CN114336032B - 一种宽带全向手表天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽带全向手表天线，包括背板结构、Top面天线结构、Bottom面天线结构；所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构层叠放置；所述Top面天线结构包括弧形的第一天线枝节，呈“几”字形的第二天线枝节，呈实心圆形的第三天线枝节，所述第三天线枝节通过所述第二天线枝节和所述第一天线枝节连接在一起；所述Bottom面天线结构包括圆环形的的第四天线枝节，长条形的第五天线枝节，圆环形的第六天线枝节，所述第四天线枝节通过所述第五天线枝节和所述第六天线枝节连接在一起；通过此种层叠结构布局实现在工作频带内的电流源的均匀分布，均匀分布的电流源带来了全向辐射特性，通过参差调谐实现天线更宽的频率带宽，提升天线的性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种宽带全向手表天线的设计。
背景技术
天线辐射方向图在空间中各个方向的辐射强度相等的天线称之为全向天线，一般而言，很难设计全向天线，由于在天线在谐振时的场分布、电流分布基本上呈现驻波状态，必然存在波峰和波谷，波峰波谷的场分布会在远场的特定位置叠加形成抵消，出现方向图零点，导致无法实现全向辐射。
在天线辐射效率较高的情况下，天线的增益越低表明天线的辐射越均匀，表示能量平均的辐射到自有空间中，没有在某一个方向形成定向辐射，因此在保证辐射效率(大于-2dB)的情况下，增益越低的天线的全向辐射性能越好。
偶极子天线是最经典的全向天线。偶极子天线的增益约为2.13dBi，但偶极子天线的带宽较窄，且2.13dBi的增益表明天线并未实现完美的全向辐射。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带全向手表天线，以解决如何让天线在较宽的频率范围内均实现很好的谐振和较好的全向辐射特性的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种宽带全向手表天线，包括背板结构、Top面天线结构、Bottom面天线结构、同轴线；所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构均为圆形，且所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构层叠放置；所述Top面天线结构包括弧形的第一天线枝节，呈“几”字形的第二天线枝节，呈实心圆形的第三天线枝节，所述第三天线枝节通过所述第二天线枝节和所述第一天线枝节连接在一起；所述Bottom面天线结构包括圆环形的的第四天线枝节，长条形的第五天线枝节，圆环形的第六天线枝节，所述第四天线枝节通过所述第五天线枝节和所述第六天线枝节连接在一起；所述同轴线的内同轴一端和所述第三天线枝节的圆心相连，另一端和所述Bottom面天线结构的圆心相连，所述同轴线的外同轴和所述第六天线枝节相连。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述背板结构为介电常数为4.4，厚度为1.6mm的介质板。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第一天线枝节的数量为N(N为大于等于2的自然数)个且均匀对称分布。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第一天线枝节角度为52±2°，内圈半径为13.62±1.3mm，带条宽度为2.48±0.2mm。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第二天线枝节数量为N(N为大于等于2的自然数)个且沿顺时针均匀分布。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第二天线枝节的金属带条包括从所述第一天线枝节到所述第三天线枝节依次相连的第一带条、第二带条、第三带条、第四带条和第五带条，所述第一带条的长度为1.2±0.1mm，所述第二带条和所述第四带条长度为1±0.1mm，所述第三带条长度为0.66±0.06mm，所述第五带条的长度为0.62±0.06mm，所述第二天线枝节的金属带条的宽度为0.3±0.03mm。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第三天线枝节半径为1.2±0.1mm。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第四天线枝节内圈半径为13.2±1mm，带条宽度为1.4±0.1mm。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第五天线枝节带条长度为7±0.7mm，宽度为0.84±0.08mm。
可选的，在所述的一种宽带全向手表天线中，所述第六天线枝节内圈半径为1.8±0.1mm，带条宽度为4.4±0.4mm。
