CN113363712B - 一种双脊喇叭天线及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种双脊喇叭天线及电子设备。双脊喇叭天线包括第一辐射振子、第二辐射振子以及阻抗变换巴伦；所述第一辐射振子包括第一部分和第一辐射部；所述第二辐射振子包括连接部和第二辐射部；所述阻抗变换巴伦包括依次连接并形成“U”型的所述第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分背离所述第三部分的一端连接所述第一辐射部，所述第三部分背离所述第二部分的一端与所述连接部连接，所述第一辐射部与所述第二辐射部沿相同方向延伸，所述第一辐射振子与所述第二辐射振子之间形成缝隙，信号从所述缝隙馈入。双脊喇叭天线及电子设备，实现保证天线有效工作带宽，消除阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流。

Description

一种双脊喇叭天线及电子设备
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种双脊喇叭天线及电子设备。
背景技术
目前，大部分无线电子产品采用的是偶极子拓扑结构的内置天线。一方面，偶极子天线的带宽通常只能达到15％，存在带宽不足，无法有效应用于超宽带通信系统的问题；另一方面，偶极子天线的阻抗变换巴伦结构虽然可以有效抑制高次模信号的电流干扰，极大提高天线的辐射效率，但是，由于偶极子天线有阻抗变换巴伦的结构存在，信号通道特性阻抗是50Ω，而偶极子天线特性阻抗是73Ω，其中阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流，并且，通常采用的垂直设置阻抗变换巴伦的方法会导致天线的整体尺寸偏大，限制了应用领域。因此，如何实现既保证天线有效工作带宽，又消除阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流是现在亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种双脊喇叭天线及电子设备，以解决，如何实现既保证天线有效工作带宽，又消除阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流是现在亟需解决的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种双脊喇叭天线，所述天线包括：第一辐射振子、第二辐射振子以及阻抗变换巴伦；所述第一辐射振子包括第一部分和第一辐射部；所述第二辐射振子包括与连接部和第二辐射部；所述阻抗变换巴伦包括依次连接并形成“U”型的所述第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分背离所述第三部分的一端连接所述第一辐射部，所述第三部分背离所述第二部分的一端与所述连接部连接，所述第一辐射部与所述第二辐射部沿相同方向延伸，所述第一辐射振子与所述第二辐射振子之间形成缝隙，信号从所述缝隙馈入。
在一种可选的实施方式中，所述第一辐射部与所述第一部分连接的一端的长度大于所述第一部分的长度。
在一种可选的实施方式中，所述连接部与所述第三部分连接的一端的长度大于所述第三部分与所述第二辐射振子连接的一端的长度。
在一种可选的实施方式中，所述第二辐射振子与所述第三部分连接的一端的长度大于所述第三部分背离所述第一部分的一端与所述第一部分背离所述第一辐射部的一端之间的距离，且小于所述第三部分背离所述第一部分的一端与所述第一部分连接所述第一辐射部的一端之间的距离。
在一种可选的实施方式中，所述阻抗变换巴伦形成的空腔的长度为所述天线的工作频率的中心点频率的1/4波长。
在一种可选的实施方式中，所述空腔的长度方向与所述第一辐射振子的顶点的距离或所述第二辐射振子的顶点的距离均为所述天线的最大谐振频率的1/4波长。
在一种可选的实施方式中，所述第二辐射振子的脊线长度大于所述天线的最低工作频率的1/2波长。
在一种可选的实施方式中，所述第一辐射振子的脊线包括第一直线段和第一曲线段，所述第二辐射振子的脊线包括第二直线段和第二曲线段，所述第一曲线段与所述第二曲线段对称设置。
在一种可选的实施方式中，所述天线还包括同轴射频线和屏蔽层，所述第一直线段连接所述同轴射频线的芯线，所述第二直线段连接所述屏蔽层。
第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括PCB板和如第一方面所述的双脊喇叭天线，所述双脊喇叭天线设置于所述PCB板。
本发明实施例提供了一种双脊喇叭天线，其中，双脊喇叭天线包括第一辐射振子、第二辐射振子以及阻抗变换巴伦；所述第一辐射振子包括第一部分和第一辐射部；所述第二辐射振子包括连接部和第二辐射部；所述阻抗变换巴伦包括依次连接并形成“U”型的所述第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分背离所述第三部分的一端连接所述第一辐射部，所述第三部分背离所述第二部分的一端与所述连接部连接，所述第一辐射部与所述第二辐射部沿相同方向延伸，所述第一辐射振子与所述第二辐射振子之间形成缝隙，信号从所述缝隙馈入。本发明实施例提供的双脊喇叭天线，实现保证天线有效工作带宽，消除阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例提供的一种双脊喇叭天线的结构示意框图；
图2示出了本发明实施例提供的一种双脊喇叭天线的优越驻波特性曲线。
