CN114336002A - 超宽带天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超宽带天线及电子设备，包括基板、辐射层、接地层以及馈线层，其中，辐射层铺设于第一表面且包括相对的第一侧边和第二侧边，第一侧边与第二侧边首尾相接，第一侧边的长度大于第二侧边的长度，第一侧边为弧形面，第二侧边至少一段为平面或为与第一侧边弯曲方向一致的弧形面。本发明的超宽带天线在不减弱天线带宽强度及传输强度的情况下，重新设计辐射层的尺寸，使得超宽带天线辐射层的尺寸进一步减小，能够满足超宽带天线小型化的发展趋势。

Description

超宽带天线及电子设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种超宽带天线及电子设备。

背景技术

随着5G通信技术的不断发展，电子产品的天线成为当前移动通信研究的热点之一。并且，目前电子产品向着轻便化、便携化的方向发展，内置于电子产品内的天线的小型化、简单化设计就显得尤为重要。然而，现有技术中的天线的结构复杂，且尺寸大，不符合电子产品便携化的发展趋势。

因此，亟需一种新的超宽带天线及电子设备。

发明内容

本申请实施例提供一种超宽带天线，能够简化天线的结构，减小天线的尺寸。

一方面，根据本申请实施例提出了一种超宽带天线，包括：基板，具有第一表面；辐射层，铺设于所述第一表面且包括相对的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边与所述第二侧边首尾相接，所述第一侧边的长度大于所述第二侧边的长度，所述第一侧边为弧形面，所述第二侧边至少一段为平面或为与所述第一侧边弯曲方向一致的弧形面；接地层，铺设于所述第一表面，所述接地层靠近所述辐射层的一侧设置有凹槽；馈线层，铺设于所述第一表面，具有预定的长度且在自身的长度方向上具有相对的两端，其一端与所述辐射层电连接，另一端延伸至所述凹槽内。

根据本发明实施例的一个方面，所述第一侧边为优弧状或半圆弧状的弧形面，所述第二侧边为劣弧状的弧形面或直线状的平面。

根据本发明实施例的一个方面，所述基板的长度大于或等于52mm且小于或等于72mm，所述基板的宽度大于或等于29mm且小于或等于49mm。

根据本发明实施例的一个方面，所述辐射层的长度大于或等于14mm且小于或等于20mm，所述辐射层的宽度大于或等于25mm且小于或等于30mm。

根据本发明实施例的一个方面，所述基板为介质衬底或印制电路板。

根据本发明实施例的一个方面，所述凹槽的深度小于所述接地层的最大长度。

根据本发明实施例的一个方面，所述馈线层远离所述辐射层的一端设置有第一馈点，所述凹槽相对于所述第一馈点的一侧上设置有第二馈点，所述第一馈点与所述第二馈点相互间隔。

根据本发明实施例的一个方面，所述接地层靠近所述辐射层的边缘为渐变式结构。

根据本发明实施例的一个方面，所述渐变式结构为以所述凹槽为中心轴逐渐向其两侧降低的曲线型结构、斜线型结构或台阶型结构。

另一方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括上述的超宽带天线。

与现有技术相比，本发明实施例提供的超宽带天线包括基板、辐射层、接地层以及馈线层，其中，辐射层铺设于第一表面且包括相对的第一侧边和第二侧边，第一侧边与第二侧边首尾相接，第一侧边的长度大于第二侧边的长度，第一侧边为弧形面，第二侧边至少一段为平面或为与第一侧边弯曲方向一致的弧形面。本发明实施例提供的超宽带天线在不减小天线工作宽度及传输强度的情况下，重新设计辐射层的尺寸，使得天线辐射层的尺寸进一步减小，能够满足超宽带天线小型化的发展趋势。

附图说明

下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1为现有设计中超宽带天线的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种超宽带天线的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种超宽带天线的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种超宽带天线与同轴线连接的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种超宽带天线的电流分布示例图；

图6是本发明实施例提供的一种超宽带天线与图1中超宽带天线的回波损耗随频率的变化对比图；

图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

其中：

10-基板；

20-辐射层；21-第一侧边；22第二侧边；

30-接地层；31-凹槽；32-第二馈点；

40-馈线层；41-第一馈点；

50-同轴线；51-内导体；52-外导体

100-超宽带天线；200-电子设备。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的测试的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

