CN115000710A

CN115000710A - 一种天线

Info

Publication number: CN115000710A
Application number: CN202210554151.6A
Authority: CN
Inventors: 秦坤; 左成杰; 何军
Original assignee: Anhui Annuqi Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Annuqi Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2042-05-20
Also published as: CN115000710B

Abstract

本发明公开了一种天线，包括：电磁天线和声波天线；所述电磁天线与所述声波天线连接；其中，所述电磁天线的工作频段大于所述声波天线的工作频段。本发明提供的技术方案，利用电磁天线的高频段工作频段，保证电磁天线的加工尺寸，降低电磁天线的加工难度，利用声波天线低频段的工作频段，使天线在低频段有较小的天线尺寸，通过电磁天线和声波天线无需增大天线尺寸，即可实现多频段工作，进一步拓宽了天线的工作频段，同时可以拓展多个电磁天线和多个声波天线连接组合形成天线阵列，进一步提高天线的工作性能。

Description

一种天线

技术领域

本发明实施例涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种天线。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在现代通信中，多频和宽频天线受低频工作频段的限制，导致天线的整体尺寸偏大。特别是在芯片天线的设计中，往往由于低频段的存在，导致芯片天线尺寸受限或者性能下降。

发明内容

本发明提供一种天线，降低天线的加工难度，并且无需增大天线尺寸，即可实现多频段工作，进一步拓宽了天线的工作频段，同时可以拓展多个电磁天线和多个声波天线连接组合形成天线阵列，进一步提高天线的工作性能。

本发明实施例提供一种天线，包括：电磁天线和声波天线；所述电磁天线与所述声波天线连接；其中，所述电磁天线的工作频段大于所述声波天线的工作频段。

可选的，所述声波天线包括压电层、磁致伸缩层、正电极层和第一接地电极层；所述压电层和所述磁致伸缩层之间设置所述正电极层，所述第一接地电极层设置在所述压电层远离所述正电极层的表面。

可选的，所述电磁天线包括介质层、辐射电极层和第二接地电极层；所述辐射电极层设置在所述介质层的第一表面，所述第二接地电极层设置在所述介质层的第二表面，其中，所述第一表面和所述第二表面为相对表面。

可选的，所述电磁天线与所述声波天线在基板上间隔预设距离并排排列；所述电磁天线与所述声波天线并联连接；其中，所述第一接地电极层与所述基板的接地端连接，所述正电极层与所述辐射电极层电连接，所述第二接地电极层与所述接地端连接；所述辐射电极层或所述正电极层与信号输入端连接。

可选的，所述电磁天线与所述声波天线在基板上间隔预设距离并排排列；所述电磁天线与所述声波天线串联连接；其中，所述正电极层与信号输入端连接，所述第一接地电极层与所述辐射电极层连接，所述第二接地电极层与所述基板的接地端连接；

或，所述辐射电极层与所述信号输入端连接，所述第二接地电极层与所述正电极层连接，所述第一接地电极层与所述接地端连接。

可选的，所述声波天线设置在基板上，所述电磁天线设置在所述声波天线远离所述基板的一侧；所述电磁天线与所述声波天线并联连接；其中，所述第二接地电极层在所述磁致伸缩层远离所述基板的一侧；所述辐射电极层与所述正电极层电连接；所述第二接地电极层与所述第一接地电极层连接；所述第一接地电极层与接地端连接。

可选的，所述第二接地电极层设置有耦合缝隙；所述辐射电极层与所述正电极层之间通过所述耦合缝隙耦合电连接。

可选的，所述电磁天线设置在基板上，所述声波天线设置在所述电磁天线远离所述基板的一侧；所述电磁天线与所述声波天线并联连接；其中，所述压电层在所述第二接地电极层远离所述基板的一侧，所述辐射电极层与所述正电极层电连接；所述第二接地电极层复用为所述第一接地电极层，所述第二接地电极层与接地端连接。

可选的，所述介质层根据所述声波天线的工作频段设置有空气隙或者空气腔结构；所述空气隙和所述空气腔结构均用于提高所述声波天线的声波信号强度。

本发明提供的技术方案通过电磁天线和声波天线连接，利用电磁天线的高频段工作频段，保证电磁天线的加工尺寸，降低电磁天线的加工难度，利用声波天线低频段的工作频段，使天线在低频段有较小的天线尺寸，通过电磁天线和声波天线无需增大天线尺寸，即可实现多频段工作，进一步拓宽了天线的工作频段。同时可以拓展多个电磁天线和多个声波天线连接组合形成天线阵列，进一步提高天线的工作性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种声波天线的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种电磁天线的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的又一种电磁天线的结构示意图

图6为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图9为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图10为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图11为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图12为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

