CN114094327B - 一种天线结构及终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线结构及终端，天线结构通过设计特殊的辐射部和接地部结构设计，包括第一辐射部、第二辐射部和第三辐射部三部分组成的辐射器，以及大体呈“]”字形的天地线，使得天线结构能够覆盖WiFi的三个频段，即2.4GHz频段(2.4‑2.485GHz)、5GHz频段(5.15‑5.85GHz)和6GHz频段(5.925‑7.125GHz)，在工作频段内电性能良好、电压驻波比小于1.7、增益大于1dBi、全向性良好，并且天线结构整体尺寸小、结构简单、易于加工生产、制造成本低。因此，本发明的天线结构能很好地应用于2.4GHz、5GHz和6GHz频段的三频WiFi天线及终端，兼具三频段、小型化、性能优越的优势。

Description

一种天线结构及终端

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体的，涉及一种天线结构及终端。

背景技术

随着WiFi用户量的快速发展，2.4GHz频段(频率2.4-2.485GHz)和5GHz(频率5.15-5.85GHz)的WiFi无线通信系统不能满足当今日新月异的用户需求。为了提高数据传输速度和支持更多用户同时使用WiFi网络，WiFi 6即IEEE 802.11ax标准开始颁布实施，该标准增加了新的工作频段6GHz频段，频率为5.925-7.125GHz。

然而，目前市场上的WiFi天线多为单频(频率2.4-2.485GHz)或双频(频率2.4-2.485GHz/5.15-5.85GHz)的天线，为了支持WiFi 6标准，天线也必须具有6GHz频段。因此，兼容2.4G、5G和6G频段的宽频WiFi天线是很有必要的。此外，当设计紧凑的天线时，如何缩小天线的尺寸也是设计终端天线的难点。

因此，如何设计出三频段WiFi天线且兼具尺寸小、性能优越，具有重要的实际意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种能够应用于2.4GHz、5GHz和6GHz频段的三频WiFi的天线结构及终端，并且天线结构尺寸小且在工作频段内电性能良好。

本发明提供了一种天线结构，包括基板，该基板具有相对的第一侧边和第二侧边及相对的第三侧边和第四侧边；辐射部，包括第一辐射部，具有邻近该第一侧边且沿第一方向延伸的第一辐射段及自该第一辐射段的两侧末端分别沿第二方向延伸的第二辐射段和第三辐射段，该第二辐射段邻近该第三侧边，第一方向和第二方向交叉；第二辐射部，自该第三辐射段的末端沿与该第一方向相反的方向延伸；及第三辐射部，自该第三辐射段的末端沿该第二方向延伸；接地部，间隔该辐射部设置，包括第一接地部，邻近该第一侧边且沿该第一方向延伸；第二接地部，自该第一接地部邻近该第四侧边的末端沿该第二方向延伸；第三接地部，自该第二接地部邻近第二侧边的末端沿与该第一方向相反的方向延伸，该第一接地部、该第二接地部和该第三接地部的长度和宽度均依次递减；以及馈入部，连接该辐射部和该接地部；其中，该辐射部、该接地部和该馈入部形成具有第一频段、第二频段和第三频段的天线结构。

较佳地，该接地部还包括自该第一接地部的另一末端沿该第二方向延伸的第四接地部，该第四接地部、该第一接地部、该第二接地部和该第三接地部围绕形成有缺口的“口”字形结构。

较佳地，该接地部还包括自该第一接地部的两侧末端分别沿第一方向延伸的第五接地部及沿与该第一反向相反的方向延伸的第六接地部。

较佳地，沿该第二方向上，该接地部突出该辐射部，该第四接地部的端沿和该第三辐射部的端沿齐平或者该第三辐射部的端沿突出该第四接地部的端沿。

较佳地，该第二辐射部的长度大于该第三辐射部的长度，该第二辐射段的长度大于该第三辐射段和该第三辐射部的长度之和，第一方向和第二方向垂直。

较佳地，该第一频段为2.4-2.485GHz WiFi频段，该第二频段为5.15-5.85GHzWiFi频段，该第三频段为5.925-7.125GHz WiFi频段。