超宽带天线是指信号带宽大于500MHz或者信号带宽与中心频率之比大于25％的天线。近些年来，超宽带天线的小型化受到越来越多的关注。减小超宽带天线尺寸通常可通过使用高介电常数的材料和优化天线几何结构来达到。在超宽带天线的设计中，矩形、圆形、椭圆形、蝶形等结构是常见的天线几何结构，但伴随电子产品小型化、便携化的发展趋势，以上几种几何结构的天线尺寸已无法满足电子产品的发展趋势。图1为现有设计中常见的单极子天线的结构示意图，它采用圆形状的辐射贴片，有利于获得良好的带宽特性，但尺寸较大。

图2为本发明实施例提供的一种超宽带天线的结构示意图，图3是本发明实施例提供的另一种超宽带天线的结构示意图，参考图2和图3，超宽带天线100包括基板10、辐射层20、接地层30和馈线层40。基板10具有相对的第一表面和第二表面，示例性的，基板10可以为矩形状板件，矩形状基板具有良好的宽带特性。辐射层20铺设于基板10的第一表面，辐射层20包括相对的第一侧边21和第二侧边22，第一侧边21与第二侧边22首尾相接，第一侧边21的长度大于第二侧边22的长度，第一侧边21为弧形面，第二侧边22至少一段为平面或为与第一侧边弯曲方向一致的弧形面，也就是说，第二侧边21可以为多段平面组成的面。接地层30铺设于基板10的第一表面，接地层30靠近辐射层20的一侧设置有凹槽21。馈线层40铺设于基板10的第一表面，馈线层40具有预定的长度且在自身的长度方向上具有相对的两端，其一端与辐射层20电连接，另一端延伸至凹槽31内。

本发明实施例提供的超宽带天线100中，包括具有第一侧边21和第二侧边11的辐射层20，第一侧边21的长度大于第二侧边22的长度，第一侧边21为弧形面，第二侧边22一段或多段为平面或与第一侧边弯曲方向一致的弧形面。本发明实施例提供的超宽带天线在不减小天线工作带宽及传输强度的情况下，重新设计辐射层20的尺寸，使得天线辐射层20的尺寸进一步减小，能够满足超宽带天线小型化的发展趋势。

图5是本发明实施例提供的一种超宽带天线的电流分布示例图，图6是本发明实施例提供的一种超宽带天线与图1中超宽带天线的回波损耗随频率的变化对比图，参考图5，电流路径主要集中于辐射层20的下半区域，因此，将现有技术中的天线(辐射层为圆形或椭圆形)设计成本发明实施例的半圆状或月牙状对辐射层电流路径的分布影响不大，参考图6，虚线为本发明实施例提供的天线回波损耗随频率的变化值，实线为现有技术中的天线(辐射层为圆形或椭圆形)回波损耗随频率的变化值，由上述图4可见，本发明实施例的天线的回波损耗与现有技术中的天线(辐射层为圆形或椭圆形)回波损耗随频率的变化值几乎相同，甚至在一些频率下，本本发明实施例提供的天线回波损耗优于现有技术中的天线(辐射层为圆形或椭圆形)回波损耗，由此可见，本发明实施例提供的天线虽然减少了辐射层的尺寸，但其工作带宽及传输强度并未受到影响，符合超宽带天线小型化的需求。

可选的，参考图2和图3，第一侧边21为优弧状或半圆弧状的弧形面，第二侧边22为劣弧状的弧形面或直线状的平面。

示例性的，第一侧边21可以为半圆弧状的弧形面，第二侧边22可以为直线状的平面，相比于现有技术中的天线(辐射层为圆形或椭圆形)，本示例中的辐射层尺寸减小50％。

示例性的，第一侧边21可以为半圆弧状的弧形面，第二侧边22可以为与第一侧边21弯曲方向一致的劣弧状的弧形面，相比于现有技术中的天线(辐射层为圆形或椭圆形)，本示例中的辐射层20尺寸减小超过50％。

可选的，参考图2和图3，基板10的长度大于或等于52mm且小于或等于72mm，所述基板21的宽度大于或等于29mm且小于或等于49mm。示例性的，基板10的长度为52mm，宽度为29mm。在超宽带天线100的带宽强度及传输强度不受到影响的情况下，通过限制基板10的尺寸，进一步减小天线的尺寸。

可选的，参考图2和图3，辐射层20的长度大于或等于14mm且小于或等于20mm，辐射层20的宽度大于或等于25mm且小于或等于30mm。在天线的带宽强度及传输强度不受到影响的情况下，通过限制辐射层20的尺寸，进一步减小天线的尺寸。

可选的，馈线层30远离辐射层20的一端设置有第一馈点，凹槽31相对于第一馈点41的一侧上设置有第二馈点32，第一馈点41与第二馈点32相互间隔，以改善有效带宽内的阻抗匹配程度。