图13为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图。

具体实施方式

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作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。

图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图，图2为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图1和图2，包括：电磁天线110和声波天线120；电磁天线110与声波天线120连接；其中，电磁天线110的工作频段大于声波天线120的工作频段。

具体的，电磁天线110将射频信号与自由空间中的电磁波相互转换，实现信号传输与接收。声波天线120基于声学波和磁场的耦合效应，在压电材料与磁性材料组成的结构中，当压电材料被施加电压时会产生变形，并传递至磁性材料使磁性材料形变从而产生震荡，并最终完成电磁波的发射。一般电磁天线110的设计尺寸与天线工作频率为反比关系，通常，天线长度＝C/(2f)，即二分之一波长，或者天线长度＝C/(4f)，即四分之一波长，其中C表示光速，f表示天线的工作频率。因此天线工作频段为低频段时，尺寸会进一步变大，从而影响芯片尺寸。由于声波驱动机制，使声波天线120的尺寸能匹配声学波的波长，其中，声学波长比电磁波波长短。因此在同一工作频率下，声波天线120的尺寸是更小的。例如，工作在2.5GHz频率下的声波天线120，可将传统电磁天线110的尺寸缩小两个数量级。其中，电磁天线110和声波天线120可以采用串联连接或并联连接。电磁天线110和声波天线120串联连接时，将电磁天线110和声波天线120连接，可以选择电磁天线110或声波天线120与信号输入端130连接，用以接收射频信号。电磁天线110和声波天线120并联连接时，则电磁天线110和声波天线120分别与信号输入端130连接。电磁天线110的工作频段可以设置在高频段，能够保证电磁天线110的加工尺寸，从而降低电磁天线110的加工难度。并且利用声波天线120在低频段下较小的天线尺寸，通过电磁天线110和声波天线120实现多频段工作，并且拓宽了天线的工作频段。需要说明的是，通常高频段是指6GHz以上，低频段是指6GHz一下，本发明实施例的具体频段仅做示例，不做具体限定。本发明实施例示例性的仅以单一电磁天线和声波天线说明，但不对电磁天线和声波天线的应用个数进行限制，示例性的，可以继续拓展为多个电磁天线和多个声波天线连接组合形成天线阵列，进一步提高天线的工作性能。

本发明实施例通过电磁天线和声波天线连接，电磁天线的工作频段为高频段，保证电磁天线的加工尺寸，降低电磁天线的加工难度，并且声波天线在的工作频段为低频段，使天线在低频段有较小的天线尺寸，通过电磁天线110和声波天线120无需增大天线尺寸，即可实现多频段工作，进一步拓宽了天线的工作频段。同时可以拓展多个电磁天线和多个声波天线连接组合形成天线阵列，进一步提高天线的工作性能。

图3为本发明实施例提供的一种声波天线的结构示意图，参见图3，声波天线120包括磁致伸缩层210、压电层220、正电极层230和第一接地电极层240；磁致伸缩层210和压电层220之间设置正电极层230，在压电层220远离正电极层230的表面设置第一接地电极层240。

具体的，磁致伸缩层210包括磁致伸缩材料，例如，FeGaB磁电复合材料，磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，机械能转换为电能。压电层220包括压电材料，压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。示例性的，本发明实施压电层220采用氮化铝。电磁天线110采用磁致伸缩层210和压电层220的层叠结构，完成“电-声-电磁”的转换，产生电磁辐射。其中，正电极层230设置在磁致伸缩层210和压电层220之间，第一接地电极层240设置在压电层220远离正电极层230的表面，正电极层230可以接收射频信号，进而压电层220根据射频信号产生交变电压，从而磁致伸缩层210根据交变电压产生与交变磁场频率相同的机械振动。

图4为本发明实施例提供的一种电磁天线的结构示意图，图5为本发明实施例提供的又一种电磁天线的结构示意图，参见图4和图5，电磁天线110包括介质层310、辐射电极层320和第二接地电极层330；辐射电极层320设置在介质层310的第一表面，第二接地电极层330设置在介质层310的第二表面，其中，第一表面和第二表面为相对表面。

具体的，介质层310的相对表面上分别设置辐射电极层320和第二接地电极层330，其中，介质层310包括常见的PCB材质、Si或玻璃等材料，信号输入端可以与辐射电极层320连接，辐射电极层320耦合射频信号，将射频信号与自由空间中的电磁波相互转换。在实际应用中，为了便于电磁天线110的排布连接，示例性的，如图5所示，还可以将介质层310的相对表面会分别覆盖第二接地电极层330，相对表面上的第二接地电极层330相互电连接，辐射电极层320可以设置在介质层310内部。

