CN112968270A - 双频天线及通讯设备 - Google Patents

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CN112968270A CN201911285089.XA CN201911285089A CN112968270A CN 112968270 A CN112968270 A CN 112968270A CN 201911285089 A CN201911285089 A CN 201911285089A CN 112968270 A CN112968270 A CN 112968270A
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Abstract

公开了一种双频天线及通讯设备，该双频天线包括：第一辐射器，包括：与馈电端口连接的第一导体臂，所述第一辐射器的工作频段为第一频段；第二辐射器，包括：所述第一导体臂、与所述馈电端口分离的第二导体臂，以及第一缝隙，所述第一缝隙包括：位于所述第一导体臂和所述第二导体臂之间的第二缝隙，所述第二导体臂接地，所述第二辐射器的工作频段为第二频段。由此，双频天线可以实现共口径下多种频段辐射，减少空间占用，利于设备小型化。其中，第二导体臂不和馈电端口连接。第一辐射器和第二辐射器的辐射原理不同，结构分开，便于设计时独立优化。

Description

双频天线及通讯设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种双频天线及通讯设备。
背景技术
无线局域网(WLAN)天线的工作频段包括2.4GHz频段和5GHz频段。多个单频天线的简单组合的结构尺寸大，不利于设备的小型化。将多个单频天线的简单组合替换为多频天线，可以实现共口径下多种频段辐射，减少空间占用，便于设备小型化。
发明内容
本申请提供一种双频天线及通讯设备，减少了天线占用空间，有利于通讯设备的小型化。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：第一方面，提供一种双频天线，包括：第一辐射器，包括：与馈电端口连接的第一导体臂，所述第一辐射器的工作频段为第一频段；第二辐射器，包括：所述第一导体臂、与所述馈电端口分离的第二导体臂，以及第一缝隙，所述第一缝隙包括：位于所述第一导体臂和所述第二导体臂之间的第二缝隙，所述第二导体臂接地，所述第二辐射器的工作频段为第二频段。由此，双频天线可以实现共口径下多种频段辐射，减少空间占用，利于设备小型化。其中，第一辐射器和第二辐射器中的第一导体臂为同一个导体臂，第一导体臂在第一辐射器和第二辐射器中的辐射原理不同。工作时，第一辐射器依靠第一导体臂上振荡的电流产生辐射，第二辐射器依靠第一缝隙上振荡的电场产生辐射，二者辐射原理不同，结构分开，当改变其中一个辐射器的结构时，不会影响另一辐射器的驻波性能，便于设计时独立优化。
一种可选的实现方式中，还包括：接地板；所述第二导体臂与所述接地板电连接；所述第一频段的波长为λ1，所述第一导体臂的等效电长度为D1，D1满足：
Figure BDA0002317757550000011
所述第二频段的波长为λ2，所述第一缝隙的等效电长度为D2，D2满足：
Figure BDA0002317757550000012
其中，A1、A2为预设误差阈值。
其中，所述电路板镜像所述第一导体臂和所述第二导体臂，第一导体臂的电长度对应的物理长度接近于所述第一频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第一频段的电磁波。第一缝隙的电长度对应的物理长度接近于所述第二频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第二频段的电磁波。
第一辐射器工作在第一频段时，第一导体臂的电长度对应的物理长度可以表示为：
Figure BDA0002317757550000013
第一导体臂的等效电长度D1满足：
Figure BDA0002317757550000014
简化可得：
Figure BDA0002317757550000015
第二辐射器工作在第二频段时，所述第一缝隙的电长度对应的物理长度可以表示为：
Figure BDA0002317757550000016
第一缝隙的等效电长度为D2满足：
Figure BDA0002317757550000017
简化可得：
Figure BDA0002317757550000018
一种可选的实现方式中，所述第二频段的最小频率大于所述第一频段的最大频率，所述第一导体臂上设有第一谐振电路，所述第一谐振电路包括并联的第一容性件和第一感性件；所述第一谐振电路的工作频率在所述第一频段外；所述第一谐振电路的等效电长度为D3，所述第一谐振电路的物理长度为M1，等效电长度为D3的第一导体臂的物理长度为M2，M1＜M2。由此，使得第一频段电流可从第一谐振电路流过，第一谐振电路对于第一频段电流近似于短路。等效电长度相同的第一谐振电路和导体臂相比，第一谐振电路的物理长度更小，通过在第一导体臂上设置第一谐振电路，可以减小第一辐射器的整体尺寸，减少空间占用，有利于设备小型化。
