CN114050409A - 一种uwb天线及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种UWB天线,该天线包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部及第五辐射部,第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部及第五辐射部形成loop结构,一方面,实现了较宽的天线带宽,信道较多,大大减小了网络拥堵现象,另一方面,天线尺寸小,隔离度好;此外,UWB天线可以采用跳时扩频信号,从而使得UWB天线的抗干扰性更强,使得设备在室内也能够进行精准定位。本发明还公开了一种设备,具有与上述UWB天线相同的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及领域,特别是涉及一种UWB天线及设备。
背景技术
越来越多的设备例如机器人中设置有天线,以用来定位或者与其他设备进行通信。这些设备中的天线通常工作在WiFi频段或者GPS频段,但WiFi频段或者GPS频段的带宽通常比较窄。以WiFi频段为例,WiFi工作在2.4GHz频段,其带宽大约不到100MHz,从而使得信道相对较少,且在万物互联时代,所有的移动设备都要接入AP(Wireless Access Point,无线访问接入点),会导致占用带宽,容易造成网络拥堵,进而出现设备的网络传输速度变慢的现象。此外,在室内时,WiFi信号也容易受到建筑物例如水泥等材料的影响,抗干扰性较差,使用WiFi进行定位往往达不到精准定位,降低了用户体验。
发明内容
本发明的目的是提供一种UWB天线及设备,一方面,实现了较宽的天线带宽,信道较多,大大减小了网络拥堵现象,另一方面,天线尺寸小,隔离度好;此外,UWB天线可以采用跳时扩频信号,从而使得UWB天线的抗干扰性更强,使得设备在室内也能够进行精准定位。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种UWB天线,包括主辐射体,所述主辐射体包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部和第五辐射部,所述第二辐射部、所述第三辐射部和所述第四辐射部依次连接形成第一U型结构,所述第一辐射部和所述第五辐射部设置于所述第一U型结构的开口处且位于所述第二辐射部和所述第四辐射部之间,所述第一辐射部的另一端设置有馈电部,所述第五辐射部的另一端设置有地馈部。
优选地,所述主辐射体为金属镀层。
优选地,还包括设置于所述第一U型结构的内部且与所述第三辐射部连接的共振辐射体,用于产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
优选地,所述共振辐射体包括设置于所述第一U型结构内的一型辐射部;
所述一型辐射部的一端与所述第三辐射体连接,用于产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的第一电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
优选地,所述共振辐射体还包括设置于所述第一U型结构内的L型辐射部;
所述L型辐射部的一端与所述一型辐射部的另一端连接,所述L型辐射部和所述一型辐射部形成第二U型结构,用于与所述一型辐射部配合产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的第二电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
优选地,所述共振辐射体还包括设置于所述第一U型结构内的U型辐射部;
所述U型辐射部的一端与所述L型辐射部的另一端连接,所述U型辐射部的开口朝向所述一型辐射部,用于与所述一型辐射部及所述L型辐射部配合产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的第三电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
为解决上述技术问题,本发明还提供了一种设备,包括如上述所述的UWB天线。
优选地,所述UWB天线贴合于所述设备的壳体内表面。
优选地,所述UVB天线的数量为M+N,M+N个所述UVB天线构成M*NMIMO天线,M和N均为正整数。
优选地,所述UVB天线的数量为4,4个所述UVB天线构成2*2MIMO天线,所述设备的主板的相对的两侧分别设置有2个所述UVB天线且位于该侧所述主板的两端。