较佳地，该基板为介电常数为4.4、长度为40mm、宽度为10mm、厚度为1mm、材质为聚四氟乙烯的PCB板。

较佳地，该接地部和该馈入部均为印制在该基板第一表面的铜涂覆层，厚度为1盎司。

较佳地，该天线结构还包括与该与该馈入部连接的馈线部，该馈线部采用直径为1.13mm、阻抗为50欧姆的同轴线。

本发明还提出了一种终端，该终端设置有如上述所述的天线结构。

与现有技术相比，本发明的天线结构通过设计特殊的辐射部和接地部结构设计，包括由呈“└┘”形的第一辐射部、组合呈“┘”形的第二辐射部和第三辐射部三部分组成的辐射器，以及大体呈“]”字形的天地线，使得天线结构能够覆盖WiFi的三个频段，即2.4GHz频段(2.4-2.485GHz)、5GHz频段(5.15-5.85GHz)和6GHz频段(5.925-7.125GHz)，在工作频段内电性能良好、电压驻波比小于1.7、增益大于1dBi、全向性良好，并且天线结构整体尺寸小、结构简单、易于加工生产、制造成本低。因此，本发明的天线结构能很好地应用于2.4GHz、5GHz和6GHz频段的三频WiFi天线及终端，兼具三频段、小型化、性能优越的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明一种实施例的天线结构的示意图；

图2为本发明一种实施例的天线结构的另一示意图；

图3为本发明一种实施例的天线结构的电压驻波比图；

图4为本发明一种实施例的天线结构于频率为2.45GHz时的辐射方向图；

图5为本发明一种实施例的天线结构于频率为5GHz时的辐射方向图；

图6为本发明一种实施例的天线结构于频率为6.5GHz时的辐射方向图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。

请参考图1所示，图1为本发明一种实施例的天线结构的示意图。本发明的天线结构100包括基板10、辐射部20、接地部30和馈入部40。

本实施例中的基板10优选是一块长度为40mm、宽度为10mm、厚度为1mm的PCB板(印刷电路板)，PCB板的材质为聚四氟乙烯(FR4)，介电常数为4.4，采用上述尺寸，形成的天线结构尺寸较小，易于集成到其它设备内，采用FR4材质成本低。在本实施例中，辐射部20、接地部30和馈入部40优选均为印制在基板10第一表面的铜涂覆层，例如铜箔，厚度为1盎司。

基板10具有相对的第一侧边11和第二侧边12及相对的第三侧边13和第四侧边14。以基板10所在的平面定义彼此交叉的第一方向L1和第二方向L2，第一方向L1和第二方向L2优选垂直，第一侧边11和第二侧边12优选沿第二方向L2依序排布，第三侧边13和第四侧边14沿第一方向L1依序排布。

辐射部20和接地部30沿第一方向L1间隔设置在基板10上，馈入部40连接辐射部20和接地部30。辐射部20包括第一辐射部21、第二辐射部22和第三辐射部23。其中，第一辐射部21包括第一辐射段211、第二辐射段212和第三辐射段213，第一辐射段211邻近基板10的第一侧边112设置且沿第一方向L1延伸，第二辐射段212和第三辐射段213分别自第一辐射段211的两侧末端沿第二方向L2延伸，第二辐射段212邻近基板10的第三侧边13，且第二辐射段212延伸的长度大于第三辐射段213延伸的长度。第二辐射部22自第三辐射段213的末端沿与第一方向L1相反的方向延伸，第三辐射部23自第三辐射段213的末端沿第二方向L2延伸，换言之，第二辐射部22和第三辐射部23呈“┘”形。此外，第二辐射部22的长度略大于第三辐射部23的长度，例如大于部分为1盎司，而且，在第二方向L2上，第二辐射段212的端沿2121突出第三辐射部23的端沿231，也即第二辐射段212的长度大于第三辐射段213和第三辐射部23的长度之和。

接地部30包括依次垂直连接的第一接地部31、第二接地部32和第三接地部33，第一接地部31邻近第一侧边11且沿第一方向L1延伸，第二接地部32自第一接地部31邻近第四侧边14的末端沿第二方向L2延伸，第三接地部33自第二接地部32邻近第二侧边12的末端沿与第一方向L1相反的方向延伸。其中，第一接地部31、第二接地部32和第三接地部33围绕形成类似“]”字形，第一接地部31、第二接地部32和第三接地部33的长度和宽度均依次递减，即，在第一方向L1的反向上，第一接地部31的第三端沿303突出第三接地部33的端沿331。于本实施例中，第一接地部31、第二接地部32和第三接地部33均呈长条状的矩形形状。

接地部30还包括自第一接地部31的另一末端沿第二方向延伸L2的第四接地部34，第四接地部34、第一接地部31、第二接地部32和第三接地部33围绕形成有缺口的“口”字形结构，上述结构能有效改善天线高频性能。其中第四接地部34的长度和宽度均小于第三接地部33。

接地部30还包括自第一接地部31的两侧末端分别沿第一方向L1延伸的第五接地部35及沿与第一反向L1相反的方向延伸的第六接地部36，第六接地部36能够增加耦合，改善高频阻抗匹配。

