而形成水平全向的辐射场，该天线结构相比于现有天线，可以实现水平全向辐射，在实际使用时不会出现盲区，能够充分覆盖360°区域，保证设备的稳定连接，使用效果佳；另一方面，两个辐射体的延伸方向在第一表面上的投影重合，两个辐射体构成平行双线传输线，使得该天线结构的带宽较宽，适用范围较广。
在一些可选的实施例中，所述基板具有相对的第一侧边和第二侧边以及相对的第三侧边和第四侧边；所述第一辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第一侧边和所述第三侧边的第一辐射段和第二辐射段；所述第二辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第二侧边和所述第四侧边的第三辐射段和第四辐射段；所述第三辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第二侧边和所述第三侧边的第五辐射段和第六辐射段；所述第四辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第一侧边和所述第四侧边的第七辐射段和第八辐射段。该技术方案的有益效果在于，每个辐射臂可以由相互连接的且邻近不同侧边的两个辐射段组成，使得每个辐射臂在两个辐射段所在的方向辐射强度较强，相比于直臂形式，辐射臂的设计更为自由，能够提升天线安装时的灵活度，且辐射效果与直臂相差不大。
在一些可选的实施例中，所述第一辐射段、所述第二辐射段、所述第三辐射段与所述第四辐射段的长度之和等于所述第五辐射段、所述第六辐射段、所述第七辐射段与所述第八辐射段的长度之和。该技术方案的有益效果在于，天线结构第一表面上的所有辐射段的长度之和等于第二表面上的所有辐射段的长度之和，使得整个天线结构在相对的两个平面上可以实现天线和同轴馈线阻抗匹配的效果。
在一些可选的实施例中，所述第一辐射段与所述第二辐射段的长度之和大于所述第三辐射段与所述第四辐射段的长度之和，所述第七辐射段与所述第八辐射段的长度之和大于所述第五辐射段与所述第六辐射段的长度之和。该技术方案的有益效果在于，第一辐射臂的整体臂长可以大于第二辐射臂的整体臂长，相应地，第四辐射臂的整体臂长可以大于第三辐射臂的整体臂长，该方案对四个辐射臂的整体臂长不做限定，天线结构同一表面上的两个辐射臂的整体臂长可以不相等，由此，每个辐射段的长度可以根据实际应用的需求灵活选择。
在一些可选的实施例中，所述第二辐射段与所述第六辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离不大于第一预设阈值；所述第四辐射段与所述第八辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离不大于第二预设阈值。该技术方案的有益效果在于，第二辐射段与第六辐射段在第一表面上的投影可以保持一定范围的距离，相应地，第四辐射段与第八辐射段在第一表面上的投影可以保持一定范围的距离，使得该天线结构可以进一步地实现阻抗匹配，该天线结构辐射的全向性更好。
在一些可选的实施例中，所述第二辐射段与所述第六辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离等于所述第四辐射段与所述第八辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离。该技术方案的有益效果在于，第二辐射段与第六辐射段在第一表面上的投影之间的距离可以等于第四辐射段与第八辐射段在第一表面上的投影之间的距离，此时，该天线结构的阻抗匹配效果较好，天线辐射的全向性更好。
在一些可选的实施例中，所述基板为矩形，所述第一表面具有连接所述第一侧边与所述第二侧边的第一连线，所述第二表面具有连接所述第一侧边与所述第二侧边的第二连线，所述第一连线与第二连线形成的平面垂直于所述第一表面；所述第一辐射体经过所述第一连线，所述第二辐射体经过所述第二连线。该技术方案的有益效果在于，基板可以是矩形，矩形基板应用广泛，工艺成熟，基板上的辐射臂的布局方式可以有多种，可以根据实际应用的需求灵活选择。
在一些可选的实施例中，所述第一连线平行于所述第三侧边；所述第一连线经过所述基板的几何中心在所述第一表面上的投影。该技术方案的有益效果在于，第一连线经过基板的几何中心在第一表面上的投影，即第一辐射体经过基板的几何中心在第一表面上的投影，相应地，第二辐射体也经过基板的几何中心在第一表面上的投影，此时，第一辐射体和第二辐射体处于基板的中间位置，天线结构的对称性较好，天线结构的辐射全向性好。
在一些可选的实施例中，所述第一连线与所述第三侧边不平行，所述第一连线不经过所述基板的几何中心在所述第一表面上的投影。该技术方案的有益效果在于，第一连线与第三侧边不平行且第一连线不经过基板的几何中心在第一表面上的投影，此时，第一辐射体的在基板上的分布形式可以有多种选择，相应地，第二辐射体的在基板上的分布形式也可以有多种选择，第一辐射体和第二辐射体在基板上的分布位置可以根据实际应用灵活选择，适用范围较广。
