CN114784488A - 天线以及无线网关 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种天线以及无线通讯设备，天线包括环形辐射体、第一辐射臂以及第二辐射臂，环形辐射体设有开口，环形辐射体具有位于开口两侧的第一连接部和第二连接部，第一连接部设有馈电位，第二连接部设有接地位，第一辐射臂以及第二辐射臂均位于环形辐射体围成的区域外，第一辐射臂连接于第一连接部，第二辐射臂连接于第二连接部，且第一辐射臂与第二辐射臂分别朝两个相背的方向延伸设置。本申请提供的天线，开口可以避免接地位与馈电位之间的相互干扰，天线的第一辐射臂和第二辐射臂分别朝向两个相反的方向进行走线，避免第一辐射臂与第二辐射臂之间相互干扰，有效提升天线的辐射效率和传输距离。

Description

天线以及无线网关

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种天线以及无线网关。

背景技术

随着天线技术的不断发展，目前天线广泛地被使用，天线可以用于收发Wi-Fi或Zigbee信号等，由于现有天线结构的限制，天线本身的辐射结构之间彼此会存在辐射干扰，而且接地与馈源之间也容易相互干扰，这样使得天线的辐射和收发的性能变差，不利于对无线网关的天线性能的进一步优化。

发明内容

本申请实施例提出了一种天线。

本申请提供一种天线，包括环形辐射体、第一辐射臂以及第二辐射臂，环形辐射体设有开口，环形辐射体具有位于开口两侧的第一连接部和第二连接部，第一连接部设有馈电位，第二连接部设有接地位，第一辐射臂以及第二辐射臂均位于环形辐射体围成的区域外，第一辐射臂连接于第一连接部，第二辐射臂连接于第二连接部，且第一辐射臂与第二辐射臂分别朝两个相反的方向延伸设置。

本申请提供的天线，通过在位于开口的两侧第一连接部和第二连接部分别设有接地位和馈电位，这样开口可以将接地位和馈电位彼此间隔开来，以避免接地位与馈电位之间的相互干扰，这样可以调试匹配出实际的带宽，天线能够作为双极天线，保证辐射效率的稳定性，同时，天线的第一辐射臂和第二辐射臂分别朝向两个相反的方向进行走线，避免第一辐射臂与第二辐射臂之间相互干扰，同时，采用这样的走线方式能够避免一些由于内部周围环境净空不足或元器件的干扰，第一辐射臂和第二辐射臂的端部能够与馈线远离，以使得第一辐射臂和第二辐射臂能够避开馈线的干扰从而能够更好发挥性能，有效地提升了天线的辐射效率和辐射距离。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例提供的一种无线通讯设备在组装状态下的结构示意图。

图2是如图1所示无线通讯设备的爆炸示意图。

图3是如图2所示无线通讯设备的天线的结构示意图。

图4如图3所示无线通讯设备的天线以及馈线在连接状态下的局部结构示意图。

图5是如图2所示无线通讯设备的馈线的局部结构的尺寸示意图。

图6如图2所示无线通讯设备中天线的方向图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

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清楚、完整地描述。

请参阅图1和图2，本申请提供一种无线通讯设备20，无线通讯设备20可以是无线网关、无线路由器等设备，无线通讯设备20包括馈线22以及天线10。

在本实施例中，无线通讯设备20包括外壳21，外壳21可以包括顶壳211以及底壳212，顶壳211设于底壳212上，顶壳211与底壳212共同限定形成收容腔2121，收容腔2121用于收容电路板等结构，顶壳211与底壳212可以为可拆卸连接。顶壳211可以呈蘑菇状壳体、球体状、半球体状或者矩形体状，具体可以根据实际需求进行设计。

在本实施例中，外壳21内设有安装部213，安装部213包括平面部分，天线10可以平铺在安装部213的平面部分上，这样可以尽量保持天线10的原状，从而保持天线10优良的天线性能。需要说明的是，可以直接在外壳21的内表面加工形成安装部213，或者，安装部213可以为单独的安装板，安装板固定在外壳21的内表面，天线10贴合在安装板上。