图6为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，图7为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图6和图7，电磁天线110与声波天线120在基板140上间隔预设距离并排排列；电磁天线110与声波天线120并联连接；其中，第一接地电极层240与基板140的接地端连接，正电极层230与辐射电极层320电连接，第二接地电极层330与接地端连接；辐射电极层320或正电极层230与信号输入端130连接。

具体的，电磁天线110和声波天线120在基板140上并排排列，其中，电磁天线110和声波天线120之间间隔预设距离，可以作为天线净空区，避免对电磁天线110的电磁信号影响，提高天线性能。并且由于声波天线120是磁源激励，以及声波天线120工作在低频段，因此还可以降低天线净空区的尺寸要求。基板140上设置接地端，接地端与接地金属线连接。第一接地电极层240和第二接地电极层330分别与基板140的接地端连接，正电极层230与辐射电极层320电连接，其中，正电极层230与辐射电极层320可以通过连接结构实现电连接，其中连接结构可以为金属线直接连接，也可以包含额外的分布式或集总式的匹配结构，如串并联结构的电感、电容等以此实现正电极层230与辐射电极层320电连接。其中，辐射电极层320可以与信号输入端130连接接收射频信号，或正电极层230与信号输入端130连接接收射频信号，实现电磁天线110和声波天线120的并联连接。

图8为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，图9为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图8和图9，电磁天线110与声波天线120在基板140上间隔预设距离并排排列；电磁天线110与声波天线120串联连接；其中，正电极层230与信号输入端130连接，第一接地电极层240与辐射电极层320连接，第二接地电极层330与基板140的接地端连接；

或，辐射电极层320与信号输入端130连接，第二接地电极层330与正电极层230连接，第一接地电极层240与接地端连接。

具体的，电磁天线110和声波天线120在基板140上并排排列，其中，电磁天线110和声波天线120之间间隔预设距离，可以作为天线净空区，避免对电磁天线110的电磁信号影响，提高混合天线性能。并且由于声波天线120是磁源激励，以及声波天线120工作在低频段，因此还可以降低天线净空区的尺寸要求。基板140上设置接地端，接地端与接地金属线连接。第一接地电极层240与辐射电极层320电连接，正电极层230与信号输入端130连接，第一接地电极层240与接地端连接，实现电磁天线110和声波天线120的串联连接。

图10为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图10，声波天线120设置在基板140上，电磁天线110设置在声波天线120远离基板140的一侧；电磁天线110与声波天线120并联连接；其中，第二接地电极层330在磁致伸缩层210远离基板的一侧；辐射电极层320与正电极层230电连接；第二接地电极层330与第一接地电极层240连接；第一接地电极层240与接地端连接。

具体的，在基板140表面垂直方向上，电磁天线110和声波天线120层叠设置实现并联连接，其中，声波天线120设置在基板140上，声波天线120的第一接地电极层240与基板140的接地端连接，第二接地电极层330在磁致伸缩层210远离基板的一侧，其中，磁致伸缩层210和压电层220可以设置有第一通孔，第一接地电极层240和第二电极层通过第一通孔电连接，正电极层230与第一通孔之间需要预留距离，即正电极层230与第一通孔不接触，避免正电极层230与接地端短路。示例性的，在介质层310和磁致伸缩层210还可以设置有第二通孔，辐射电极层320和正电极层230通过第二通孔电连接，其中，第二电极层与第二通孔之间预留距离，即第二电极层与第二通孔不接触，避免连接短路。

图11为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图11，第二接地电极层330设置有耦合缝隙；辐射电极层320与正电极层230之间通过耦合缝隙耦合电连接。

具体的，在基板140表面垂直方向上，电磁天线110和声波天线120层叠设置实现并联连接，其中，声波天线120设置在基板140上，声波天线120的第一接地电极层240与基板140的接地端连接，第二接地电极层330在磁致伸缩层210远离基板的一侧，其中，磁致伸缩层210和压电层220可以设置有第一通孔，第一接地电极层240和第二电极层通过第一通孔电连接，正电极层230与第一通孔之间需要预留距离，即正电极层230与第一通孔不接触，避免正电极层230与接地端短路。电磁天线110和声波天线120之间可以采用电磁耦合的方式连接，例如，将声波天线120的正电极层230作为电磁天线110的激励结构的一部分。电磁天线110和声波天线120采用孔径耦合实现连接，在第二接地电极层330设置耦合缝隙410，其中，耦合缝隙410的尺寸可以根据声波天线120的工作频率进行设计调整，声波天线120的正电极层230通过耦合缝隙410激励电磁天线110，实现辐射电极层320与正电极层230之间的耦合电连接。