继续参考图1，第一接地部31具有邻近第一侧边11的第一端沿301及相对的第三端沿303和第四端沿304，第三端沿303邻近辐射部20，第四端沿304邻近第四侧边14，第二接地部32具有邻近第二侧边12的第二端沿302，第三接地部33具有向外凸出的端沿331，第四接地部34具有向外凸出的端沿341，第五接地部35具有向外凸出的端沿351，第六接地部36具有向外凸出的端沿361，上述结构有分布电容的功能，改善高频阻抗匹配。

在本实施例中，第一辐射段211、馈入部40、第一接地部31的第一端沿301和第五接地部35的底端沿平齐，也即，在第一方向L1上，第一辐射段211的端沿2111、第一接地部31的第一端沿301、第五接地部35的底端沿和馈入部40的底端沿平齐。在第一方向L1上，第五接地部35的端沿351突出第一接地部31的第四端沿304。在本实施例中，第六接地部36压接于馈入部40上。

在本实施例中，在第一方向L1的反向上，第三接地部33不突出第四接地部34，也可以说，第三接地部33的端沿331远不突出第四接地部34和第一接地部31共同的第三端沿303。第六接地部36的端沿361突出第三端沿303，且端沿361与第三辐射段213具有一定间隙。

在本实施例中，在第二方向L2上，接地部30突出辐射部20，具体的，第三接地部33和第二接地部32共同的第二端沿302突出第二辐射段212的端沿2121。在第二方向L2上，第三接地部33突出第四接地部34，第四接地部34和第三辐射部23近乎齐平或者第三辐射部23略突出第四接地部34，换言之，第三接地部33和第二接地部32共同的第二端沿302突出第四接地部34的端沿341，第四接地部34的端沿341和第三辐射部23的端沿231齐平或者第三辐射部23的端沿231略突出第四接地部34的端沿341，突出部分例如是1盎司。

请参考图2，图2为本发明一种实施例的天线结构的另一示意图。本发明的天线结构100还包括馈线部50，馈线部50与馈入部40连接。在本实施例中，馈线部50采用直径为1.13mm、阻抗为50欧姆的同轴线，同轴线的长度根据实际需要进行调整。

本优选实施例中，天线结构100的详细尺寸为：第一辐射段211沿第一方向L1的长度为19mm，第二辐射段212沿第二方向L2的长度为9mm，第三辐射段213沿第二方向L2的长度为7.5mm，第二辐射部22沿第一方向L1的长度为1.7mm，第三辐射部23沿第二方向L2的长度为1.5mm。第一接地部31沿第一方向L1的长度为19.5mm、沿第二方向L2的宽度为4.4mm，第二接地部32沿第一方向L1的长度为11.3mm、沿第二方向L2的宽度为5.6mm，第三接地部33沿第一方向L1的长度为3.2mm、沿第二方向L2的宽度为2.2mm，第四接地部34沿第二方向L2的长度为1.3mm、沿第一方向L1的宽度为1mm，第五接地部35沿第一方向L1的长度为2.3mm、沿第二方向L2的宽度为4.4mm，第六接地部36沿第一方向L1的长度为1mm、沿第二方向L2的宽度为2mm。在第一方向L1上，第一接地部31的第三端沿303与第三辐射段213的间距为1.5mm，第六接地部36的端沿361与第三辐射段213的间距为0.5mm。

如图1所示，本发明实施例中的天线结构100的辐射部20包括第一辐射部21、第二辐射部22和第三辐射部23，接地部30包括第一接地部31、第二接地部32、第三接地部33、第四接地部34、第五接地部35和第六接地部36，其中第一辐射部21由三个辐射段组成类似“└┘”形，第二辐射部22和第三辐射部23呈“┘”形，第一接地部31、第二接地部32和第三接地部33围绕形成“]”字形，第一接地部31、第二接地部32、第三接地部33和第四接地部34均为长条状的矩形且共同围绕形成有缺口的“口”字形结构，因此，通过辐射部20、接地部30和馈入部40的结构及布局设计，使得天线结构100形成具有第一频段、第二频段和第三频段的三频天线。本实施例中，第一频段为2.4-2.485GHz WiFi频段，第二频段为5.15-5.85GHz WiFi频段，第三频段为5.925-7.125GHz WiFi频段。具体的，第一辐射部21对应为第一频段辐射器(即2.4GHz辐射器)，第二辐射部22对应为第二频段辐射器(即5GHz辐射器)，第三辐射部23对应为第三频段辐射器(即6GHz辐射器)。

下面天线结构100的工作原理作说明。如上所述，第一辐射部21(对应2.4GHz辐射器)与接地部30形成四分之一波长的单极形式的天线，在2.4-2.485GHz频段产生谐振，此为WiFi天线的第一个频段，而其二次谐振(半波长)刚好在5GHz频段。第二辐射部22(对应5GHz辐射器)与接地部30形成四分之一波长的单极天线，在5GHz频段产生谐振，该谐振与2.4GHz辐射器的二次谐振共同组成WiFi的5GHz频段，即5.15-5.85GHz，此为WiFi天线的第二个频段。第三辐射部23(对应6GHz辐射器)与接地部30构成四分之一波长的偶极子天线，在6GHz频段产生谐振，即5.925-7.125GHz，此为WiFi天线的第三个频段。