一种可选的实现方式中，所述第一谐振电路的谐振频率位于所述第二频段内，所述第一导体臂的电长度D1满足：
Figure BDA0002317757550000021
由此，第一导体臂除第一谐振电路外剩余的部分的电长度对应的物理长度与所述第二频段的波长的四分之一差距大于预设阈值，使得第一导体臂除第一谐振电路外剩余部分的工作频率在所述第二频段外，避免第一导体臂除第一谐振电路外剩余部分辐射第二频段的电磁波，可以避免第一辐射器和第二辐射器辐射的电磁波相互影响。第一谐振电路工作在第二频段，使得第二频段电流不能从第一谐振电路流过，使得第一谐振电路对于第二频段电流近似于开路，进一步避免第一辐射器和第二辐射器辐射的电磁波相互影响。
一种可选的实现方式中，所述第一导体臂至少包括：与所述接地板垂直，并与所述馈电端口电连接的第一竖臂，所述第一竖臂上设置有所述第一谐振电路。由此，通过在第一竖臂上设置第一谐振电路，可以减小第一竖臂的物理长度，减小天线对竖直空间的占用。
一种可选的实现方式中，所述第一导体臂还包括：与所述接地板垂直的第二竖臂、以及与所述接地板平行的第一横臂，所述第一横臂与所述馈电端口电连接，所述第一竖臂和所述第二竖臂分别设置在所述第一横臂两端，所述第二竖臂上设置有所述第一谐振电路，其中，所述第一缝隙还包括：位于所述第一横臂与所述接地板之间的第三缝隙。由此，将第一辐射器做成U型结构，增加了第一横臂，可以减小第一导体臂在竖直方向的尺寸。同时，第一横臂与接地板之间设有第三缝隙，增加了第一缝隙的长度，可以减小第二导体臂在竖直方向的尺寸。进一步减小了天线对竖直空间的占用。
一种可选的实现方式中，所述第二导体臂至少包括：与所述接地板垂直的第三竖臂，所述第三竖臂位于所述第一竖臂背离所述馈电端口的一侧。由此，第三竖臂结构简单，便于安装。
一种可选的实现方式中，所述第一导体臂还包括：与所述接地板平行的第二横臂，所述第二横臂一端与所述第一竖臂连接，另一端向远离所述馈电端口的方向延伸，所述第二横臂上设置有所述第一谐振电路。由此，通过设置第二横臂，进一步增加了第一辐射器横臂长度，可以降低该双频天线在竖直方向的尺寸。同时，该双频天线为垂直极化天线时，在横臂上设置谐振电路，可以减小横臂的物理长度，减小水平极化分量，避免和水平极化天线产生干涉。
一种可选的实现方式中，所述第一竖臂和所述第二竖臂上设有向馈电端口方向弯折的弯折结构。由此，可以降低该第一辐射器的竖臂高度，可以进一步减小天线对竖直空间的占用。
一种可选的实现方式中，所述第一容性件和所述第一感性件的第一端通过第一连接件连接，所述第一容性件和所述第一感性件的第二端通过第二连接件连接，以使第一容性件和第一感性件通过所述第一连接件和所述第二连接件并联。其中，第一容性件和第一感性件可与第一辐射器在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成所述第一容性件和所述第一感性件，节省了所述双频天线的制备成本。此外，所述第一容性件和所述第一感性件均为实体的物理结构，不需要通过焊接的工艺装配于介质板上，避免了焊接等工序所产生的寄生效应。
一种可选的实现方式中，所述第一容性件包括相对设置的金属块和位于所述金属块之间的第二缝隙，所述第二缝隙的形状包括：直线、折线或曲线。由此，增大了第一容性件的电容值。
一种可选的实现方式中，所述第一感性件包括波形金属线，所述波形的形状包括：矩形波、锯齿波或正弦波。由此，增大了第一感性件的电感值。
本申请实施例的第二方面，提供一种通讯设备，包括射频模块和如上所述的双频天线，所述射频模块与所述双频天线的第一辐射器电连接。由此，该通讯设备包括上述双频天线，该双频天线由两种不同类型的辐射器组成，二者辐射原理不同，结构分开，便于设计时独立优化。
一种可选的实现方式中，所述双频天线为垂直极化天线，所述通讯设备还包括：水平极化天线。由此，该双频天线上设有第一谐振电路，增大了该双频天线的电长度，在保持总电长度不变的情况下，可以减小双频天线的横臂尺寸，进而减小该双频天线的水平极化分量，从而避免和水平极化天线产生干涉。
附图说明
图1为一种双频天线的结构示意图；
图1A为另一种双频天线的结构示意图；
图1B为图1A中的双频天线在2.4G频段的谐振性能仿真结果示意图；
图2为本申请实施例提供的一种通讯设备的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种双频天线的立体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种双频天线的立体结构示意图；
图5A为本申请实施例提供的一种双频天线的正面视图；
图5B为本申请实施例提供的另一种双频天线的正面视图；
图5C为本申请实施例提供的另一种双频天线的正面视图；
图5D为本申请实施例提供的另一种双频天线的正面视图；
图5E为本申请实施例提供的另一种双频天线的正面视图；
图5F为本申请实施例提供的另一种双频天线的正面视图；
图6是图4所示第一辐射器中第一谐振电路的详细结构示意图；
图7A-图7E是图4所示第一谐振电路中第一容性件的其他实施方式的结构示意图；
