CN113708052A - 一种四臂螺旋天线及终端设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种四臂螺旋天线及终端设备。该四臂螺旋天线包括：介质基板，包括相对设置的第一表面和第二表面；第一表面设置有馈电网络，第二表面设置有接地层；四个倒F天线，每个倒F天线均采用金属材料制成，每个倒F天线均包括天线臂，及与天线臂连接且垂直设置的馈电引脚和短路匹配引脚，每个倒F天线的馈电引脚均用于连接所述馈电网络，每个倒F天线的短路匹配引脚均用于连接所述接地层。在本申请实施例中，通过金属材料的倒F天线可以将天线的辐射体和馈电体合二为一，该方式不仅加强了倒F天线的强度，且每个倒F天线仅需两个焊点(馈电引脚和短路匹配引脚)来与介质基板焊接，避免了传统PCB四臂螺旋天线多焊接点造成的焊接失配问题。

Description

一种四臂螺旋天线及终端设备
技术领域
本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种四臂螺旋天线及终端设备。
背景技术
圆极化天线在作为接收天线时，可以接收任意方向的线极化波，在作为发射天线时，可以使得任一方向上的线极化天线接收到相同的电平信号，避免了线极化天线与线极化天线垂直时收不到信号的意外状况，因此圆极化天线被广泛应用于RFID(RadioFrequency Identification，射频识别)、卫星通信及GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位领域。作为圆极化天线之一的四臂螺旋天线具备良好的方向图和增益特性，因此近年来也在相关领域有了广泛的推广与应用。
在实际应用中，大部分四臂螺旋天线采用的是价格昂贵的陶瓷天线或PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板的四臂螺旋天线，其成本不但较高，且由于介质的损耗，天线性能也会降低，而且结构复杂不易量产。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种四臂螺旋天线及终端设备，以提供一种成本较低、高性能、易量产的四臂螺旋天线。
本发明是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种四臂螺旋天线包括：介质基板，包括相对设置的第一表面和第二表面；所述第一表面设置有馈电网络，所述第二表面设置有接地层；四个倒F天线，每个所述倒F天线均采用金属材料制成，每个所述倒F天线均包括天线臂，及与所述天线臂连接且垂直设置的馈电引脚和短路匹配引脚，每个所述倒F天线的馈电引脚均用于连接所述馈电网络，每个所述倒F天线的短路匹配引脚均用于连接所述接地层。
在本申请实施例中，通过金属材料的倒F天线可以将天线的辐射体和馈电体合二为一，该方式不仅加强了倒F天线的强度，且每个倒F天线仅需两个焊点(馈电引脚和短路匹配引脚)来与介质基板焊接，避免了传统PCB四臂螺旋天线多焊接点造成的焊接失配问题。再者，一体化辐射体与馈电体的金属材料的倒F天线，不仅降低了材料成本，也减少了加工的复杂度，有利于批量生产。此外，整个天线馈电体与天线臂之间的介质为空气。通过该方式降低了天线辐射能量的损耗程度，进而实现了天线的高效率，高增益。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，每个所述天线臂的中部设置为弯折结构。
在本申请实施例中，通过使天线臂具有弯折结构，在天线臂整体长度一定的条件下，可以减小整个天线臂的延伸长度，进而可以缩小四臂螺旋天线的整体尺寸。此外，通过改变天线臂的弯折结构的弯折程度可以适配天线不同的频点和工作频段。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，四个所述倒F天线首尾依次相邻，且呈中心对称设置于所述介质基板上。
在本申请实施例中，通过上述倒F天线的均匀分布方式，进一步地提高了四臂螺旋天线整体的稳定性。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，相对的所述倒F天线之间的间距为0.16～0.2波长。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述馈电网络为不闭合的方形微带结构；所述馈电网络包括依次连接的主信号口，第一馈电口、第二馈电口、第三馈电口及第四馈电口；相应的，四个所述倒F天线分别为第一倒F天线、第二倒F天线、第三倒F天线及第四倒F天线；所述第一倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第一馈电口连接，所述第二倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第二馈电口连接，所述第三倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第三馈电口连接，所述第四倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第四馈电口连接。