下面结合图3至图6说明本发明实施例的测试效能。图3为本发明一种实施例的天线结构的电压驻波比图，图4为本发明一种实施例的天线结构于频率为2.45GHz时的辐射方向图，图5为本发明一种实施例的天线结构于频率为5GHz时的辐射方向图，图6为本发明一种实施例的天线结构于频率为6.5GHz时的辐射方向图。由图3可知，在2.4-2.45GHz频段内天线结构的电压驻波比小于1.7，在5.15-7.15GHz频段内天线结构的电压驻波比小于1.6，因此本发明实施例的天线结构在整个工作频段内天线电压驻波比都小于1.7，性能很好。此外，从图3可以看出在高频段(5.15-7.125GHz)有三个明显的谐振，分别对应于2.4GHz辐射器的二次谐振、5GHz辐射器的谐振和6GHz辐射器的谐振。由图4、图5和图6显示的天线结构在2.45GHz、5GHz和6.5GHz的3D增益辐射方向图，可以看出天线结构在各个频段都具有较好的全向性，增益大于1dBi。

综上所述，本发明的天线结构通过设计特殊的辐射部和接地部结构设计，包括由呈“└┘”形的第一辐射部、组合呈“┘”形的第二辐射部和第三辐射部三部分组成的辐射器，以及大体呈“]”字形的天地线，使得天线结构能够覆盖WiFi的三个频段，即2.4GHz频段(2.4-2.485GHz)、5GHz频段(5.15-5.85GHz)和6GHz频段(5.925-7.125GHz)，在工作频段内电性能良好、电压驻波比小于1.7、增益大于1dBi、全向性良好，并且天线结构整体尺寸小、结构简单、易于加工生产、制造成本低。因此，本发明的天线结构能很好地应用于2.4GHz、5GHz和6GHz频段的三频WiFi天线及终端，兼具三频段、小型化、性能优越的优势。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，在发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：

基板，该基板具有相对的第一侧边和第二侧边及相对的第三侧边和第四侧边；

辐射部，包括：

第一辐射部，具有邻近该第一侧边且沿第一方向延伸的第一辐射段及自该第一辐射段的两侧末端分别沿第二方向延伸的第二辐射段和第三辐射段，该第二辐射段邻近该第三侧边，第一方向和第二方向交叉；

第二辐射部，自该第三辐射段的末端沿与该第一方向相反的方向延伸；及

第三辐射部，自该第三辐射段的末端沿该第二方向延伸；

接地部，间隔该辐射部设置，包括：

第一接地部，邻近该第一侧边且沿该第一方向延伸；

第二接地部，自该第一接地部邻近该第四侧边的末端沿该第二方向延伸；第三接地部，自该第二接地部邻近第二侧边的末端沿与该第一方向相反的方向延伸，该第一接地部、该第二接地部和该第三接地部的长度和宽度均依次递减；以及

馈入部，连接该辐射部和该接地部；

其中，该辐射部、该接地部和该馈入部形成具有第一频段、第二频段和第三频段的天线结构。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该接地部还包括自该第一接地部的另一末端沿该第二方向延伸的第四接地部，该第四接地部、该第一接地部、该第二接地部和该第三接地部围绕形成有缺口的“口”字形结构。

3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，该接地部还包括自该第一接地部的两侧末端分别沿第一方向延伸的第五接地部及沿与该第一反向相反的方向延伸的第六接地部。

4.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，沿该第二方向上，该接地部突出该辐射部，该第四接地部的端沿和该第三辐射部的端沿齐平或者该第三辐射部的端沿突出该第四接地部的端沿。

5.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第二辐射部的长度大于该第三辐射部的长度，该第二辐射段的长度大于该第三辐射段和该第三辐射部的长度之和，第一方向和第二方向垂直。

6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该第一频段为2.4-2.485GHz WiFi频段，该第二频段为5.15-5.85GHz WiFi频段，该第三频段为5.925-7.125GHz WiFi频段。

7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该基板为介电常数为4.4、长度为40mm、宽度为10mm、厚度为1mm、材质为聚四氟乙烯的PCB板。

8.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该辐射部、该接地部和该馈入部均为印制在该基板第一表面的铜涂覆层，厚度为1盎司。

9.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构还包括与该与该馈入部连接的馈线部，该馈线部采用直径为1.13mm、阻抗为50欧姆的同轴线。

10.一种终端，其特征在于，该终端设置有如权利要求1-9中任一项所述的天线结构。

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