图12为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图12，电磁天线110设置在基板上，声波天线120设置在电磁天线110远离基板140的一侧；电磁天线110与声波天线120并联连接；其中，压电层220在第二接地电极层330远离基板140的一侧，辐射电极层320与正电极层230电连接；第二接地电极层330复用为第一接地电极层240，第二接地电极层330与接地端连接。

具体的，在基板140表面垂直方向上，电磁天线110和声波天线120层叠设置实现并联连接，其中，电磁天线110设置在基板140上，如图13所示，压电层220在第二接地电极层330远离基板140的一侧，第二接地电极层330复用第一接地电极层240，示例性的，介质层310上可以设置第三通孔，第二接地电极层330通过第三通孔与基板140接地端连接，辐射电极层320与第三通孔不接触。介质层310和压电层220上可以设置第四通孔，辐射电极层320和正电极层230之间通过第四通孔连接。

图13为本发明实施例提供的又一种天线的结构示意图，参见图13，在实际应用中，为了便于电磁天线110的排布连接，还可以将介质层310的相对表面会分别覆盖第二接地电极层330，相对表面上的第二接地电极层330相互电连接，辐射电极层320可以设置在介质层310内部。电磁天线110设置在基板140上，介质层310一表面上的第二接地电极层330与接地端连接，压电层220在介质层310远离基板140的一侧，即介质层310另一表面上的第二接地电极层330与压电层220连接，第二接地电极层330复用第一接地电极层240，示例性的，介质层310上可以设置第三通孔，第二接地电极层330通过第三通孔与基板140接地端连接，辐射电极层320与第三通孔不接触。介质层310和压电层220上可以设置第四通孔，辐射电极层320和正电极层230之间通过第四通孔连接。

基于上述实施例，可选的，介质层310根据声波天线120的工作频段设置有空气隙或者空气腔结构；空气隙和空气腔结构均用于提高声波天线120的声波信号强度。

具体的，在基板140表面垂直方向上，声波天线120设置在电磁天线110远离基板140的一侧层叠设置时，可以将电磁天线110的介质材料作为衬底，在辐射电极层320和正电极层230之间的介质层310中设计空气隙或者空气腔结构，其中，空气隙或者空气腔结构的尺寸与声波天线120的工作频段相关，利用空气隙或者空气腔结构，在压电层220产生机械振动的声波通过空气隙或者空气腔结构发生声波全反射，提高声波天线120的声波信号强度，同时利用介质层310做衬底也可以增强声波天线120的结构强度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种天线，其特征在于，包括：电磁天线和声波天线；所述电磁天线与所述声波天线连接；其中，所述电磁天线的工作频段大于所述声波天线的工作频段。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述声波天线包括压电层、磁致伸缩层、正电极层和第一接地电极层；所述压电层和所述磁致伸缩层之间设置所述正电极层，所述第一接地电极层设置在所述压电层远离所述正电极层的表面。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述电磁天线包括介质层、辐射电极层和第二接地电极层；所述辐射电极层设置在所述介质层的第一表面，所述第二接地电极层设置在所述介质层的第二表面，其中，所述第一表面和所述第二表面为相对表面。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述电磁天线与所述声波天线在基板上间隔预设距离并排排列；所述电磁天线与所述声波天线并联连接；其中，所述第一接地电极层与所述基板的接地端连接，所述正电极层与所述辐射电极层电连接，所述第二接地电极层与所述接地端连接；所述辐射电极层或所述正电极层与信号输入端连接。

5.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述电磁天线与所述声波天线在基板上间隔预设距离并排排列；所述电磁天线与所述声波天线串联连接；其中，所述正电极层与信号输入端连接，所述第一接地电极层与所述辐射电极层连接，所述第二接地电极层与所述基板的接地端连接；

6.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述声波天线设置在基板上，所述电磁天线设置在所述声波天线远离所述基板的一侧；所述电磁天线与所述声波天线并联连接；其中，所述第二接地电极层在所述磁致伸缩层远离所述基板的一侧；所述辐射电极层与所述正电极层电连接；所述第二接地电极层与所述第一接地电极层连接；所述第一接地电极层与接地端连接。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第二接地电极层设置有耦合缝隙；所述辐射电极层与所述正电极层之间通过所述耦合缝隙耦合电连接。

8.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述电磁天线设置在基板上，所述声波天线设置在所述电磁天线远离所述基板的一侧；所述电磁天线与所述声波天线并联连接；其中，所述压电层在所述第二接地电极层远离所述基板的一侧，所述辐射电极层与所述正电极层电连接；所述第二接地电极层复用为所述第一接地电极层，所述第二接地电极层与接地端连接。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述介质层根据所述声波天线的工作频段设置有空气隙或者空气腔结构；所述空气隙和所述空气腔结构均用于提高所述声波天线的声波信号强度。