在本申请实施例中，馈电网络为不闭合的方形微带结构的顺序馈电网络，与传统的威尔金森功分器相比，其减少了馈电功率损耗，更有利于天线实现良好的辐射特性。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述介质基板为PCB板，所述馈电网络为覆铜微带结构，所述接地层为覆铜层。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第一馈电口、所述第二馈电口、所述第三馈电口及所述第四馈电口的相位依次相差90度，所述第一馈电口、所述第二馈电口、所述第三馈电口及所述第四馈电口的端口功率比为1:1:1:1。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述介质基板还设置有四个接地口，每个所述接地口与一个馈电口对应，四个所述倒F天线通过各自的短路匹配引脚与一个所述接地口连接。
在本申请实施例中，在每个馈电口的设置位置处增设一个接地口，以方便倒F天线的馈电引脚和短路匹配引脚这两个引脚的统一连接。
结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述介质基板上还设置有四个绝缘支撑柱；相应的，每个所述倒F天线的中部还设置有天线固定孔，每个所述倒F天线的天线固定孔均用于与各自对应的所述绝缘支撑柱进行固定。
在本申请实施例中，通过四个绝缘支撑柱，以便于对倒F天线进行固定，进而提高四臂螺旋天线的稳定性。
第二方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括：本体以及设置在本体上如上述实施例所提供的四臂螺旋天线。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种四臂螺旋天线的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种倒F天线的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种介质基板的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的另一种四臂螺旋天线的结构示意图。
图5为本申请实施例提供的一种四臂螺旋天线的爆炸图。
图标：100-四臂螺旋天线；10-介质基板；11-馈电网络；110-主信号口；111-第一馈电口；112-第二馈电口；113-第三馈电口；114-第四馈电口；12-接地口；13-支撑柱固定孔；20-倒F天线；21-天线臂；22-馈电引脚；23-短路匹配引脚；24-第一倒F天线；25-第二倒F天线；26-第三倒F天线；27-第四倒F天线；28-天线固定孔；30-绝缘支撑柱；40-第一螺钉；50-第二螺钉。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
请参阅图1，本申请实施例提供一种四臂螺旋天线100，包括介质基板10及四个倒F天线20。
介质基板10包括相对设置的第一表面和第二表面。第一表面设置有馈电网络11，第二表面设置有接地层(即介质基板10为第二表面为四臂螺旋天线100的地)。图1中示出的为介质基板10的第一表面，未示出的介质基板10的背面即为介质基板10的第二表面。
每个倒F天线20均采用金属材料制成。其中，金属材料包括但不限于铜、铝和银。
请参阅图2，每个倒F天线20均包括天线臂21，与天线臂21连接且垂直设置的馈电引脚22和短路匹配引脚23，每个倒F天线20的馈电引脚均用于连接馈电网络11，每个倒F天线的短路匹配引脚23均用于连接接地层。
通过金属材质的倒F天线20可以将天线的辐射体和馈电体合二为一，该方式不仅加强了倒F天线20的强度，且每个倒F天线20仅需两个焊点(馈电引脚22和短路匹配引脚23)来与介质基板10焊接，避免了传统PCB四臂螺旋天线多焊接点造成的焊接失配问题。再者，一体化辐射体与馈电体的金属材料的倒F天线20，不仅降低了材料成本，也减少了加工的复杂度，有利于批量生产。此外，整个天线馈电体与天线臂21之间的介质为空气。通过该方式降低了天线辐射能量的损耗程度，进而实现了天线的高效率，高增益。
下面对倒F天线20的结构进行说明，请继续参阅图2，可选地，每个倒F天线20的天线臂21的中部设置为弯折结构。
作为一种实施方式，天线臂21的中部可以朝向介质基板10的中心进行弯折，如图1所示，每个天线臂21的中部的弯折方向均朝向介质基板10的中心。