在本实施例中，天线设备20还包括电路板(图未示出)，电路板通过馈线与天线10进行电性连接，以用于向天线10馈入激励电流。电路板可以与安装部213相对间隔设置，例如，两者可以在收容腔2121的深度方向相对间隔设置，天线10可以设于安装部213背离电路板的表面，以避免电路板上的电子器件干扰天线10。此外，也可以直接在电路板上设有净空区域，天线10设置于净空区域内。

在本实施例中，天线10可以为Zigbee天线或Wi-Fi天线等，以下以天线10为Zigbee天线为例进行说明。

在本实施例中，天线10可以为柔性结构，例如为Zigbee柔性天线。天线10可以为柔性片体结构，其可以贴合在安装部213的平面部分。此外，天线10还可以贴合在弧度较为平缓的表面上。通过将天线10设置为柔性片体结构，这样能够减小天线10的体积，减小空间的占用，同时只需要将天线10粘接在安装部213即可。

请参阅图3，在本实施例中，天线10包括环形辐射体11、第一辐射臂12以及第二辐射臂13，环形辐射体11设有开口111，环形辐射体11具有位于开口111两侧的第一连接部1111和第二连接部1112。第一连接部1111设有馈电位1113，第二连接部1112设有接地位1114，第一辐射臂12以及第二辐射臂13均位于环形辐射体11围成的区域外。第一辐射臂12连接于第一连接部1111，第二辐射臂13连接于第二连接部1112，且第一辐射臂12与第二辐射臂13分别朝两个相背的方向延伸设置。天线10的长度可以满足波长的四分之一，具体可以根据实现需求进行调整。

通过在第一连接部1111设有馈电位1113，第二连接部1112设有接地位1114，而且第一辐射臂12连接于第一连接部1111，第二辐射臂13连接于第二连接部1112，且第一辐射臂12与第二辐射臂13分别朝两个相背的方向延伸设置，这样使得天线10作为双极天线，双极天线又称PIFA天线，双极天线具有更加稳定的辐射性能。由于第一辐射臂12以及第二辐射臂13均位于环形辐射体11围成的区域外，这样可以避免第一辐射臂12以及第二辐射臂13受到环形辐射体11的信号干扰。

本申请提供的天线10，通过在位于开口111的两侧第一连接部1111和第二连接部1112分别设有接地位1114和馈电位1113，这样开口111可以将接地位1114和馈电位1113彼此间隔开来，以避免接地位1114与馈电位1113之间的相互干扰，这样可以调试匹配出实际的带宽，同时，天线10能够作为双极天线，保证辐射效率的稳定性，同时，天线10的第一辐射臂12和第二辐射臂13分别朝向两个相背的方向进行走线，避免第一辐射臂12与第二辐射臂13之间相互干扰，同时，采用这样的走线方式能够避免一些由于内部周围环境净空不足或元器件的干扰，第一辐射臂12以及第二辐射臂13的走线方向能够相对于馈线22远离，以使得第一辐射臂12的端部和第二辐射臂13的端部能够避开馈线22的干扰从而能够更好发挥性能，有效提升天线10的辐射效率和传输距离。

在本实施例中，环形辐射体11可以大致呈矩形环状结构，环形辐射体11具有一长度方向X和宽度方向Y，长度方向X与宽度方向Y大致垂直。环形辐射体11包括相对的第一辐射边1115和第二辐射边1116，开口111贯穿第一辐射边1115。第一辐射边1115和第二辐射边1116可以作为环形辐射体11的长侧边，第一辐射边1115与第二辐射边1116可以大致平行设置，两者可以与长度方向X大致平行。环形辐射体11还包括第三辐射边1117以及第四辐射边1118，第三辐射边1117与第四辐射边1118相对间隔设置，并均连接在第一辐射边1115与第二辐射边1116之间，第三辐射边1117与第四辐射边1118可以平行间隔设置，两者均可以与宽度方向Y大致平行，第三辐射边1117和第四辐射边1118可以作为环形辐射体11的短侧边。这样有利于馈入的激励电流沿较长的环形路径进行信号的辐射，有利于提升环形辐射体11的辐射效率和辐射范围。