第二方面，本申请提供了一种蓝牙天线，所述蓝牙天线包括上述任一项天线结构，所述天线结构的工作频段包括蓝牙频段。该技术方案的有益效果在于，现有的蓝牙天线在安装时一般为水平安装方式，而现有的蓝牙天线不能实现水平全向辐射，在实际使用时会出现盲区，使用效果较差，将上述天线结构应用于蓝牙天线上，可以改善蓝牙天线的辐射效果，使蓝牙天线实现水平全向辐射，使用效果佳。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1是本申请实施例提供的一种天线结构的第一表面的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种天线结构的第二表面的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种天线结构的第一表面的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种天线结构的第二表面的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的又一种天线结构的第一表面的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的又一种天线结构的第二表面的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的一种天线结构的电压驻波比测试结果图；
图8是本申请实施例提供的一种天线结构在水平面内的辐射方向图；
图9是本申请实施例提供的一种蓝牙天线的第一表面的结构示意图；
图10是本申请实施例提供的一种蓝牙天线的第二表面的结构示意图。
图中：1、第一辐射器；10、第一辐射体；11、第一辐射臂；111、第一辐射段；112、第二辐射段；12、第二辐射臂；121、第三辐射段；122、第四辐射段；2、第二辐射器；20、第二辐射体；21、第三辐射臂；211、第五辐射段；212、第六辐射段；22、第四辐射臂；221、第七辐射段；222、第八辐射段；3、基板；31、第一侧边；32、第二侧边；33、第三侧边；34、第四侧边；35、馈电点；36、接地焊盘。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
参见图1至图6，本申请实施例提供了一种天线结构，所述天线结构包括基板3和设置于所述基板3上的第一辐射器1和第二辐射器2，所述基板3具有相对的第一表面和第二表面；所述第一辐射器1包括设置于所述第一表面上的第一辐射体10、第一辐射臂11和第二辐射臂12，所述第一辐射臂11和所述第二辐射臂12分别连接所述第一辐射体10的两端；所述第二辐射器2包括设置于所述第二表面上的第二辐射体20、第三辐射臂21和第四辐射臂22，所述第三辐射臂21和所述第四辐射臂22分别连接所述第二辐射体20的两端；所述第一辐射臂11、所述第二辐射臂12、所述第三辐射臂21和所述第四辐射臂22在所述第一表面上的投影形成封闭或非封闭的环形结构；所述第一辐射体10的延伸方向和所述第二辐射体20的延伸方向在所述第一表面上的投影重合。
由此，一方面，四个辐射臂在第一表面上的投影形成封闭或非封闭的环形结构，使得该天线结构的辐射模式近似环形天线的辐射模式，对该天线结构进行馈电时，四个辐射臂上的电流形成环形电流，从而形成水平全向的辐射场，该天线结构相比于现有天线，可以实现水平全向辐射，在实际使用时不会出现盲区，使用效果佳；另一方面，两个辐射体的延伸方向在第一表面上的投影重合，两个辐射体构成平行双线传输线，使得该天线结构的带宽较宽，适用范围较广。
在一些实施方式中，所述基板3具有相对的第一侧边31和第二侧边32以及相对的第三侧边33和第四侧边34；所述第一辐射臂11可以包括相互连接且分别邻近所述第一侧边31和所述第三侧边33的第一辐射段111和第二辐射段112；所述第二辐射臂12可以包括相互连接且分别邻近所述第二侧边32和所述第四侧边34的第三辐射段121和第四辐射段122；所述第三辐射臂21可以包括相互连接且分别邻近所述第二侧边32和所述第三侧边33的第五辐射段211和第六辐射段212；所述第四辐射臂22可以包括相互连接且分别邻近所述第一侧边31和所述第四侧边34的第七辐射段221和第八辐射段222。
在一具体应用中，所述第一辐射段111的第一端可以连接所述第一辐射体10，所述第一辐射段111的第二端可以连接所述第二辐射段112；所述第三辐射段121的第一端可以连接所述第一辐射体10，所述第三辐射段121的第二端可以连接所述第四辐射段122；所述第五辐射段211的第一端可以连接所述第二辐射体20，所述第五辐射段211的第二端可以连接所述第六辐射段212；所述第七辐射段221的第一端可以连接所述第二辐射体20，所述第七辐射段221的第二端可以连接所述第八辐射段222。
由此，每个辐射臂可以由相互连接的且邻近不同侧边的两个辐射段组成，使得每个辐射臂在两个辐射段所在的方向辐射强度较强，相比于直臂形式，辐射臂的设计更为自由，能够提升天线安装时的灵活度，且辐射效果与直臂相差不大。
在一些实施方式中，所述第一辐射段111、所述第二辐射段112、所述第三辐射段121与所述第四辐射段122的长度之和可以等于所述第五辐射段211、所述第六辐射段212、所述第七辐射段221与所述第八辐射段222的长度之和。
