CN115917877A - 多频带环形天线 - Google Patents

Abstract

描述了一种多频带环形天线(100)，其包括在电路板(150)的第一层(151)上的第一导电L形部分结构(110)。第一部分结构(110)具有第一谐振频率和天线(100)的馈给点(107)。多频带环形天线(100)包括在电路板(150)的第一层(151)上的第二导电L形部分结构(120)，其中，第二部分结构(120)构造用于第二谐振频率。第一部分结构(110)和第二部分结构(120)在耦合区(109)中彼此电容耦合。此外，多频带环形天线(100)包括导电的第一参考区域(105)。第一部分结构(110)和第二部分结构(120)这样布置在电路板(150)的第一层(151)上，使得它们与第一参考区域(105)一起形成环路(109)。

Description

多频带环形天线

技术领域

本发明涉及一种用于发送或用于接收无线电信号的环形天线，该环形天线实现在电路板上。

背景技术

设立成以便通过无线通信网络进行通信的电子设备通常包括至少一个用于接收和/或用于发送无线电信号的天线。在此电子设备可以设立成在大量不同的频带上接收或发送无线电信号，特别是在两个不同的频带或频率范围上。为此目的，该设备可以包括多频带天线、特别是双频带天线。可以提供示例性双频带天线，例如用于2.4-2.5GHz和5.1-5.8GHz频带、即用于WLAN(无线局域网)。

天线针对其功能通常需要参考接地或参考平面。这种参考接地的大小和形状通常对天线的功能和辐射特性有重大影响。天线应经常用作电路卡结构或用作不同大小电路卡中的附接金属结构(例如作为冲压-弯曲部件)。不同大小的电路卡代表天线的不同地形成的参考接地。此外，天线的环境中的塑料(例如由于壳体)也会影响天线的特性。因此，每个电路卡几何形状和/或应用通常都需要新的天线调谐。这种天线调谐例如可以通过改变天线结构来实现。

发明内容

本文档涉及提供(多频带或双频带)天线的技术任务，该天线可以以有效的方式(特别是不需要专用天线调谐)集成在不同地形成的电路板上，并且/或集成在不同的环境中。换句话说，目的是提供一种对天线的环境的变化不敏感的多频带天线。

该目的由独立权利要求解决。有利的实施方式尤其在从属权利要求中描述。

根据一个方面，描述了一种多频带环形天线。在此本文档中描述的多频带环形天线可以以有效的方式在不同尺寸的电路板上和/或在不同环境或应用(特别是在不同设备中)中实施。电路板通常包括导电的第一(外)层(例如前层)和导电的第二(外)层(例如下层)。一层或多层可以通过一个或多个介电层彼此电绝缘。第一层和第二层可以分别包括导电材料、特别是铜。在此导电材料可以至少局部地从相应的层去除，特别是为了在(导电的)天线结构和(导电的)参考区域之间形成自由空间或间隙。

多频带环形天线包括在电路板的第一层上的第一导电L形部分结构。第一部分结构可以具有第一谐振频率。特别地第一部分结构可以形成用于围绕第一谐振频率的第一频率范围的第一L天线。第一频率范围可以包括、尤其是2.4-2.5GHz。

第一部分结构具有天线的馈给点，待发送的RF(射频)信号可以经由该馈给点馈入到天线中和/或接收到的RF信号可以从天线馈出。

此外，多频带环形天线包括在电路板的第一层上的第二导电L形部分结构。在此，第二部分结构可以构造用于第二谐振频率并且由此构造用于第二频率范围。第二部分结构可以形成用于围绕第二谐振频率的第二频率范围的第二L天线。第二频率范围可以包括、尤其是5.1-5.8GHz。

第一部分结构和第二部分结构在耦合区域中彼此电容耦合。在此耦合区域可以这样构造，使得具有来自第二频率范围的频率的RF信号经由耦合区域传输(例如从馈给点至第二部分结构或者从第二部分结构至馈给点)。

多频带环形天线还包括导电的第一参考区域，其例如可以置于地电势。第一参考区域的面积通常比两个部分结构的面积大得多、特别是大5倍或更多倍或者大10倍或更多倍。

第一部分结构和第二部分结构这样布置在电路板的第一层上，使得它们与第一参考区域一起形成环路或环线或框架。因此环形天线可以由多个部分结构提供分别用于不同的频率范围。因此可以提供一种多频带环形天线，其对天线的环境中的变化不敏感并且由此可以灵活地安装在不同的设备中。

第二部分结构可以与第一参考区域导电连接并且特别地可以构造为多频带环形天线的寄生元件。

另一方面，电绝缘间隙或自由空间可以布置在第一部分结构和第一参考区域之间。馈给点于是可以布置在第一部分结构的面向间隙或自由空间的端部处。因此可以以特别有效和紧凑的方式提供多频带环形天线。特别地因此可以实现经由单个馈给点传输用于多个不同频带、特别是用于第一和第二频带的RF信号。第一部分结构可以具有一起形成L形的第一分支和第二分支。第一分支在此可以比第二分支短。第一部分结构的第一分支可以远离第一参考区域延伸、特别是垂直地延伸。

相应地，第二部分结构可以具有一起形成L形的第一分支和第二分支。第一分支在此可以比第二分支短。第二部分结构的第一分支可以远离第一参考区域延伸、特别是垂直地延伸。

第一部分结构的第二分支可以特别是垂直于第一部分结构的第一分支延伸到第二部分结构上。相应地，第二部分结构的第二分支可以特别是垂直于第二部分结构的第一分支延伸到第一部分结构上。在此两个部分结构的第二分支可以相互平行地伸展。