主要元件符号说明：
10-双脊喇叭天线；100-第一辐射振子；110-第一辐射部；120-第一曲线段；130-第一直线段；200-第二辐射振子；210-第二辐射部；220-连接部；230-第二曲线段；240-第二直线段；300-阻抗变换巴伦；310-第一部分；320-第二部分；330-第三部分；400-空腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
双脊喇叭天线的奇模式的工作频率带宽可以轻易实现1.5*f0以上的有效带宽f0为天线的工作频率的中心频率点，该有效带宽的频率特性完全可以应用于一些宽频信号系统，例如LTE全频段通信，WIFI AX/6E通信等。但是，双脊波喇叭的馈入点常规设计是3D结构形式，信号馈入线穿透其中一个臂，形成空腔以保证阻抗不突变，但是在PCB上只能采用微带形式设计而无法形成阻抗连续的空腔结构，这样会导致阻抗的明显失配，失配后形成的高次模电流会激发出高频谐振涡流，降低传输效率并形成其他频率的谐振点。因此，如何实现既保证天线有效工作带宽，又消除阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流是现在亟需解决的问题。
实施例1
请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的一种双脊喇叭天线的结构示意框图。
所述双脊喇叭天线10包括：第一辐射振子100、第二辐射振子200以及阻抗变换巴伦300；所述第一辐射振子100包括第一部分310和第一辐射部110；所述第二辐射振子200包括第二辐射部210和连接部220；所述阻抗变换巴伦300包括依次连接并形成“U”型的第一部分310、第二部分320和第三部分330，所述第一部分310背离所述第三部分330的一端连接第一辐射部110，所述第三部分330背离所述第二部分320的一端与所述连接部220连接，所述第一辐射部110与所述第二辐射部210沿相同方向延伸，所述第一辐射振子100与所述第二辐射振子200之间形成缝隙，信号从所述缝隙馈入。
在本实施例中，所述天线通过采用双脊喇叭天线结构作为主辐射振子，保证天线的有效工作带宽；利用所述阻抗变换巴伦300的微带传导阻抗变换作用，将所述阻抗变换巴伦300作为高次模信号电流的消除结构，实现电流反相抵消，消除在辐射振子上的残余电流，有效稳定输入的信号电缆表皮的电流窜动，保证辐射信号频率处于宽频状态和高效率状态；所述阻抗变换巴伦300包括依次连接并形成“U”型的第一部分310、第二部分320和第三部分330，所述第一部分310背离所述第三部分330的一端连接有第一辐射部110，所述第一部分310与所述第一辐射部110形成所述第一辐射振子100，所述第三部分330背离所述第二部分320的一端与所述第二辐射振子200连接，有效降低天线的整体高度尺寸，提高实用性。
为了有效消除第一辐射振子100和第二辐射振子200上的高次模紊流，所述阻抗变换巴伦形成的空腔400的长度为所述天线的工作频率的中心点频率的1/4波长。
具体地，所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分合围形成空腔400，所述空腔400的长度如图1箭头所示。所述阻抗变换巴伦形成的空腔400的长度为所述天线的最低工作频率的0.245λ，λ＝C/f，其中，λ表示所述天线的最低工作频率的波长，C表示光速，f表示所述天线的最低工作频率。
由于所述空腔400的长度小于所述天线的工作频率的中心点频率的1/4波长，在一种可选的实施方式中，所述第一辐射部110与所述第一部分310连接的一端的长度大于所述第一部分310的长度。
在一种可选的实施方式中，所述连接部220与所述第三部分330连接的一端的长度大于所述第三部分330与所述第二辐射振子200连接的一端的长度。
在一种可选的实施方式中，所述第二辐射振子200与所述第三部分330连接的一端的长度大于所述第三部分330背离所述第一部分310的一端与所述第一部分310背离所述第一辐射部110的一端之间的距离，且小于所述第三部分330背离所述第一部分310的一端与所述第一部分310连接所述第一辐射部110的一端之间的距离。
在本实施例中，所述第一辐射振子100、所述阻抗变换巴伦300和所述第二辐射振子200三者之间形成缝隙，缝隙与所述空腔400连通，使得整个空腔400进一步延伸，从而实现空腔400的长度等于所述天线的工作频率的中心点频率的1/4波长。
为了确保所述阻抗变换巴伦300的阻抗变化在接受范围的最大值，所述第一辐射部与所述第一部分连接的一端与所述连接部的距离为1mm。
为了防止所述阻抗变换巴伦300与辐射信号相互干扰，所述空腔400的长度方向与所述第一辐射振子100的顶点的距离或所述第二辐射振子200的顶点的距离均为所述天线的最大谐振频率的1/4波长。
在一种可选的实施方式中，所述第二辐射振子200的脊线长度大于所述天线的最低工作频率的1/2波长。
在一种可选的实施方式中，所述第一辐射振子100的脊线包括第一直线段130和第一曲线段120，所述第二辐射振子200的脊线包括第二直线段240和第二曲线段230，所述第一曲线段120与所述第二曲线段230对称设置。
具体地，双脊对应的频率的波长通过预设方程得到；
所述预设方程为：
其中，表示突变面的归一化电纳，Y′0表示输出电纳，Y0表示是负载电纳，/>表示天线波长对应相位的正切角，s表示双脊的间距，a表示双脊的外边缘间距，λc为双脊对应的频率的波长。所述归一化电纳/>由一般矩形波导跳变引起的电纳求解出。λc跟随频率从低到高逐渐反比例变长。天线馈电点附近的双脊间距对应于所述天线工作频率的最高点，天线最高点的双脊间距对应于所述天线工作频率的最低点。