由此，第一辐射段111与第二辐射段112的长度之和为第一辐射臂11的整体臂长，第三辐射段121与第四辐射段122的长度之和为第二辐射臂12的整体臂长，第五辐射段211与第六辐射段212的长度之和为第三辐射臂21的整体臂长，第七辐射段221与第八辐射段222的长度之和为第四辐射臂22的整体臂长，第一辐射臂11的整体臂长与第二辐射臂12的整体臂长之和可以等于第三辐射臂21的整体臂长与第四辐射臂22的整体臂长之和，使得整个天线结构在相对的两个平面上可以实现天线和同轴馈线阻抗匹配的效果。
在一些实施方式中，所述第一辐射段111与所述第二辐射段112的长度之和可以大于所述第三辐射段121与所述第四辐射段122的长度之和，所述第七辐射段221与所述第八辐射段222的长度之和可以大于所述第五辐射段211与所述第六辐射段212的长度之和。
由此，第一辐射臂11的整体臂长可以大于第二辐射臂12的整体臂长，相应地，第四辐射臂22的整体臂长可以大于第三辐射臂21的整体臂长，该方案对四个辐射臂的整体臂长不做限定，天线结构同一表面上的两个辐射臂的整体臂长可以不相等，由此，每个辐射段的长度可以根据实际应用的需求灵活选择。
在一些实施方式中，所述第二辐射段112与所述第六辐射段212在所述第一表面上的投影之间的距离可以不大于第一预设阈值；所述第四辐射段122与所述第八辐射段222在所述第一表面上的投影之间的距离可以不大于第二预设阈值。其中，第一预设阈值与第二预设阈值可以是预先设定的值，第一预设阈值可以和第二预设阈值相等。
在一具体应用中，所述基板3可以为正方形，所述基板3的边长与所述第一预设阈值的比值可以不小于5且不大于6。此时，该天线结构的阻抗匹配效果较好。
在一具体应用中，基板3的边长可以为28mm，所述第一预设阈值可以为5mm。基板3的厚度可以为1mm，基板3可以是PCB板，其材质可以是FR4(聚四氟乙烯)。
该天线结构可以应用于车载蓝牙天线，适应小型化的需要。
由此，第二辐射段112与第六辐射段212在第一表面上的投影可以保持一定范围的距离，相应地，第四辐射段122与第八辐射段222在第一表面上的投影可以保持一定范围的距离，使得该天线结构可以进一步地实现阻抗匹配，该天线结构辐射的全向性更好。
在一些实施方式中，所述第二辐射段112与所述第六辐射段212在所述第一表面上的投影之间的距离可以等于所述第四辐射段122与所述第八辐射段222在所述第一表面上的投影之间的距离。
由此，第二辐射段112与第六辐射段212在第一表面上的投影之间的距离可以等于第四辐射段122与第八辐射段222在第一表面上的投影之间的距离，此时，该天线结构的阻抗匹配效果较好，天线辐射的全向性更好。
在一些实施方式中，所述基板3可以为矩形，所述第一表面具有连接所述第一侧边31与所述第二侧边32的第一连线，所述第二表面具有连接所述第一侧边31与所述第二侧边32的第二连线，所述第一连线与第二连线形成的平面垂直于所述第一表面；所述第一辐射体10可以经过所述第一连线，所述第二辐射体20可以经过所述第二连线。
由此，基板3可以是矩形，矩形基板应用广泛，工艺成熟，基板3上的辐射臂的布局方式可以有多种，可以根据实际应用的需求灵活选择。
参见图3和图4，在一些实施方式中，所述第一连线可以平行于所述第三侧边33；所述第一连线可以经过所述基板3的几何中心在所述第一表面上的投影。
由此，第一连线经过基板3的几何中心在第一表面上的投影，即第一辐射体10经过基板3的几何中心在第一表面上的投影，相应地，第二辐射体20也经过基板3的几何中心在第一表面上的投影，此时，第一辐射体10和第二辐射体20处于基板3的中间位置，天线结构的对称性较好，天线结构的辐射全向性好。
参见图5和图6，在一些实施方式中，所述第一连线与所述第三侧边33不平行，所述第一连线可以不经过所述基板3的几何中心在所述第一表面上的投影。
由此，第一连线与第三侧边33不平行且第一连线不经过基板3的几何中心在第一表面上的投影，此时，第一辐射体10的在基板3上分布形式可以有多种选择，相应地，第二辐射体20的在基板3的上分布形式也可以有多种选择，第一辐射体10和第二辐射体20在基板3上的分布位置可以根据实际应用灵活选择，适用范围较广。
利用HFSS软件对上述天线结构进行仿真分析，得到天线结构的电压驻波比如图7所示，天线结构在水平面内的辐射方向如图8所示。
其中，VSWR是指电压驻波比，Freq是指频率，Theta是指与Z轴的夹角，theta取90°时呈现的是天线结构的水平面辐射方向图，Gain是指增益，Realized Gain Total，是指实际增益，pk2pk即peak to peak，峰峰值，最大值和最小值之间的差值。
如图7所示，m1点处，天线结构的工作频率为2.4000GHz，天线结构的电压驻波比为1.9664；m2点处，天线结构的工作频率为2.4850GHz，天线结构的电压驻波比为2.0731；m3点处，天线结构的工作频率为2.4500GHz，天线结构的电压驻波比为1.4520。
如图8所述，在水平方向上，天线结构的工作频率为2.4000GHz时，最大实际增益为1.7204dB，最小实际增益为-1.8967dB，实际增益峰峰值为3.6171dB。