作为另一种实施方式，天线臂21的中部可以朝远离介质基板10的中心的方向进行弯折。对此，本申请不作限定。
在本申请实施例中，通过使天线臂21具有弯折结构，在天线臂21整体长度一定的条件下，可以减小整个天线臂21的延伸长度，进而可以缩小四臂螺旋天线100的整体尺寸。并且通过改变天线臂21的弯折结构的弯折程度可以适配天线不同的频点和工作频段。
在其他实施例中，还可以是天线臂21上远离馈电引脚22和短路匹配引脚23的一端呈弯折结构，或者天线臂21上的任意位置处呈弯折结构，本申请不作限定。
此外，通过改变倒F天线20的馈电引脚22和短路匹配引脚23的宽度还可以是实现对天线阻抗的调整。
请继续参考图1，在倒F天线20的分布上，四个倒F天线20首尾依次相邻，且呈中心对称设置于介质基板10上。
也即，四个倒F天线20首尾依次相邻进而围成一个正方形，四个倒F天线20各占介质基板10的第一表面的一条边上。为了便于理解，以倒F天线20的天线臂21上远离馈电引脚22和短路匹配引脚23的一端作为倒F天线20的首部，而以倒F天线20的天线臂21上与馈电引脚22和短路匹配引脚23连接的一端作为倒F天线20的尾部，进而将四个倒F天线20首尾依次相邻。通过上述倒F天线20的均匀分布方式，进一步地提高了四臂螺旋天线100整体的稳定性。
于本申请实施例中，相对的倒F天线20之间的间距为0.16～0.2波长。比如，相对的倒F天线20之间的间距可以为0.18波长。
下面对介质基板10的结构进行说明的，请参阅图3，可选地，介质基板10上的馈电网络11为不闭合的方形微带结构。馈电网络11包括依次连接的主信号口110、第一馈电口111、第二馈电口112、第三馈电口113及第四馈电口114。第一馈电口111、第二馈电口112、第三馈电口113及第四馈电口114分布于所述介质基板10的第一表面的四个顶角。
信号可从主信号口110依次传输至第一馈电口111、第二馈电口112、第三馈电口113及第四馈电口114。主信号口110、第一馈电口111、第二馈电口112、第三馈电口113及第四馈电口114通过馈电网络11的线路连通。
请参阅图4，为了便于阐述连接关系，四个倒F天线20分别为第一倒F天线24、第二倒F天线25、第三倒F天线26及第四倒F天线27。
第一倒F天线24通过自身的馈电引脚22与第一馈电口111连接，第二倒F天线25通过自身的馈电引脚22与第二馈电口112连接，第三倒F天线26通过自身的馈电引脚22与第三馈电口113连接，第四倒F天线27通过自身的馈电引脚22与第四馈电口114连接。
在本申请实施例中，馈电网络11为不闭合的方形微带结构的顺序馈电网络，与传统的威尔金森功分器相比，其减少了馈电功率损耗，更有利于天线实现良好的辐射特性。
可选地，第一馈电口111、第二馈电口112、第三馈电口113及第四馈电口114的相位依次相差90度。第一馈电口111、第二馈电口112、第三馈电口113及第四馈电口114的端口功率比为1:1:1:1。
请参阅图3及图4，可选地，介质基板10还设置有四个接地口12，每个接地口12与一个馈电口对应，四个倒F天线20通过各自的短路匹配引脚23与一个接地口12连接。
在本申请实施例中，在每个馈电口的设置位置处增设一个接地口12，以方便倒F天线20的馈电引脚22和短路匹配引脚23这两个引脚的统一连接。
在其他实施例中，接地口12还可以设置在第一表面的其他位置，此外，每个倒F天线20的短路匹配引脚23还可以直接翻折至介质基板10的第二表面，对此，本申请不作限定。
请参阅图1、图2及图5，为了便于固定倒F天线20，进而提高四臂螺旋天线100的稳定性，可选地，介质基板10上还设置有四个绝缘支撑柱30。
相应的，每个倒F天线20的中部还设置有天线固定孔28，每个倒F天线的天线固定孔28均用于与各自对应的绝缘支撑柱30进行固定。
作为一种实施方式，每个倒F天线的天线固定孔28可套设在各自对应的绝缘支撑柱30以实现固定。
作为另一种实施方式，每个绝缘支撑柱30的第一端还包括第一螺孔。相应的，该四臂螺旋天线100还包括第一螺钉40。第一螺钉40用于穿过倒F天线20的天线固定孔28及绝缘支撑柱30的第一螺孔以实现倒F天线20与介质基板10的固定。
上述的第一螺钉40的数量为四个。
在其他实施例中，每个倒F天线20的天线固定孔28还可以设置在每个倒F天线20的天线臂21上的远离馈电引脚22和短路匹配引脚23的一端。当然，每个倒F天线20的天线固定孔28还可以设置在每个倒F天线20的天线臂21上的任意位置，本申请不作限定。
作为一种绝缘支撑柱30与介质基板10的连接方式，绝缘支撑柱30可以直接粘接在介质基板10上以实现二者的固定。
作为另一种绝缘支撑柱30与介质基板10的连接方式，每个绝缘支撑柱30的第二端还包括第二螺孔。其中，每个绝缘支撑柱30的第一端与第二端为相对端。相应的，介质基板10上还包括支撑柱固定孔13，该四臂螺旋天线100还包括第二螺钉50。第二螺钉50用于穿过支撑柱固定孔13及绝缘支撑柱30的第二螺孔以实现绝缘支撑柱30与介质基板10的固定。