进一步地，所述第一曲线段120和第二曲线段230的长度均通过预设公式得到；
所述预设公式为：Y＝Aekz+Cz；
其中，Y表示脊曲线段的长度，e表示自然对数，z表示信号馈入点到脊线最高点的垂直高度，A表示两脊的间距的二分之一，系数k和C由脊曲线的中点和口径面处脊终点的坐标确定。
在本实施例中，通过所述预设方程，求出双脊对应的频率的波长λc，进而确定双脊喇叭的中点坐标，结合脊曲线的中点、口径面处脊终点的坐标以及所述预设公式确定脊曲线的长度。
在一种可选的实施方式中，所述天线还包括同轴射频线(图未示)和屏蔽层(图未示)，所述第一直线段连接所述同轴射频线的芯线，所述第二直线段连接所述屏蔽层。
优选地，所述同轴射频线的特征阻抗值为50Ω或者75Ω，所述天线的双脊的脊间距按照特性阻抗与同轴射频线的同样阻抗匹配设计。
请参照图2，图2示出了本发明实施例提供的一种双脊喇叭天线的优越驻波特性曲线。图中S11表示现有技术中天线的驻波特性曲线，图中S33表示本发明实施例提供的双脊喇叭天线的驻波特性曲线，图中横坐标以-10为最高点，反射系数必须小于-10，在-10坐标线以下的频率范围越宽，说明天线的有效频率范围越大，性能越优越。由图2可知，S11的工作频率范围为5.25-5.97GHz，有用频率范围大小为0.72GHz，S33的工作频率范围为5.14-6.17GHz，有用频率范围大小为1.03GHz，S33的有用频率范围大小明显超过S11的有用频率范围大小。因此，本发明实施例提供的双脊喇叭天线能够保证天线有效工作带宽。
本发明实施例提供了一种双脊喇叭天线，双脊喇叭天线包括第一辐射振子、第二辐射振子以及阻抗变换巴伦；所述第一辐射振子包括第一部分和第一辐射部；所述第二辐射振子包括连接部和第二辐射部；所述阻抗变换巴伦包括依次连接并形成“U”型的所述第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分背离所述第三部分的一端连接所述第一辐射部，所述第三部分背离所述第二部分的一端与所述连接部连接，所述第一辐射部与所述第二辐射部沿相同方向延伸，所述第一辐射振子与所述第二辐射振子之间形成缝隙，信号从所述缝隙馈入。本发明实施例提供的双脊喇叭天线，实现保证天线有效工作带宽，消除阻抗的不匹配导致的高次模激励产生的电流。
实施例2
本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括PCB板和如上述实施例1所述的双脊喇叭天线，所述双脊天线设置于所述PCB板。
具体地，所述天线主要采用PCB加工工艺实现生产，所述双脊天线设置于所述PCB板的安装方式为插件、贴装，或者采用五金冲压成型的工艺实现结构，或者与使用所述天线的整机电路的PCB板合并为整体主板，提高整个电子设备的便携性和使用方便性，降低成本。
本发明实施例提供的电子设备，与上述实施例1提供的双脊喇叭天线具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双脊喇叭天线，其特征在于，包括：第一辐射振子、第二辐射振子以及阻抗变换巴伦；所述第一辐射振子包括第一部分和第一辐射部；所述第二辐射振子包括连接部和第二辐射部；所述阻抗变换巴伦包括依次连接并形成“U”型的所述第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分背离所述第三部分的一端连接所述第一辐射部，所述第三部分背离所述第二部分的一端与所述连接部连接，所述第一辐射部与所述第二辐射部沿相同方向延伸，所述第一辐射振子与所述第二辐射振子之间形成缝隙，信号从所述缝隙馈入；所述第一辐射部与所述第二辐射部非对称设置；
所述第一辐射振子的脊线包括第一直线段和第一曲线段，所述第二辐射振子的脊线包括第二直线段和第二曲线段，所述第一曲线段与所述第二曲线段对称设置；所述天线还包括同轴射频线和屏蔽层，所述第一直线段连接所述同轴射频线的芯线，所述第二直线段连接所述屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射部与所述第一部分连接的一端的长度大于所述第一部分的长度。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述连接部与所述第三部分连接的一端的长度大于所述第三部分与所述第二辐射振子连接的一端的长度。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二辐射振子与所述第三部分连接的一端的长度大于所述第三部分背离所述第一部分的一端与所述第一部分背离所述第一辐射部的一端之间的距离，且小于所述第三部分背离所述第一部分的一端与所述第一部分连接所述第一辐射部的一端之间的距离。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述阻抗变换巴伦形成的空腔的长度为所述天线的工作频率的中心点频率的1/4波长。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二辐射振子的脊线长度大于所述天线的最低工作频率的1/2波长。
7.一种电子设备，其特征在于，包括PCB板和如权利要求1-6任一项所述的双脊喇叭天线，所述双脊喇叭天线设置于所述PCB板。
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