图8A-图8D是图4所示第一谐振电路中第一感性件的其他实施方式的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的双频天线在2.4G频段的谐振性能仿真结果示意图；
图10为本申请实施例提供的双频天线在5G频段的谐振性能仿真结果示意图；
图11为本申请实施例提供的双频天线的隔离度在2.4G频段的仿真曲线图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
以下，对本申请实施例可能出现的术语进行解释。
电长度，是指传播媒质和结构的机械长度(也可称物理长度或几何长度)与该媒质和结构上传播电磁波的波长比值，乘以2π(弧度)或者360°。
驻波比，指驻波波腹电压与波谷电压幅度之比，又称为驻波系数、驻波比。驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。
图1为一种双频天线的结构示意图。如图1所示，双频天线振子采用“山字形”结构，中心T型单极子001为2.4G辐射器，两边的L型枝节002为5G辐射器的辐射臂。平直结构双频天线振子高度主要取决于2.4G辐射器高度，通常在20-25mm之间，高度偏高。
其中，在无线通信中，双极化复用能够显著提升通信容量。为了实现双极化，需要设置有水平放置和垂直放置的两种天线。然而各类型天线都有最小尺寸要求，若将天线垂直放置于设备表面，则天线会从设备表面向外延伸，造成整个设备增厚，不利于设备小型化。
如图1A所示，一种减小天线尺寸的方法是通过增加T型单极子001的横臂长度，减小T型单极子001的竖直臂长度，来降低双频天线振子高度。
然而，图1A中的“山字形”天线存在以下缺点：
1、2.4G辐射器和5G辐射器均与馈电端口连接，虽然工作在不同频段，但是二者在馈电端口处连接，辐射原理相同，当改变其中一个辐射器的结构时，会影响另一个辐射器的驻波性能，设计时不便于独立优化。
2、阻抗难以匹配：增加横臂长度会增加对地电容，使负载阻抗严重偏容性。
图1B为15mm的双频天线在2.4G频段的谐振性能仿真结果示意图，如图1B所示，横坐标为天线的谐振频率，单位为GHz，纵坐标为驻波比(VoltageStandingWaveRatio，VSWR)。图1B中M1点处的横坐标为2.40，纵坐标为2.6106。M2点处的横坐标为2.45，纵坐标为3.4280。M3点处的横坐标为2.50，纵坐标为4.5987。
接着参考图1B，当双频天线的高度为15mm时，双频天线振子在2.4G频段的驻波比大于2，驻波比劣化严重，在2.4G频段不再谐振。
首先请参见图2，图2是本申请实施例提供的一种通讯设备的结构示意图。
本申请实施例提供的通讯设备01包括且不限于无线交换机、无线路由器等。通讯设备01包括双频天线02、设备主体03和射频模块04。双频天线02和射频模块04均装配于设备主体03上。射频模块04与双频天线02电连接，用以通过馈电端口1001向双频天线02收发电磁信号。双频天线02根据接收的电磁信号辐射电磁波或根据接收的电磁波向射频模块04发送电磁信号，从而实现无线信号的收发。其中，射频模块(RadioFrequencymodule，AFmodule)30为收发器(transmitterand/orreceiver，T/R)等可以发射和/或接收射频信号的电路。
其中，该双频天线02例如为垂直极化天线，该通讯设备还可以包括：水平极化天线。
图3为本申请实施例提供的双频天线的立体结构示意图。如图3所示，该双频天线02包括：第一辐射器和第二辐射器。
所述第一辐射器包括：与馈电端口1001连接的第一导体臂102，所述第一辐射器的工作频段为第一频段。
第二辐射器包括：第一导体臂102、与所述馈电端口1001分离的第二导体臂103，以及第一缝隙104，所述第一缝隙104包括：位于所述第一导体臂102和所述第二导体臂103之间的第二缝隙1041，所述第二导体臂103接地，所述第二辐射器的工作频段为第二频段。
其中，所述第二频段的电磁波沿所述第一缝隙104传播。
需要说明的是，第一辐射器和第二辐射器中的第一导体臂102为同一个导体臂，第一导体臂102在第一辐射器和第二辐射器中的辐射原理不同。其中，在第一辐射器中，第一导体臂102与馈电端口电连接，工作时，第一辐射器依靠第一导体臂102上振荡的电流产生辐射。在第二辐射器中，第一导体臂102和第二导体臂103之间具有第一缝隙104，第二辐射器依靠第一缝隙104上振荡的电场产生辐射。
其中，该双频天线例如为2.4GHz、5GHz双频段天线。第一辐射器例如工作在2.4GHz频段，第二辐射器例如工作在5GHz频段。
本实施例中，第二导体臂103不和馈电端口1001连接。工作时，第一辐射器依靠第一导体臂102上振荡的电流产生辐射，第二辐射器依靠第一缝隙104上振荡的电场产生辐射。
本申请实施例提供的双频天线，可以实现共口径下多种频段辐射，减少空间占用，利于设备小型化。并且，第一辐射器和第二辐射器辐射原理不同，结构分开，当改变其中一个辐射器的结构时，不会影响另一辐射器的驻波性能，便于设计时独立优化。