本发明提供一种宽带全向手表天线，包括背板结构、Top面天线结构、Bottom面天线结构；所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构层叠放置；所述Top面天线结构包括弧形的第一天线枝节，呈“几”字形的第二天线枝节，呈实心圆形的第三天线枝节，所述第三天线枝节通过所述第二天线枝节和所述第一天线枝节连接在一起；所述Bottom面天线结构包括圆环形的的第四天线枝节，长条形的第五天线枝节，圆环形的第六天线枝节，所述第四天线枝节通过所述第五天线枝节和所述第六天线枝节连接在一起；通过此种层叠结构布局实现在工作频带内的电流源的均匀分布，均匀分布的电流源带来了全向辐射特性，通过参差调谐实现天线更宽的频率带宽，提升天线的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本实施例提供的宽带全向手表天线的结构图；
图2为本实施例提供的宽带全向手表天线在5.6GHz时的表面电流分布图；
图3为本实施例提供的宽带全向手表天线在3.0GHz时的表面电流分布图；
图4为本实施例提供的宽带全向手表天线在4-7GHz范围内的S参数仿真结果图；
图5为本实施例提供的宽带全向手表天线的峰值增益仿真结果图；
图6为本实施例提供的宽带全向手表天线在5.4GHz的方向图仿真结果图；
其中，各附图标记说明如下：
1-背板结构；11-第一天线枝节；12-第二天线枝节；13-第三天线枝节；21-第四天线枝节；22-第五天线枝节；23第六天线枝节。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种宽带全向手表天线作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、的方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、的方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实施例提供一种宽带全向手表天线，如图1所示，包括背板结构1、Top面天线结构、Bottom面天线结构；所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构均为圆形；所述Top面天线结构包括弧形的第一天线枝节11，呈“几”字形的第二天线枝节12，呈实心圆形的第三天线枝节13，所述第三天线枝节13通过所述第二天线枝节12和所述第一天线枝节11连接在一起；所述Bottom面天线结构包括圆环形的的第四天线枝节21，长条形的第五天线枝节22，圆环形的第六天线枝节23，所述第四天线枝节21通过所述第五天线枝节22和所述第六天线枝节23连接在一起。
较佳的，所述背板结构1为介电常数为4.4，厚度为1.6mm的介质板，所述第一天线枝节11带条宽度为2.48mm；所述第四天线枝节21内圈半径为13.2mm，带条宽度为1.4mm；所述第五天线枝节22带条长度为7mm，宽度为0.84mm；所述第四天线枝节22内圈半径为1.8mm，带条宽度为4.4mm。
需要进说明的是，本实施例中天线的各种尺寸是影响天线电流分布和天线辐射效率的关键参数，手表的不同尺寸或者不同的天线空间对天线尺寸的要求都不相同，而本领域普通技术人员可以通过适当调节各天线枝节的尺寸和距离就可以实现天线的全向辐射，具体的调试方式为本领域普通技术人员所熟知，此处不再赘述。因此，本发明的保护范围不应当以上述实施例的具体内容为限，在不违背本发明主旨前提下的其他参数的设置也应当属于本发明的保护范围。
实施例1：
所述第一天线枝节11的数量为4个且沿顺时针均匀对称分布，所述第一天线枝节弧形结构角度为58°，所述第一天线枝节11之间有角度为32°的间隙，所述第一天线枝节11和间隙交叉放置，所述第二天线枝节12数量为4个且沿顺时针均匀对称分布，将所述Top面天线结构分割成相等的四等分；所述第五天线枝节22的数量为4个且沿顺时针均匀分布。
实施例2：
所述第一天线枝节11的数量为6个且沿顺时针均匀对称分布，所述第一天线枝节弧形结构角度为42°，所述第一天线枝节11之间有角度为18°的间隙，所述第一天线枝节11和间隙交叉放置，所述第二天线枝节12数量为6个且沿顺时针均匀对称分布，将所述Top面天线结构分割成相等的六等分；所述第五天线枝节22的数量为6个且沿顺时针均匀分布。
此种设计可以在工作频点电流不出现反相位，从而保证在远程方向图不出现反相抵消从而出现方向图零点凹陷。
所述同轴线的内同轴一端和所述第三天线枝节13的圆心相连，另一端和所述Bottom面天线结构的圆心相连，所述同轴线的外同轴和所述第六天线枝节23相连。在所述同轴线的内同轴和外同轴分别馈电，可以使得天线的电流尽量均匀分布。
更佳的，由于所述Top面天线结构和所述Bottom面天线是层叠摆放的，如此可以同时在所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构激励相应的电流分布，从而实现远场的辐射；所述第一天线枝节11和所述第四天线枝节21的尺寸相近，可以起到参差调谐的效果，从而拓宽带宽。