本发明提供了一种UWB天线,该天线包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部及第五辐射部,第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部及第五辐射部形成loop结构,一方面,实现了较宽的天线带宽,信道较多,大大减小了网络拥堵现象,另一方面,天线尺寸小,隔离度好;此外,UWB天线可以采用跳时扩频信号,从而使得UWB天线的抗干扰性更强,使得设备在室内也能够进行精准定位。本发明还提供了一种设备,具有与上述UWB天线相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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的附图。
图1为本发明提供了一种UWB天线的结构示意图;
图2位本发明提供的另一种UWB天线的结构示意图;
图3位本发明提供的一种设备的结构示意图;
图4为本发明提供的第一UWB天线的回波损耗示意图;
图5为本发明提供的第二UWB天线的回波损耗示意图;
图6为本发明提供的第三UWB天线的回波损耗示意图;
图7为本发明提供的第四UWB天线的回波损耗示意图;
图8为本发明提供的第一UWB天线的效率示意图;
图9为本发明提供的第二UWB天线的效率示意图;
图10为本发明提供的第三UWB天线的效率示意图;
图11为本发明提供的第四UWB天线的效率示意图;
图12为本发明提供一种第一UWB天线,第二UWB天线,第三UWB天线,第四UWB天线之间的隔离度示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种UWB天线及设备,一方面,实现了较宽的天线带宽,信道较多,大大减小了网络拥堵现象,另一方面,天线尺寸小;此外,UWB天线可以采用跳时扩频信号,从而使得UWB天线的抗干扰性更强,使得设备在室内也能够进行精准定位。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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做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。
请参照图1,图1为本发明提供了一种UWB天线的结构示意图。
该UWB(Ultra Wide Band,超宽带)天线包括主辐射体,主辐射体包括第一辐射部11、第二辐射部12、第三辐射部13、第四辐射部14和第五辐射部15,第二辐射部12、第三辐射部13和第四辐射部14依次连接形成第一U型结构,第一辐射部11和第五辐射部15设置于第一U型结构的开口处且位于第二辐射部12和第四辐射部14之间,第一辐射部11的另一端设置有馈电部16,第五辐射部15的另一端设置有地馈部17。
为解决现有技术中的天线抗干扰性差导致的定位不准的问题及工作频段窄导致的设备的网络传输速度慢的问题,本申请提供了一种UWB天线,该UWB天线包括主辐射体,主辐射体由第一辐射部11、第二辐射部12、第三辐射部13、第四辐射部14和第五辐射部15构成,第一辐射部11、第二辐射部12、第三辐射部13、第四辐射部14和第五辐射部15构成了loop结构,主辐射体谐振,实现了较宽的天线带宽,工作在6GHz~9GHz,可以覆盖3GHz带宽,大约是WiFi的2.4G频段的工作带宽的30倍,可大大减小网络拥堵现象,而且由于UWB天线可以采用跳时扩频信号,设备具有较大的处理增益,在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中,输出功率甚至低于普通设备产生的噪声;接收时将信号能量还原出来,在解扩过程中产生扩频增益。在同等码速条件下,UWB天线具有更强的抗干扰性从而可以进行室内精准定位。
此外,由于主辐射体为loop结构,UWB天线的馈电部16与PCB主板的馈线连接,UWB天线的地馈部17与PCB主板的地连接,PCB主板输出的馈电流从馈电部16出去沿第一辐射部11、第二辐射部12、第三辐射部13、第四辐射部14和第五辐射部15回到接地部,最后回到PCB主板,整个的电流传播形成一个回路,对其他天线产生的影响很小,隔离度好。
进一步地,该UWB天线采用内置微带天线设计,只需波长的1/4,从而实现了天线的小尺寸。
还需要说明的是,第一U型结构的拐角可以但不仅限为直角,第一辐射部11可以垂直于第二辐射部12,第五辐射部15可以垂直于第四辐射部14。
本发明提供了一种UWB天线,该天线包括第一辐射部11、第二辐射部12、第三辐射部13、第四辐射部14及第五辐射部15,第一辐射部11、第二辐射部12、第三辐射部13、第四辐射部14及第五辐射部15形成loop结构,一方面,实现了较宽的天线带宽,信道较多,大大减小了网络拥堵现象,另一方面,天线尺寸小;此外,UWB天线可以采用跳时扩频信号,从而使得UWB天线的抗干扰性更强,使得设备在室内也能够进行精准定位。本发明还提供了一种设备,具有与上述UWB天线相同的有益效果。
请参照图2,图2位本发明提供的另一种UWB天线的结构示意图。
在上述实施例的基础上:
作为一种优选地实施例,主辐射体为金属镀层。
具体的,本申请中,主辐射体可以为金属镀层,通过LDS(aser DirectStructuring,激光直接成型技术)工艺在设备的壳体或者介质基板上镀金、银等金属,通过该种方式可以减小UWB天线的回波损耗。
当然,这里的主辐射体还可以通过FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路板)来实现,本申请在此不做特别的限定。
作为一种优选地实施例,还包括设置于第一U型结构的内部且与第三辐射部13连接的共振辐射体,用于产生与主辐射体产生的电磁波形成共振的电磁波,以抵消共振辐射体与主辐射体的共有频段中主辐射体产生的电磁波。
为了进一步减小UWB天线的回波损耗,提高UWB天线的效率,该UWB天线还包括共振辐射体,共振辐射体产生的电磁波和主辐射体产生的电磁波形成共振,从而中间共有带宽的部分互相抵消,从而减小了UWB天线的回波损耗,提高了UWB天线的效率。
此外,本申请中的共振辐射体设置于第一U型结构的内部,进一步减小了UWB天线的尺寸。
作为一种优选地实施例,共振辐射体包括设置于第一U型结构内的一型辐射部18;
一型辐射部18的一端与第三辐射体连接,用于产生与主辐射体产生的电磁波形成共振的第一电磁波,以抵消共振辐射体与主辐射体的共有频段中主辐射体产生的电磁波。
共振辐射体包括一型辐射部18,一型辐射部18设置于第一U型结构内,且一端与第三辐射体连接,一型辐射部18产生的电磁波的频段在8GHz~9GHz,而主辐射体产生的电磁波的频段在6GHz~9GHz,则在8GHz~9GHz内,一型辐射部18产生的电磁波会和主辐射体在此频段产生的电磁波形成共振,一型辐射部18产生的电磁波会抵消掉一些主辐射体在此频段产生的电磁波,从而减小了UWB天线的回波损耗,提高了UWB天线的效率。
作为一种优选地实施例,共振辐射体还包括设置于第一U型结构内的L型辐射部19;
L型辐射部19的一端与一型辐射部18的另一端连接,L型辐射部19和一型辐射部18形成第二U型结构,用于与一型辐射部18配合产生与主辐射体产生的电磁波形成共振的第二电磁波,以抵消共振辐射体与主辐射体的共有频段中主辐射体产生的电磁波。
共振辐射体还包括L型辐射部19,L型辐射部19设置于第一U型结构内,L型辐射部19产生的电磁波的频段在7.5GHz~8GHz,一型辐射部18产生的电磁波的频段在8GHz~9GHz。UWB天线工作时,L型辐射部19和一型辐射部18配合产生的电磁波与主辐射体产生的电磁波形成共振,则L型辐射部19和一型辐射部18配合产生的电磁波会抵消掉一些主辐射体在共有频段产生的电磁波,从而减小了UWB天线的回波损耗,提高了UWB天线的效率。
作为一种优选地实施例,共振辐射体还包括设置于第一U型结构内的U型辐射部20;
U型辐射部20的一端与L型辐射部19的另一端连接,U型辐射部20的开口朝向一型辐射部18,用于与一型辐射部18及L型辐射部19配合产生与主辐射体产生的电磁波形成共振的第三电磁波,以抵消共振辐射体与主辐射体的共有频段中主辐射体产生的电磁波。
共振辐射体还包括U型辐射部20,U型辐射部20设置于第一U型结构内,U型辐射部20产生的电磁波的频段在7GHz~7.5GHz,L型辐射部19产生的电磁波的频段在7.5GHz~8GHz,一型辐射部18产生的电磁波的频段在8GHz~9GHz。UWB天线工作时,U型辐射部20、L型辐射部19和一型辐射部18配合产生的电磁波与主辐射体产生的电磁波形成共振,则U型辐射部20、L型辐射部19和一型辐射部18配合产生的电磁波会抵消掉一些主辐射体在共有频段产生的电磁波,从而减小了UWB天线的回波损耗,提高了UWB天线的效率。
综上,主辐射体和共振辐射体所产生的的间隙可以耦合出UWB天线工作的频率驻波,且回波损耗比较小。
请参照图3,图3位本发明提供的一种设备的结构示意图,该设备包括如上述的UWB天线。
作为一种优选地实施例,UWB天线贴合于设备的壳体内表面。
本申请中,UWB天线可以贴合在设备的壳体内表面,从而减小了天线的尺寸,实现了天线的小型化。
作为一种优选地实施例,UVB天线的数量为M+N,M+N个UVB天线构成M*N MIMO天线,M和N均为正整数。
该设备中的UVB天线构成M*N MIMO(Multiple-In Multiple-Out,多进多出)天线,提高了提高信道容量及效率。
作为一种优选地实施例,UVB天线的数量为4,4个UVB天线构成2*2MIMO天线,设备的主板的相对的两侧分别设置有2个UVB天线且位于该侧主板的两端。
具体地,这里的设备可以为机器人。机器人包括脑袋部分,具体包括脑壳101,用2个LED显示屏102,前置摄像头103,嘴巴呼吸灯104,脖子105。胸口部分包括触摸按键106,主板107。其中主板107可以为8层PCB板,厚度0.7mm,RF4介质材质,表面和底层覆铜。