接着参考图3，该双频天线还包括：接地板100和介质板200。
本申请实施例对接地板100的具体结构不做限制。在本申请一种实现方式中，接地板100为金属板。
在本申请另一种实现方式中，接地板包括：介质板，以及设置在所述介质板上的导电层。其中，介质板例如包括相对的第一表面和第二表面。所述导电层可以设置在所述介质板的第一表面和/或所述介质板的第二表面上。
本实施例中，接地板100例如包括第一表面，该第一表面用于承载介质板200，且第一表面与第一介质板之间的夹角小于或等于90度，该第一表面上例如还设有导电层。
第二导体臂103例如与该第一表面的导电层电连接，该导电层可以镜像反射第一导体臂102和第二导体臂103。
依据电磁波的镜像原理(mirrorimageprinciple)，第一导体臂102和第一缝隙104的等效电长度等于第一导体臂102和第一缝隙104的实际电长度与第一导体臂102和第一缝隙104在导电层的镜像的电长度之和，即第一导体臂102和第二导体臂103的等效电长度等于第一导体臂102和第一缝隙104的实际电长度的两倍，即第一导体臂102的长度只要等于所述第一频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第一频段的电磁波。同理，第一缝隙104的长度只要等于所述第二频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第二频段的电磁波。其中，上述第一频段的波长和第二频段的波长为自由空间中的波长。
第一导体臂102例如为金属导体，位于第一安装面的中间区域。第一导体臂102例如可印刷于第一安装面上，以简化第一导体臂102的制备工艺。具体的，第一导体臂102沿第一安装面的Z轴方向延伸，第一导体臂102的底部设有馈电端口1001，馈电端口1001通过馈线(图未示)连接射频模块04，第一导体臂102通过馈电端口1001接收射频模块04发送的电磁信号或将接收的外界电磁信号发送至射频模块04。本实施例中，第一安装面的Z轴方向为第一安装面上垂直于第一表面的方向。
第一导体臂102的等效电长度等于所述第一频段的波长λ1的二分之，用以发射或接收频率位于所述第一频段的电磁波。本实施例中，第一导体臂102在导电层的镜像的电长度之和等于第一导体臂102的等效电长度。由于第一安装面与第一表面之间的夹角为90度，第一导体臂102的电长度与第一导体臂102在导电层的镜像的电长度相等，即第一导体臂102的电长度的两倍等于第一导体臂102的等效电长度。即所述电路板镜像所述第一导体臂和所述第二导体臂，第一导体臂的电长度对应的物理长度接近于所述第一频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第一频段的电磁波。
第一辐射器工作在第一频段时，第一导体臂的电长度对应的物理长度可以表示为：
Figure BDA0002317757550000061
第一导体臂102的等效电长度D1满足：
Figure BDA0002317757550000062
简化可得：
Figure BDA0002317757550000063
其中，A1为预设误差阈值。
第二导体臂103设置在所述第一导体臂一侧的介质板200上，并与所述接地板电连接。
其中，第二导体臂103与第一导体臂102之间均存在第一缝隙104。工作时，第二辐射器依靠第一缝隙104上振荡的电场产生辐射，第一缝隙104的等效电长度等于所述第二频段的波长λ2的二分之一，用以发射或接收频率位于所述第二频段的电磁波。本实施例中，第一缝隙104和第一缝隙104在导电层的投影的电长度之和等于第一缝隙104的等效电长度。由于第一安装面与第一表面之间的夹角为90度，第一缝隙104的电长度与第一缝隙104在导电层的镜像的电长度相等，即第一缝隙104的电长度的两倍等于第一缝隙104的等效电长度。即第一缝隙的电长度对应的物理长度接近于所述第二频段的波长的四分之一，即可发射或接收频率位于所述第二频段的电磁波。
第二辐射器工作在第二频段时，所述第一缝隙的电长度对应的物理长度可以表示为：
Figure BDA0002317757550000064
第一缝隙104的等效长度D2满足：
Figure BDA0002317757550000065
简化可得：
Figure BDA0002317757550000066
其中，其中，A2为预设误差阈值。
本申请实施例所示双频天线，利用导电层镜像第一导体臂102和第一缝隙104，使第一导体臂102和第一缝隙104的等效电长度等于第一导体臂102和第一缝隙104的电长度两倍，相当于将第一导体臂102和第一缝隙104的机械长度减小了一半，缩小了双频天线的尺寸，不仅节省了双频天线的制备成本，还提高了双频天线的结构紧凑度，有利于双频天线的小型化设计。
其中，所述第二频段内的最小频率大于所述第一频段的最大频率，即λ2＜λ1。也就是说，第一导体臂102的工作频段为低频段，第二导体臂103的工作频段为高频段。
一种实施方式中，所述第二频段的频率近似为所述第一频段的频率的两倍，即2λ2≈λ1。在其他实施方式中，所述第二频段的频率也可以近似于所述第一频段的频率的其他倍数，本实施例对此不作具体限定。