在本实施例中，环形辐射体11限定形成中空部1119，中空部1119与开口111连通，也即中空部1119是形成于环形辐射体11所围成的区域内。在本实施例中，中空部1119为条形的镂空区域，中空部1119呈直线延伸设置。具体地，中空部1119可以大致沿环形辐射体11的长度方向X延伸设置。通过设置中空部1119，有利于控制天线10的频率带宽，这样能够调试匹配出实际天线10所需的带宽，以使得天线10的带宽处于合适的带宽范围内。

在本实施例中，第一连接部1111连接于第一辐射边1115位于开口111的一端，第二连接部1112连接于第一辐射边1115位于开口111的另一端，第一连接部1111和第二连接部1112通过开口111彼此间隔开。这样设于第一连接部1111的馈电位1113能够与设于第二连接部1112的接地位1114相互间隔，有效地避免馈电位1113与接地位1114之间的相互干扰，同时，流经第一连接部1111的激励电流与流经第二连接部1112的激励电流不会相互干扰，有效地提升了天线10的辐射效率。

在一些实施方式中，如图3所示，第一连接部1111与第二连接部1112可以大致平行间隔设置，两者可以大致沿平行于宽度方向Y延伸设置，这样可以避免流经第一连接部1111与第二连接部1112的激励电流彼此之间均匀间隔，从而避免第一连接部1111与第二连接部1112的激励电流的相互干扰，从而有利于天线10辐射效率和辐射距离的提升。

在一些实施方式中，如图3所示，馈电位1113可以邻近于第一连接部1111远离环形辐射体11的一端设置，接地位1114可以邻近于第二连接部1112靠近环形辐射体11的一端设置。这样可以将馈电位1113与接地位1114之间尽量远离，避免彼此之间的相互干扰。

在本实施例中，第一辐射臂12可以连接于第一连接部1111远离环形辐射体11的一端，第二辐射臂13可以连接于第二连接部1112远离环形辐射体11的一端，第一辐射臂12朝向第三辐射边1117所在的方向延伸设置，第二辐射臂13朝向第四辐射边1118所在的方向延伸设置，从而使得第一辐射臂12和第二辐射臂13分别朝向两个相互背离的方向分别走线，这样可以避免一些由于周围环境净空不足或元器件干扰，由于第一辐射臂12是朝向第三辐射边1117所在的方向延伸设置，因此，第一辐射臂12的一端部与馈电位1113是相互远离的，这样可以更好的发挥第一辐射臂12的辐射性能，相应地，第二辐射臂13的远离第二连接部1112的端部与馈电位1113也是相互远离的，这样也可以更好的发挥第二辐射臂13的辐射性能。

在本实施例中，第一辐射臂12与第二辐射臂13关于开口111呈大致对称设置。这样可以使得第一辐射臂12与第二辐射臂13可以收发大致相同的辐射信号，实现天线10信号的均匀收发。同时，环形辐射体11也可以关于开口111呈对称设置，这样可以进一步地保证天线10左右两端信号收发的均匀性。

在一些实施方式中，第一辐射臂12和第二辐射臂13中的每个包括相连接的第一片体121和第二片体122，第二片体122的宽度大于第一片体121的宽度，第一辐射臂12的第二片体122通过第一片体121连接于第一连接部1111，第二辐射臂13的第二片体122通过第一片体121连接于第二连接部1112。具体地，第一片体121和第二片体122为一体结构，第一片体121的厚度与第二片体122的厚度可以大致相同，其中，第一片体121的厚度方向的两个表面可以分别与第二片体122厚度方向对应的表面大致齐平设置，这样有利于加工形成第一辐射臂12和第二辐射臂13。

进一步地，第二片体122的宽度可以处处大于第一片体121的宽度，第二片体122作为辐射臂的末端。这样通过将第一辐射臂12的末端和第二辐射臂13的末端的宽度加宽设置，从而使得天线10的频率降低，以使得天线10的频率对应所需的2.4G频段，这样不仅可以提升天线10在该频段的辐射效率，而且有利于减少天线10整体长度，因为这样不需要将第一辐射臂12和第二辐射臂13设置的很长才能够实现2.4G频段的覆盖。