图2为本实施例提供的宽带全向手表天线在5.6GHz时的表面电流分布图，从图中可以看出，电流在上面和下面的圆环都金属呈现出均匀分布，且电流在整个外侧金属圆环上没有发生明显的反相，因此可以推测此时天线具有很好的全向辐射特性。
图3为本实施例提供的宽带全向手表天线在3.0GHz时的表面电流分布图，从图中可以看出，相较于天线在5.6GHz时的表面电流分布，天线在3.0GHz时的表面电流分布会呈现明显的最大最小值的变换，在天线外围，电流出现反相，会在远程形成抵消。
图4为本实施例提供的宽带全向手表天线在4-7GHz范围内的S参数仿真结果图，从图中可以看出，天线在图中在5-6GHz范围内出现两个明显的谐振，其中所述Top面天线结构对应的是低频谐振模式，所述Bottom面天线结构对应的是高频谐振模式，利用参差调谐效果可以使天线在4.8-6GHz范围内实现很好的谐振。
图5为本实施例提供的宽带全向手表天线的峰值增益仿真结果图，从图中可以看出，天线在4-7GHz范围内的峰值增益均在0-2dBi之间，并且在较宽的频率范围内的变换平缓，因此方向图和辐射特性基本不会出现明显的畸变。
图6为本实施例提供的宽带全向手表天线在5.4GHz的方向图仿真结果图，从图中可以看出，线具有很好的全向辐射特性，对应的增益接近0dBi，因此可确认方案中的天线实现了很好的全向辐射特性。
综上所述，本实施例提供一种宽带全向手表天线，包括背板结构、Top面天线结构、Bottom面天线结构；所述Top面天线结构包括弧形的第一天线枝节，呈“几”字形的第二天线枝节，呈实心圆形的第三天线枝节，所述第三天线枝节通过所述第二天线枝节和所述第一天线枝节连接在一起；所述Bottom面天线结构包括圆环形的的第四天线枝节，长条形的第五天线枝节，圆环形的第六天线枝节，所述第四天线枝节通过所述第五天线枝节和所述第六天线枝节连接在一起；通过此种层叠结构布局实现在工作频带内的电流源的均匀分布，均匀分布的电流源带来了全向辐射特性，通过参差调谐实现天线更宽的频率带宽，提升天线的性能。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (7)
1.一种宽带全向手表天线，其特征在于：包括背板结构、Top面天线结构、Bottom面天线结构、同轴线；所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构均为圆形，且所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构层叠放置，以在所述Top面天线结构和所述Bottom面天线结构激励相应的电流分布，从而实现远场的辐射；所述Top面天线结构包括弧形的第一天线枝节，呈“几”字形的第二天线枝节，呈实心圆形的第三天线枝节，所述第三天线枝节通过所述第二天线枝节和所述第一天线枝节连接在一起；所述Bottom面天线结构包括圆环形的第四天线枝节，长条形的第五天线枝节，圆环形的第六天线枝节，所述第四天线枝节通过所述第五天线枝节和所述第六天线枝节连接在一起；所述同轴线的内同轴一端和所述第三天线枝节的圆心相连，所述同轴线的外同轴和所述第六天线枝节相连；所述第一天线枝节数量为N个且均匀对称分布，N≥2，N为自然数；所述第二天线枝节数量为N个且沿顺时针均匀分布，N≥2，N为自然数；
所述第二天线枝节的金属带条包括从所述第一天线枝节到所述第三天线枝节依次相连的第一带条、第二带条、第三带条、第四带条和第五带条，所述第一带条的长度为1.2±0.1mm，所述第二带条和所述第四带条长度为1±0.1mm，所述第三带条长度为0.66±0.06mm，所述第五带条的长度为0.62±0.06mm，所述第二天线枝节的金属带条的宽度为0.3±0.03mm；所述Top面天线结构为低频谐振模式，所述Bottom面天线结构是高频谐振模式。
2.根据权利要求1所述的一种宽带全向手表天线，其特征在于，所述背板结构为介电常数为4.4，厚度为1.6mm的介质板。
3.根据权利要求1所述的一种宽带全向手表天线，其特征在于，所述第一天线枝节弧形结构角度为58±2°，带条宽度为2.48±0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种宽带全向手表天线，其特征在于，所述第三天线枝节半径为1.2±0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种宽带全向手表天线，其特征在于，所述第四天线枝节内圈半径为13.2±1mm，带条宽度为1.4±0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种宽带全向手表天线，其特征在于，所述第五天线枝节带条长度为7±0.7mm，宽度为0.84±0.08mm。
7.根据权利要求1所述的一种宽带全向手表天线，其特征在于，所述第六天线枝节内圈半径为1.8±0.1mm，带条宽度为4.4±0.4mm。
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