天线最大物理长度取决于多频段中的较低频段。所述第二频段的频率近似为所述第一频段的频率的两倍，即2λ2≈λ1，使得第一导体臂102的等效电长度约为第二导体臂103的等效电长度的2倍，则第一导体臂102的物理长度约为第二导体臂103的物理长度的2倍，因此，该双频天线02的高度取决于该第一导体臂102的高度。
本实施例中该双频天线02的高度为图3中Z轴方向的尺寸。
如图4所示，所述第一导体臂102上例如设有至少第一谐振电路1002，其中，如图6所示，所述第一谐振电路1002包括并联的第一容性件10和第一感性件20。所述第一谐振电路的工作频率在所述第一频段外。由此，使得第一频段电流可从第一谐振电路流过，第一谐振电路对于第一频段电流近似于短路。
其中，所述第一谐振电路1002的等效电长度为D3，所述第一谐振电路1002的物理长度为M1，等效电长度为D3，且材质与第一导体臂102的材质相同的金属导体的物理长度为M2，其中，M1＜M2。
需要说明的是，第一谐振电路1002的物理长度L1为第一谐振电路1002在X轴的投影尺寸。
由此，通过设置第一谐振电路1002，在保持总电长度不变的情况下，可以减小第一导体臂102的物理长度，进而可以降低双频天线在竖直方向的尺寸，减少空间占用，有利于设备小型化。
第一谐振电路1002对天线电长度的调节原理具体如下：
电磁波沿传输线传输，其传播常数γ满足如下公式：
γ＝α+jβ (公式1)
其中，传播常数γ是表征电磁波在传播媒介中的变化特性的参数。传播常数γ是一个复数，其实部α表征衰减常数，虚部β表征相位常数。
如果传播电磁波的传输线的物理长度用M表示，那么对应传输线的的电长度D满足如下公式：
D＝β*M (公式2)
相移常数β的计算公式为：
Figure BDA0002317757550000071
其中，L表示传输线上的分布电感，C表示传输线上的分布电容。
此外，相移常数β还满足以下公式：
β＝2π/λ (公式4)
电长度D还满足以下公式：
Figure BDA0002317757550000072
将公式(5)带入公式(4)中，可以得到：
D＝M*β (公式6)
将公式(3)带入公式(6)中，可以得到：
Figure BDA0002317757550000073
由公式(7)可知，当传输线上的分布电感和分布电容增大时，电长度会随之增大。因此，通过在第一导体臂102上设置第一谐振电路1002，可以增大第一导体臂102的分布电容和分布电感，进而可以增大第一导体臂102的电长度。
本申请实施例提供的双频天线等效电长度相同的第一谐振电路和导体臂相比，第一谐振电路的物理长度更小，通过在第一导体臂上设置第一谐振电路，可以减小第一辐射器的整体尺寸，减少空间占用，有利于设备小型化。
图9为本申请实施例提供的双频天线在2.4G频段的谐振性能仿真结果示意图。图10为本申请实施例提供的双频天线在5G频段的谐振性能仿真结果示意图。其中，图4中的双频天线在Z轴方向的尺寸约为13mm。如图9、图10所示，横坐标为天线的谐振频率，单位为GHz，纵坐标为驻波比(VoltageStandingWaveRatio，VSWR)。
其中，图9中的M4点处横坐标为2.4，纵坐标为1.5877。M5点处的横坐标为2.45，纵坐标为1.2104。M6点处的横坐标为2.5，纵坐标为1.1189。
图10中M7点处的横坐标为5.15，纵坐标为1.0657。M8点处的横坐标为5.55，纵坐标为1.8324。M9点处的横坐标为5.86，纵坐标为1.5649。
图9中双频天线在2.4G频段的驻波比与图1B中的双频天线在2.4G频段的驻波比相比，图8中的驻波比更接近1，可见，本实施例的双频天线的谐振性能更好。
本申请实施例提供的双频天线，通过设置第一谐振电路，增大了第一辐射器的电长度，在保持总电长度不变的情况下，可以减小第一导体臂102在Z轴方向的尺寸。与图1B中通过增加2.4G辐射器的横臂长度以减小天线尺寸相比，本实施例无需增大2.4G辐射器的横臂长度即可减小双频天线的尺寸，避免增加横臂长度造成的谐振性能降低，提高了双频天线的谐振性能。
此外，依据谐振电路原理，如果第一容性件10的电容值为C，第一感性件20的电感值为L，则第一谐振电路1002的谐振频率公式为：
Figure BDA0002317757550000081
其中，可以调整第一感性件20的电感值L和第一容性件10的电容值C，以使得第一谐振电路谐振频率位于该第二频段内，使得电流可从第一谐振电路1002流过，第一谐振电路1002对于第一频段近似于短路。使得第二频段电流不能从第一谐振电路1002流过，第一谐振电路1002对于第二频段近似于开路，使得第一频段和第二频段互不影响。
此外，第一导体臂除剩余第一谐振电路外的部分的电长度对应的物理长度可以表示为：
Figure BDA0002317757550000082
其中，第一导体臂除剩余第一谐振电路外的部分的电长度对应的物理长度与所述第二频段的波长的四分之一差距大于预设阈值。也即：
Figure BDA0002317757550000083
简化后可得：
Figure BDA0002317757550000084