机器人包括4个UWB天线来实现2*2MIMO高效率天线,4个UWB天线分别为第一UWB天线108,第二UWB天线109,第三UWB天线110,第四UWB天线111,第一UWB天线108,第二UWB天线109,第三UWB天线110,第四UWB天线111分别设置于主板107的相对的两侧且位于该侧主板107的两端。考虑到若将UWB天线设置在机器人的头部,一方面机器人的脑壳101的外形很难迎合天线的外形,另外主板107距离的脑壳101较远,损耗较大,很难实现较好的天线性能。因此,本申请中,将4个UWB天线设置在主板107的四周,一方面,电流传输路径短,另一方面,UWB天线和PCB主板197贴合方便,此外,集成度高。该机器人中,分别实现UWB天线的一端通过主板107馈电,另外一端导入主板107大地。UWB天线具体可以但不仅限于通过弹片与主板107连接。当然,这里的UWB天线也可以采用其他设置方式,按照隔离度小于-15dB的条件布置即可。
请参照图4-图12,其中,图4为本发明提供的第一UWB天线的回波损耗示意图,图5为本发明提供的第二UWB天线的回波损耗示意图,图6为本发明提供的第三UWB天线的回波损耗示意图,图7为本发明提供的第四UWB天线的回波损耗示意图;图8为本发明提供的第一UWB天线的效率示意图,图9为本发明提供的第二UWB天线的效率示意图,图10为本发明提供的第三UWB天线的效率示意图,图11为本发明提供的第四UWB天线的效率示意图,图12为本发明提供一种第一UWB天线,第二UWB天线,第三UWB天线,第四UWB天线之间的隔离度示意图。
不难得到,本申请提供的第一UWB天线,第二UWB天线,第三UWB天线,第四UWB天线在6GHz~9GHz的回波损耗均比较小,效率比较高,隔离度比较好。
需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种UWB天线,其特征在于,包括主辐射体,所述主辐射体包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部、第四辐射部和第五辐射部,所述第二辐射部、所述第三辐射部和所述第四辐射部依次连接形成第一U型结构,所述第一辐射部和所述第五辐射部设置于所述第一U型结构的开口处且位于所述第二辐射部和所述第四辐射部之间,所述第一辐射部的另一端设置有馈电部,所述第五辐射部的另一端设置有地馈部。
2.如权利要求1所述的UWB天线,其特征在于,所述主辐射体为金属镀层。
3.如权利要求1或2所述的UWB天线,其特征在于,还包括设置于所述第一U型结构的内部且与所述第三辐射部连接的共振辐射体,用于产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
4.如权利要求3所述的UWB天线,其特征在于,所述共振辐射体包括设置于所述第一U型结构内的一型辐射部;
所述一型辐射部的一端与所述第三辐射体连接,用于产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的第一电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
5.如权利要求4所述的UWB天线,其特征在于,所述共振辐射体还包括设置于所述第一U型结构内的L型辐射部;
所述L型辐射部的一端与所述一型辐射部的另一端连接,所述L型辐射部和所述一型辐射部形成第二U型结构,用于与所述一型辐射部配合产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的第二电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
6.如权利要求5所述的UWB天线,其特征在于,所述共振辐射体还包括设置于所述第一U型结构内的U型辐射部;
所述U型辐射部的一端与所述L型辐射部的另一端连接,所述U型辐射部的开口朝向所述一型辐射部,用于与所述一型辐射部及所述L型辐射部配合产生与所述主辐射体产生的电磁波形成共振的第三电磁波,以抵消所述共振辐射体与所述主辐射体的共有频段中所述主辐射体产生的电磁波。
7.一种设备,其特征在于,包括如权利要求1至6任一项所述的UWB天线。
8.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述UWB天线贴合于所述设备的壳体内表面。
9.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述UVB天线的数量为M+N,M+N个所述UVB天线构成M*N MIMO天线,M和N均为正整数。
10.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述UVB天线的数量为4,4个所述UVB天线构成2*2MIMO天线,所述设备的主板的相对的两侧分别设置有2个所述UVB天线且位于该侧所述主板的两端。
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