上述的第二螺钉50的数量为四个，支撑柱固定孔13的数量为四个。
在材料的选取上，于本申请实施例中，介质基板10为PCB板，馈电网络11为覆铜微带结构，接地层为覆铜层。
在其他实施例中，上述各个组成结构的材料也可以根据需求选择，本申请不作限定。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种终端设备包括：本体以及设置在本体上如上述实施例所提供的四臂螺旋天线。
上述的终端设备可以是，但不限于个人计算机(Personal Computer，PC)、智能手机、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移动上网设备(MobileInternet Device，MID)等。
可选地，终端设备包括处理器，在电路连接中，处理器与四臂螺旋天线的馈电网络11的主信号口110进行连接。
其中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。处理器也可以是通用处理器，例如，可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件。此外，通用处理器可以是微处理器或者任何常规处理器等。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“正面”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四臂螺旋天线，其特征在于，包括：
介质基板，包括相对设置的第一表面和第二表面；所述第一表面设置有馈电网络，所述第二表面设置有接地层；
四个倒F天线，每个所述倒F天线均采用金属材料制成，每个所述倒F天线均包括天线臂，及与所述天线臂连接且垂直设置的馈电引脚和短路匹配引脚，每个所述倒F天线的馈电引脚均用于连接所述馈电网络，每个所述倒F天线的短路匹配引脚均用于连接所述接地层。
2.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，每个所述天线臂的中部设置为弯折结构。
3.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，四个所述倒F天线首尾依次相邻，且呈中心对称设置于所述介质基板上。
4.根据权利要求3所述的四臂螺旋天线，其特征在于，相对的所述倒F天线之间的间距为0.16～0.2波长。
5.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述馈电网络为不闭合的方形微带结构；
所述馈电网络包括依次连接的主信号口，第一馈电口、第二馈电口、第三馈电口及第四馈电口；
相应的，四个所述倒F天线分别为第一倒F天线、第二倒F天线、第三倒F天线及第四倒F天线；所述第一倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第一馈电口连接，所述第二倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第二馈电口连接，所述第三倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第三馈电口连接，所述第四倒F天线通过自身的馈电引脚与所述第四馈电口连接。
6.根据权利要求5所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述介质基板为PCB板，所述馈电网络为覆铜微带结构，所述接地层为覆铜层。
7.根据权利要求5所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述第一馈电口、所述第二馈电口、所述第三馈电口及所述第四馈电口的相位依次相差90度，所述第一馈电口、所述第二馈电口、所述第三馈电口及所述第四馈电口的端口功率比为1:1:1:1。
8.根据权利要求5所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述介质基板还设置有四个接地口，每个所述接地口与一个馈电口对应，四个所述倒F天线通过各自的短路匹配引脚与一个所述接地口连接。
9.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述介质基板上还设置有四个绝缘支撑柱；相应的，每个所述倒F天线的中部还设置有天线固定孔，每个所述倒F天线的天线固定孔均用于与各自对应的所述绝缘支撑柱进行固定。
10.一种终端设备，其特征在于，包括：本体以及设置在本体上如权利要求1-9中任一项所述的四臂螺旋天线。
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