使得第一导体臂除第一谐振电路外剩余部分的工作频率在所述第二频段外，避免第一导体臂除第一谐振电路外剩余部分辐射第二频段的电磁波，可以避免第一导体臂和第二导体臂辐射的电磁波相互影响。
本申请实施例提供的双频天线，第一导体臂除剩余第一谐振电路外的部分的电长度对应的物理长度与所述第二频段的波长的四分之一差距大，使得第一导体臂除第一谐振电路外剩余部分的工作频率在所述第二频段外，避免第一导体臂除第一谐振电路外剩余部分辐射第二频段的电磁波，可以避免第一辐射器和第二辐射器辐射的电磁波相互影响。并且，在第一导体臂102上设置第一谐振电路1002，并使得第一谐振电路1002工作在第二频段，进一步避免第一辐射器和第二辐射器辐射的电磁波互相影响。
本申请实施例对该第一导体臂102和第二导体臂103的具体结构不做限制。其中，所述第一导体臂102与所述第二导体臂103与所述接地板100之间的夹角不为0，且所述第一导体臂102与所述第二导体臂103在所述介质板上不相交。
在本申请一种实现方式中，如图5A所示，所述第一导体臂102至少包括：与所述接地板100垂直，并与所述馈电端口1001电连接的第一竖臂1023，所述第一竖臂1023上设置有所述第一谐振电路1002。
第二导体臂103可以包括1个或多个与所述第一竖臂1023平行的第二竖臂。
在本申请一种实现方式中，如图5A所示，所述第二导体臂103包括：与所述第一竖臂1023平行的一个竖臂。
在本申请另一种实现方式中，如图5B、图5C所示，所述第二导体臂103包括2个与所述第一竖臂1023平行的第二竖臂，且所述2个竖臂关于所述第一竖臂1023对称。
所述第一竖臂1023与所述第二导体臂103的第二竖臂之间设有所述第二缝隙1041。
其中，所述第二导体臂103对地短路，所述第一导体臂102和所述第二导体臂103共同形成电磁波传播的槽线，使得第二频段的电磁波沿该槽线传输，并在第一导体臂102、第二导体臂103末端开口处向外辐射。
由此，通过在第一竖臂上设置第一谐振电路，可以减小第一竖臂的物理长度，减小天线对竖直空间的占用。
在本申请另一种实现方式中，如图4、图5C所示，第一导体臂102包括：与馈电端口1001电连接的两个L形振子臂，且该两个L形振子臂共同组成U型结构。
所述第一导体臂102例如包括：靠近馈电端口的固定端和远离馈电端口的自由端，所述第一谐振电路1002分别靠近所述第一导体臂的自由端设置，所述第一谐振电路1002设置在第一谐振电路1002中。
由此，将第一谐振电路1002靠近所述第一导体臂的自由端设置，可以避免第一谐振电路1002对第一导体臂102上的电流产生损耗。
其中，所述L形振子臂包括：与X轴平行的第一横臂1022，以及与Z轴平行的第一竖臂1023，其中，所述第一横臂1022与馈电端口1001连接，所述第一竖臂1023的一端与所述第一横臂1022的另一端连接，且所述第一竖臂1023垂直于所述接地板100。
如图4所示，所述第一横臂1022与接地板100之间具有第三缝隙1042，所述第一竖臂1023与所述第二导体臂103之间设有所述第二缝隙1041。所述第二缝隙1041和所述第三缝隙1042组成所述第一缝隙104。
由此，所述第二导体臂103对地短路，所述第一导体臂102、所述第二导体臂103和接地板100共同形成电磁波传播的第一缝隙104，使得第二频段的电磁波沿该第一缝隙104传输，并在第一导体臂102、第二导体臂103末端开口处向外辐射。
本实施例中，所述第一谐振电路1002的数量为2个，分别设置在所述第一导体臂102的两个L形振子臂的第一竖臂1023上。
一种实施方式中，第一导体臂102的物理长度为L102，第一横臂1022的物理长度为L1022，第一竖臂1023的物理长度为L1023，第一谐振电路1002的物理电长度为L1。
本实施例中，第一导体臂102由第一谐振电路1002、第一横臂1022和第一竖臂1023组成。第一导体臂102的物理长度L102等于第一谐振电路1002的物理长度L1、第一横臂1022的物理长度L1022和第一竖臂1023的物理长度L1023之和，即L102等于2(L1+L1022+L1023)。
其中，第一谐振电路1002的物理长度为L1，等效电长度为L0，且结构与第一导体臂102的第一横臂1022、第一竖臂1023相同的金属导体的物理长度为L2。
也就是说，第一导体臂102全部采用金属导体时，在保持总电长度不变的情况下，L102等于2(L2+L1022+L1023)，其中，L1＜L2。
由此，将第一辐射器做成U型结构，可以进一步减小天线对竖直空间的占用。并且，通过在第一导体臂102的第一竖臂1023上设置第一谐振电路1002，在保持总电长度不变的情况下，第一导体臂102的第一竖臂1023的物理长度，也即第一导体臂102在Z轴方向的尺寸至少可以减小2(L2-L1)的长度，进而可以降低该双频天线在竖直方向的尺寸。
在本申请另一种实现方式中，如图5D所示，所述第一导体臂102还包括：与所述第一竖臂1023另一端连接的第二横臂1024。
本申请实施例对该第二横臂1024的结构不做限制。本实施例中，所述第二横臂1024与X轴平行，所述第二横臂1024由所述U型结构的第一导体臂102的端部向远离所述馈电端口1001的方向延伸。