在一些实施方式中，第一辐射臂12的第一片体121与环形辐射体11之间形成第一间隙1216，第二辐射臂13的第一片体121与环形辐射体11之间形成第二间隙1226。具体地，第一间隙1216形成于第一辐射臂12的第一片体121与第一辐射边1115的第一部分之间，第二间隙1226形成于第二辐射臂13的第一片体121与第一辐射边1115的第二部分之间，第一部分和第二部分分别位于开口111的两侧。通过设置第一间隙1216和第二间隙1226，能够将第一辐射臂12以及第二辐射臂13与环形辐射体11之间尽量隔开，避免第一辐射臂12以及第二辐射臂13与环形辐射体11之间的相互干扰，同时这样还可以增加整个天线10的电流路径，保证辐射范围。

在一些实施方式中，第一辐射臂12和第二辐射臂13的第一片体121可以大致呈直线延伸设置，示例性地，第一辐射臂12和第二辐射臂13的第一片体121均可以沿平行于第一辐射边1115的方向延伸设置，这样可以使得激励电流径直地通过第一片体121和第二片体122，从而有效地提升第一辐射臂12以及第二辐射臂13辐射信号的均匀性。

在本实施例中，第一辐射臂12具有背离第二辐射臂13的第一侧边1211，第二辐射臂13具有背离第一辐射臂12的第二侧边1311，第一侧边1211与第二侧边1311之间具有第一间距L1。第一间距L1可以大于或等于39.0mm且小于或等于43mm。具体地，第一侧边1211和第二侧边1311的延伸方向可以与环形辐射体11的宽度方向Y大致平行。可以理解的是，第一间距L1可以是第一侧边1211与第二侧边1311沿宽度方向Y的间距。通过将第一间距L1控制在上述的范围内，可以有效地提升天线10的辐射距离和辐射效率。

在本实施例中，第一辐射臂12具有远离第一辐射边1115的第三侧边1212，第二辐射臂13具有远离第一辐射边1115的第四侧边1312，第三侧边1212与第二辐射边1116之间具有第二间距L2，第四侧边1312与第二辐射边1116之间具有第三间距L3，其中，第二间距L2以及第三间距L3可以大于或等于9.0mm且小于或等于9.4mm。具体地，第三侧边1212与第四侧边1312的延伸方向可以与环形辐射体11的长度方向X大致平行，第三侧边1212与第四侧边1312可以大致齐平设置。进一步地，第三侧边1212与第二辐射边1116之间的第二间距L2可以处处相等，相应地，第四侧边1312与第二辐射边1116之间的之间的第二间距L3也可以处处相等。通过将第二间距L2以及第三间距L3控制在上述的范围内，可以进一步地提升天线10的辐射距离和辐射效率。

在一些实施方式中，如图3所示，第一辐射臂12与第一连接部1111的连接处设有第一缺口1213，第二辐射臂13与第二连接部1112的连接处设有第二缺口1313。这样为了防止在调试期间天线10的实际频率不够，通过在对应的辐射臂与对应的连接臂的连接处设置第一缺口1213和第二缺口1313，使网分波形向低频部分偏移，从而使得天线10的收发的频段能够覆盖至所需的低频段。

请参阅图5，在本实施例中，馈线22具有彼此电性隔离的接地层222和线芯221，接地层222连接于接地位1114，线芯221连接于馈电位1113。通过一根馈线22能够同时将接地位1114接地，以及向馈电位1113馈入对应的激励电流，这样可以简化天线10的接线结构，同时避免多根线路与天线10接线时对天线10产生干扰。馈线22还包括介质层223以及绝缘层224，介质层223包裹在线芯221外，接地层222包裹在介质层223外，绝缘层224包裹在接地层222外。线芯221可以与馈电位1113进行电性连接以用于向馈电位1113馈入激励电流，接地层222用于对馈电位1113进行接地。示例性地，线芯221露出的长度X1可以大于或等于1.4mm且小于或等于1.6mm，介质层223露出的长度X2可以大于或等于0.9mm且小于或等于1.1mm，接地层222露出的长度X3可以大于或等于1.9mm且小于或等于2.1mm。通过将馈线22的线芯、介质层223以及接地层222控制在上述的范围内，这样可以降低馈线22对天线10驻波以及隔离度的影响，以使天线10的驻波和隔离度符合要求，有效地保证天线10的辐射性能。