参见图9和图10，本申请实施例还提供了一种蓝牙天线，所述蓝牙天线包括上述任一项天线结构，所述天线结构的工作频段包括蓝牙频段。其中，蓝牙频段可以是2400MHz–2483.5MHz。
在一些实施方式中，所述蓝牙天线还可以包括同轴线和接地焊盘36，所述接地焊盘36可以设置于所述第二表面；所述基板3可以是矩形，所述基板3的几何中心处设置有馈电点35，所述同轴线的内导体可以与所述馈电点35连接以对所述天线结构进行馈电，所述同轴线的编织层可以与所述接地焊盘36连接。
对天线结构进行馈电时，四个辐射臂上的电流形成环形电流，且变化同步，从而形成水平全向的辐射场。
本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明及附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括基板和设置于所述基板上的第一辐射器和第二辐射器，所述基板具有相对的第一表面和第二表面；
所述第一辐射器包括设置于所述第一表面上的第一辐射体、第一辐射臂和第二辐射臂，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂分别连接所述第一辐射体的两端；
所述第二辐射器包括设置于所述第二表面上的第二辐射体、第三辐射臂和第四辐射臂，所述第三辐射臂和所述第四辐射臂分别连接所述第二辐射体的两端；
所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂和所述第四辐射臂在所述第一表面上的投影形成封闭或非封闭的环形结构；
所述第一辐射体的延伸方向和所述第二辐射体的延伸方向在所述第一表面上的投影重合。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述基板具有相对的第一侧边和第二侧边以及相对的第三侧边和第四侧边；
所述第一辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第一侧边和所述第三侧边的第一辐射段和第二辐射段；
所述第二辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第二侧边和所述第四侧边的第三辐射段和第四辐射段；
所述第三辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第二侧边和所述第三侧边的第五辐射段和第六辐射段；
所述第四辐射臂包括相互连接且分别邻近所述第一侧边和所述第四侧边的第七辐射段和第八辐射段。
3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述第一辐射段、所述第二辐射段、所述第三辐射段与所述第四辐射段的长度之和等于所述第五辐射段、所述第六辐射段、所述第七辐射段与所述第八辐射段的长度之和。
4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述第一辐射段与所述第二辐射段的长度之和大于所述第三辐射段与所述第四辐射段的长度之和，所述第七辐射段与所述第八辐射段的长度之和大于所述第五辐射段与所述第六辐射段的长度之和。
5.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述第二辐射段与所述第六辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离不大于第一预设阈值；
所述第四辐射段与所述第八辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离不大于第二预设阈值。
6.根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述第二辐射段与所述第六辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离等于所述第四辐射段与所述第八辐射段在所述第一表面上的投影之间的距离。
7.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述基板为矩形，所述第一表面具有连接所述第一侧边与所述第二侧边的第一连线，所述第二表面具有连接所述第一侧边与所述第二侧边的第二连线，所述第一连线与第二连线形成的平面垂直于所述第一表面；
所述第一辐射体经过所述第一连线，所述第二辐射体经过所述第二连线。
8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，所述第一连线平行于所述第三侧边，所述第一连线经过所述基板的几何中心在所述第一表面上的投影。
9.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，所述第一连线与所述第三侧边不平行，所述第一连线不经过所述基板的几何中心在所述第一表面上的投影。
10.一种蓝牙天线，其特征在于，所述蓝牙天线包括权利要求1至9中任一项所述的天线结构，所述天线结构的工作频段包括蓝牙频段。
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