由此，通过设置第二横臂1024，增大了第一导体臂102在X轴方向的尺寸，可以降低该第一导体臂102在Z轴方向的尺寸，进而可以减小天线竖直方向的尺寸，有利于设备的小型化。
所述第二横臂1024上例如设有所述第一谐振电路1002。由此，该双频天线为垂直极化天线时，在横臂上设置谐振电路，可以减小横臂尺寸，减小水平极化分量，避免和水平极化天线产生干涉，提高了极化纯度。
图11为图4中的双频天线的隔离度随频率变化的仿真曲线图。其中，线1为图4所示的双频天线的隔离度随频率变化的曲线图。线2为图1A所示的双频天线的隔离度随频率变化的曲线图。其中，图4中的双频天线的隔离度高于图1A所示的双频天线的隔离度。
本实施例提供的双频天线例如为垂直极化天线，通过在第一导体臂上设置第一谐振电路，增加了第一导体臂的电长度，在保持总电长度不变的情况下，可以降低第一导体臂在Z轴方向的高度，进而降低该双频天线的总高度，不增加第一辐射器的横臂长度，或在横臂上设置第一谐振电路，可以避免横臂与水平极化阵子产生强耦合，提高了该双极化天线的隔离度，进而提高了极化纯度。
如图5E所示，所述第一导体臂102的第一横臂1022上设有1个或1个以上第一振子臂10221。所述第一阵子臂与所述接地板之间设有缝隙。
所述第二导体臂103上设有1个或1个以上与X轴平行的第二振子臂1031。
所述第一导体臂102的第一竖臂1023与所述第二导体臂相对的位置设有1个或1个以上第三振子臂10232。其中，所述第二振子臂和所述第三振子臂交错设置。
此外，如图5F所示，第一导体臂102的第一竖臂1023上设有1个或1个以上弯折结构10231。
本申请实施例对该弯折结构10231的具体结构不做限制，该弯折结构10231的弯折形状包括但不限于矩形波形。本实施例中，该弯折结构10231为2个，分别设置在第一导体臂102的两个第一竖臂1023上，且沿X轴方向向第一导体臂102的内侧弯折。
在本申请其他实施例中，该弯折结构10231可以X轴方向向第一导体臂102的外侧弯折。
由此，通过设置弯折结构10231，可以增大第一导体臂102在X轴方向的尺寸，进而增大该第一导体臂102的电长度，在保持总电长度不变的情况下，可以降低该第一导体臂102在Z轴方向的尺寸，进而可以降低该双频天线的尺寸，有利于设备的小型化。
本申请实施例对第一谐振电路1002的具体结构不做限制。在本申请一种实现方式中，介质板200包括相对的第一安装面相对和第二安装面。第一振子臂102和第二振子臂103例如设置在第一安装面上。第一谐振电路1002中第一容性件10和第一感性件20例如分别设置在介质板200的第一安装面和第二安装面上。
如图6所示，本实施例中，第一感性件20与第一容性件10相对设置，且与第一容性件10之间存在间隙。第一感性件20与第一容性件10沿X轴方向的尺寸相同。第一感性件20与第一容性件10正对设置，即第一感性件20在介质板200第二安装面上的投影恰好覆盖第一容性件10，也即第一容性件10在介质板200第一安装面上的投影恰好覆盖第一感性件20，以进一步减小第一谐振电路1002沿Z轴方向的尺寸，即减小第一谐振电路1002的纵向尺寸，进而减小第一辐射器的纵向尺寸，提高双频天线02的结构紧凑度。
其中，第一容性件10例如包括两个间隔设置的金属块21和位于两个金属块21之间的第二缝隙22。具体的，两个金属块21的长度方向与X轴方向平行，第二缝隙22为沿Z轴方向延伸的直线缝隙，以减小第一容性件10沿Z轴方向的尺寸，减小第一谐振电路1002沿Z轴方向的尺寸，进而减小沿Z轴方向的尺寸。如图7A-图7E所示，第一容性件10可以包括三个以上的金属块21和这些金属块21之间的第二缝隙22，第二缝隙22的形状包括且不限于直线、折线或曲线等形状。
第一感性件20包括波形金属线。本实施例中，第一感性件20的长度方向与X轴方向平行，以减小第一感性件20沿Z轴方向的尺寸，减小第一谐振电路1002沿Z轴方向的尺寸，进而减小沿Z轴方向的尺寸。其中，如图8A-图8D所示，第一感性件20所包括金属线的波形包括且不限于矩形波形或正弦波形等任意波形。在其他实施例中，所述第一感性件20和所述第一容性件10也可以不正对设置，本申请对两者的位置关系不作具体限定，只要所述第一感性件20与所述第一容性件10并联即可。
第一谐振电路1002还包括用于连接第一感性件20和第一容性件10的第一连接件31和第二连接件32。其中，第一连接件31连接在第一容性件10的一个金属块21和第一感性件20的一端，第二连接件31连接在第一容性件10的另一个金属块21和第一感性件20的另一端。在其他实施例中，所述第一连接件也可以为两个以上，两个以上所述第一连接件分别连接在所述第一容性件10和所述第一感性件20的两端，以使所述第一容性件10和所述第一感性件20并联，本申请对所述第一连接件的数量不作具体限定。
本申请实施例对第一连接件和第二连接件的材质不做限制。在本申请一种实现方式中，第一连接件和第二连接件的材料为金属。在其他实施方式中，第一连接件和第二连接件的材料也可以为其他导电材料，当然，第一连接件和第二连接件也可以为导电线等具有导电功能的结构，只要能使所述第一容性件10和所述第一感性件20并联即可，本申请对此不作具体限定。