请参阅表1和表2，表1为未改进前的天线对应的天线性能，表3未为改进前的天线在不同场景模式下的信号传输距离，表2本申请提供的改进后的天线10对应的天线性能，表4为本申请提供的改进后的天线10在不同场景模式下的信号传输距离。显然可以看出，本申请提供的天线10，通过将天线10的第一连接部1111设有馈电位1113，第二连接部1112设有接地位1114，而且第一辐射臂12连接于第一连接部1111，第二辐射臂13连接于第二连接部1112，且第一辐射臂12与第二辐射臂13分别朝两个相背的方向延伸设置，这样可以显著地提升了天线10的增益和辐射效率，同时也大大地天线10的信号的传输距离。改进后天线10的效率较旧天线整体效率提高10％以上，改进后的天线10的辐射效率在71.10％-75.49％之间，显然大大地提升了辐射效率，天线10的信号传输距离相比于未改进前的天线超出了30m左右，达到目标值135m以上。

频率(MHz)	增益(dBi)	辐射效率(％)
			2400.0	1.99	61.69
2410.0	2.17	62.26
			2420.0	2.40	63.67
2430.0	2.58	63.81
			2440.0	2.77	63.76
2450.0	3.04	64.96
			2460.0	3.23	60.72
2470.0	3.28	61.19
			2480.0	3.23	61.00
2490.0	3.12	60.02
			2500.0	3.02	61.92

表1(优化前的方案)

表2(优化后的方案)

表3(优化后的方案)

表4(优化后的方案)

再请参阅图6，图6为改进后天线10的方向图，通过将天线10的第一间距L1、第二间距L2以及第三间距L3控制在上述的取值范围内，显然可以看出天线10在多个方向上均具有较强的辐射强度，尤其，天线10在Z轴方向上的辐射强度显著增强，这样可以明显地增加天线10在该方向上的辐射距离和收发信号的能力。

应当理解的是，本说明书中，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请中，“多个”包括两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：

环形辐射体，所述环形辐射体设有开口，所述环形辐射体具有位于所述开口两侧的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部设有馈电位，所述第二连接部设有接地位；

第一辐射臂以及第二辐射臂，所述第一辐射臂以及所述第二辐射臂均位于所述环形辐射体围成的区域外，所述第一辐射臂连接于所述第一连接部，所述第二辐射臂连接于所述第二连接部，且所述第一辐射臂与所述第二辐射臂分别朝两个相背的方向延伸设置。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射臂与所述第二辐射臂关于所述开口呈对称设置。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂中的每个包括相连接的第一片体和第二片体，所述第二片体的宽度大于所述第一片体的宽度，所述第一辐射臂的第二片体通过对应的所述第一片体连接于所述第一连接部，所述第二辐射臂的第二片体通过对应的所述第一片体连接于所述第二连接部。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一辐射臂的第一片体和所述第二辐射臂的第一片体呈直线延伸设置。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一辐射臂的第一片体与所述环形辐射体之间形成第一间隙，所述第二辐射臂的第一片体与所述环形辐射体之间形成第二间隙。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射臂与所述第一连接部的连接处设有第一缺口，所述第二辐射臂与所述第二连接部的连接处设有第二缺口。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述环形辐射体限定形成中空部，所述中空部与所述开口连通，所述中空部呈直线延伸设置。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射臂具有背离所述第二辐射臂的第一侧边，所述第二辐射臂具有背离所述第一辐射臂的第二侧边，所述第一侧边与所述第二侧边之间具有第一间距L1，所述第一间距L1大于或等于39.0mm且小于或等于43mm。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述环形辐射体包括相对的第一辐射边和第二辐射边，所述开口贯穿所述第一辐射边，所述第一辐射臂具有远离所述第一辐射边的第三侧边，所述第二辐射臂具有远离所述第一辐射边的第四侧边，所述第三侧边与所述第二辐射边之间具有第二间距L2，所述第四侧边与所述第二辐射边之间具有第三间距L3，其中，所述第二间距L2以及所述第三间距L3大于或等于9.0mm且小于或等于9.4mm。

10.一种无线通讯设备，其特征在于，所述无线通讯设备包括馈线以及如权利要求1-9中任一项所述的天线，所述馈线具有彼此电性隔离的接地层和线芯，所述接地层连接于所述接地位，所述线芯连接于所述馈电位。

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