图4是本发明实施例提供的一种超宽带天线与同轴线连接的结构示意图，参考图4，凹槽31的深度小于接地层30的最大长度。参考图1，现有设计中，凹槽的深度与接地层的长度通常相等，也就是说，馈线层将接地层分割为两部分，而在实际应用中，同轴线的内导体需连接馈线层，外导体需连接接地层，而现有设计中，由于馈线层将接地层分割为两部分，馈线层的外端与接地层的外缘平齐，难以将馈线层和接地层与同轴线实现连接，基于此，本发明实施例提供的接地层的凹槽31深度小于接地层30的最大长度，也就是说，凹槽31与接地层30形成“凹”字形结构，馈线层40和接地层30与同轴线55连接时，只需将同轴线50的内导体51与第一馈点41焊接，外导体52与第二馈点32焊接即可，以降低馈线层40和接地层30与同轴线50连接的难度。

可选的，基板10为介质衬底或印制电路板。示例性的，在天线满足带宽强度及传输强度的条件下，介质衬底可以选用敷铜板或陶瓷，其中，敷铜板可采用的材质有酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯等。另外，基板10还可以选用印制电路板(PCB)，并通过连接于第一馈点41与第二馈点32的射频线引出形成电子设备的天线，也就是说，将辐射层20、接地层30和馈线层40等金属贴片直接铺设于印制电路板上，形成电子设备所需的天线，以节省天线与印制电路板连接的过程。

可选的，参考图2和图3，接地层30靠近辐射层20的边缘为渐变式结构。

示例性的，渐变式结构为以所述凹槽为中心轴逐渐向其两侧降低的曲线型结构、斜线型结构或台阶型结构。上述设置能够较大程度上改善辐射层电流分布的特性，增加辐射层表面电流的长度，不仅能够进一步减小天线尺寸，而且还能够改善有效带宽内的阻抗匹配程度，进而改善超宽带天线的性能。

通过以上设置，能够使得本申请实施例的超宽带天线的带宽为1.7-5GHz，并且能够完全覆盖LTE(Long Term Evolution，长期演进)低频段/高频段及5G、sub-6G，阻抗匹配程度及传输性能良好。

图7是本发明实施例提供的一种电子设备200的结构示意图，参考图7，电子设备200包括上述任一实施例的超宽带天线100。本发明实施例提供的超宽带天线100，在应用至电子设备200并作为电子设备200的组成部分时，超宽带天线100的基板可以以印制电路板的形式与电子设备200的自身的印制电路板一体成型，使得电子设备200具有良好的传输性能。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种超宽带天线(100)，其特征在于，包括：

基板(10)，具有第一表面；

辐射层(20)，铺设于所述第一表面且包括相对的第一侧边(21)和第二侧边(22)，所述第一侧边(21)与所述第二侧边(22)首尾相接，所述第一侧边(21)的长度大于所述第二侧边(22)的长度，所述第一侧边(21)为弧形面，所述第二侧边至少一段为平面或为与所述第一侧边弯曲方向一致的弧形面；

接地层(30)，铺设于所述第一表面，所述接地层靠近所述辐射层(20)的一侧设置有凹槽(31)；

馈线层(40)，铺设于所述第一表面，具有预定的长度且在自身的长度方向上具有相对的两端，其一端与所述辐射层(20)电连接，另一端延伸至所述凹槽(31)内。

2.根据权利要求1所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述第一侧边(21)为优弧状或半圆弧状的弧形面，所述第二侧边(22)为劣弧状的弧形面或直线状的平面。

3.根据权利要求1所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述基板(10)的长度大于或等于52mm且小于或等于72mm，所述基板(10)的宽度大于或等于29mm且小于或等于49mm。

4.根据权利要求1所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述辐射层(20)的长度大于或等于14mm且小于或等于20mm，所述辐射层(20)的宽度大于或等于25mm且小于或等于30mm。

5.根据权利要求1所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述基板(10)为介质衬底或印制电路板。

6.根据权利要求5所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述凹槽(31)的深度小于所述接地层(30)的最大长度。

7.根据权利要求6所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述馈线层(40)远离所述辐射层(20)的一端设置有第一馈点(41)，所述凹槽(31)相对于所述第一馈点(41)的一侧上设置有第二馈点(32)，所述第一馈点(41)与所述第二馈点(32)相互间隔。

8.根据权利要求1所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述接地层(40)靠近所述辐射层(20)的边缘为渐变式结构。

9.根据权利要求8所述的超宽带天线(100)，其特征在于，所述渐变式结构为以所述凹槽(31)为中心轴逐渐向其两侧降低的曲线型结构、斜线型结构或台阶型结构。

10.一种电子设备(200)，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的超宽带天线(100)。

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