本申请实施例对该第一谐振电路1002的材质和工艺不做限制。在本申请一种实现方式中，第一谐振电路1002可与第一导体臂102采用相同的材料在同一工艺下形成，不需要采用额外的工艺形成第一谐振电路1002，节省了双频天线的生产成本。
并且，第一谐振电路1002为位于第一导体臂102的第一谐振电路1002内的物理结构，不需要额外采用焊接的工艺装配于第一导体臂102上，有效避免了焊接等工序所产生的寄生效应。
在其他实施例中，所述第一谐振电路1002也可以由电子元器件连接组成。比如所述第一容性件10可以为电容器等起到电容作用的电子元器件，所述第一感性件20可以为电感器等能起到电感作用的电子元器件。只要使得物理长度相同的所述第一谐振电路1002的等效电长度大于第一导体臂102的等效电长度即可。
本申请实施例对所述第一谐振电路1002的数量和位置不做限制，即可以将所述第二导体臂103断开形成间隔设置的两段或者断开形成间隔设置的多段。
每相邻两段第二导体臂103的第一谐振电路1002内均串接有相同或不相同的LC并联谐振电路，即不同的缝隙中串接的并联谐振电路的L/C值可以相同也可以不相同，在本申请实例中并不作限定，具体取值根据不同天线设计要求即不同电长度做相应变化。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种双频天线，其特征在于，包括：
第一辐射器，包括：与馈电端口连接的第一导体臂，所述第一辐射器的工作频段为第一频段；
第二辐射器，包括：所述第一导体臂、与所述馈电端口分离的第二导体臂，以及第一缝隙，所述第一缝隙包括：位于所述第一导体臂和所述第二导体臂之间的第二缝隙，所述第二导体臂接地，所述第二辐射器的工作频段为第二频段。
2.根据权利要求1所述的双频天线，其特征在于，还包括：接地板；
所述第二导体臂与所述接地板电连接；
所述第一频段的波长为λ1，所述第一导体臂的等效电长度为D1，D1满足：
Figure FDA0002317757540000011
所述第二频段的波长为λ2，所述第一缝隙的等效电长度为D2，D2满足：
Figure FDA0002317757540000012
其中，A1、A2为误差阈值。
3.根据权利要求2所述的双频天线，其特征在于，所述第二频段的最小频率大于所述第一频段的最大频率，所述第一导体臂上设有第一谐振电路，所述第一谐振电路包括并联的第一容性件和第一感性件；
所述第一谐振电路的工作频率在所述第一频段外；
所述第一谐振电路的等效电长度为D3，所述第一谐振电路的物理长度为M1，等效电长度为D3的第一导体臂的物理长度为M2，M1＜M2。
4.根据权利要求3所述的双频天线，其特征在于，所述第一谐振电路的谐振频率位于所述第二频段内，所述第一导体臂的电长度D1满足：
Figure FDA0002317757540000013
5.根据权利要求3或4所述的双频天线，其特征在于，所述第一导体臂包括：与所述接地板垂直，并与所述馈电端口电连接的第一竖臂，所述第一竖臂上设置有所述第一谐振电路。
6.根据权利要求5所述的双频天线，其特征在于，所述第一导体臂还包括：与所述接地板垂直的第二竖臂、以及与所述接地板平行的第一横臂，所述第一横臂与所述馈电端口电连接，所述第一竖臂和所述第二竖臂分别设置在所述第一横臂两端，所述第二竖臂上设置有所述第一谐振电路，其中，所述第一缝隙还包括：位于所述第一横臂与所述接地板之间的第三缝隙。
7.根据权利要求5或6所述的双频天线，其特征在于，所述第一导体臂还包括：与所述接地板平行的第二横臂，所述第二横臂一端与所述第一竖臂连接，另一端向远离所述馈电端口的方向延伸，所述第二横臂上设置有所述第一谐振电路。
8.根据权利要求5-7任一项所述的双频天线，其特征在于，所述第一竖臂上设有向馈电端口方向弯折的弯折结构。
9.根据权利要求5-8任一项所述的双频天线，其特征在于，所述第二导体臂至少包括：与所述接地板垂直的第三竖臂，所述第三竖臂位于所述第一竖臂背离所述馈电端口的一侧，其中，所述第一竖臂与所述第三竖臂之间有所述第二缝隙。
10.根据权利要求3-9任一项所述的双频天线，其特征在于，所述第一容性件和所述第一感性件的第一端通过第一连接件连接，所述第一容性件和所述第一感性件的第二端通过第二连接件连接，以使第一容性件和第一感性件通过所述第一连接件和所述第二连接件并联。
11.根据权利要求3-10任一项所述的双频天线，其特征在于，所述第一容性件包括相对设置的金属块和位于所述金属块之间的第二缝隙，所述第二缝隙的形状包括：直线、折线或曲线。
12.根据权利要求3-11任一项所述的双频天线，其特征在于，所述第一感性件包括波形金属线，所述波形的形状包括：矩形波、锯齿波或正弦波。
13.一种通讯设备，其特征在于，包括射频模块和如权利要求1-12任一项所述的双频天线，所述射频模块与所述双频天线的第一辐射器电连接。
14.根据权利要求13所述的通讯设备，其特征在于，所述双频天线为垂直极化天线，所述通讯设备还包括：水平极化天线。
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