第一L形部分结构和第二L形部分结构因此可以这样相互布置，使得它们一起具有U形。因此可以以特别有效和紧凑的方式提供多频带环形天线。

第一部分结构的第二分支可以在耦合区域中邻接第二部分结构的第二分支。此外，第一部分结构的第二分支和第二部分结构的第二分支可以相互平行地伸展、特别是在耦合区域中。此外，第一部分结构的第二分支的一部分和第二部分结构的第二分支的一部分可以在耦合区域中直接并排地伸展并且通过电绝缘的耦合间隙彼此间隔开。

在一个优选示例中，第一部分结构的第二分支的一部分和第二部分结构的第二分支的一部分(它们在耦合区域中直接并排地伸展)分别对应于小于相应的第二分支的分支长度的50％、特别是小于30％和/或分别大于相应的第二分支的分支长度的10％。因此可以在部分结构之间形成特别可靠的电容耦合。

两个部分结构的第二分支的一部分因此可以一起形成用于两个部分结构的电容耦合的电容器，以便以高效且紧凑的方式提供多频带环形天线。

第一部分结构的第一分支和第二部分结构的第一分支可以分别朝向电路板的特定边缘伸展。在此天线可以这样构造，使得第一部分结构的第二分支在耦合区域中比第二部分结构的第二分支布置得更靠近电路板的边缘。特别地第二部分结构的第二分支的一部分可以通过第一部分结构的第二分支的一部分与电路板的边缘屏蔽。第二部分结构因此可以布置在距电路板的边缘相对大的距离处。因此可以进一步降低天线的灵敏度，特别是当第二部分结构构造用于比第一部分结构具有更高频率的(第二)频率范围时。

第一和/或第二部分结构可以在相应的部分结构的分支之间的过渡区域中(特别是在两个分支相互连接的点处)具有相对于分支的分支宽度增加的宽度。可以通过增加过渡区中部分结构的宽度来增加相应的部分结构的频率范围的带宽。

第一部分结构的分支可以具有取决于第一谐振频率的总长度。特别地第一部分结构可以构造为关于第一谐振频率的λ/4辐射器。

第二部分结构的分支可以具有取决于第二谐振频率的总长度。特别地(待引起的)第二谐振频率可以取决于第二部分结构的分支的总长度并且取决于第一部分结构和第二部分结构之间的耦合区域的至少一个特性、特别是电容。

多频带环形天线的不同频率范围因此可以通过分支的总长度和/或通过耦合区域的设计以精确的方式确定。

如上所述，多频带环形天线可以包括电路板的导电第二层。此外，多频带环形天线可以包括在第二层上的导电第二参考区域(其中第二参考区域可以处于地电势)。第二参考区域和第一参考区域可以彼此至少局部地或完全重叠地布置。第二层上的第二参考区域可以经由一个或多个镀通孔(即线)与第一层上的第一参考区域导电连接。通过提供第二参考区域，可以进一步降低多频带环形天线对环境的变化的敏感度。

根据另一方面，描述了一种电气设备、特别是家用设备或家庭设备，其包括用于无线通信(特别是通过WLAN)的通信单元，其中该通信单元具有本文档中描述的多频带环形天线。

需要注意的是，本文档中描述的装置和系统既可以单独使用，也可以与本文档中描述的其他装置和系统结合使用。此外，本文档中描述的装置和系统的任何方面都可以以多种方式相互组合。特别是权利要求的特征可以以多种方式相互组合。

附图说明

下面借助实施例更详细地描述本发明。

图1a示出了带有天线的电路板的上层或第一外层；

图1b示出了电路板的下层或第二外层；并且

图1c示出了带有天线的电路板的横截面。

具体实施方式

如开头所解释的那样，本文档涉及提供一种(双频带)天线，该天线可以以有效的方式集成在不同尺寸的和/或设计的电路板上和/或集成在不同环境中。(双频带)天线在此应特别设计用于2.4GHz和5GHz频带中的WLAN(无线局域网)无线电通信。

图1a和1b示出了集成在电路板150上的示例性天线100。特别地图1a示出了电路板150的(导电)上层151，并且图1b示出了电路板的(导电)下层152。如图1c中所示那样，在上(即第一)层151和下(即第二)层152之间存在一个或多个介电层130和必要时一个或多个(导电)中间层(未示出)。导电层151、152可以具有由金属、特别是铜制成的层。可以去除(例如腐蚀掉)层151、152的部分区域中的金属以便在层151、152内形成不同导电的部分区域，其中这些部分区域通常彼此电绝缘。

上层151具有形成磁性天线或环形天线的导电的天线结构。天线结构具有第一(L形)部分结构110，其构造为用于第一频率或用于第一频率范围(大约2.4-2.5GHz)的天线。为此目的，第一L形部分结构110的分支111、112可以一起具有特定的总长度，以便形成用于第一频率范围的λ/4辐射器。

天线结构还具有第二(L形)部分结构120，其构造为用于第二频率或用于第二频率范围(大约5.1-5.8GHz)的天线。为此目的，第二L形部分结构120的分支121、122可以一起具有特定的总长度，以便形成用于第二频率范围的λ/4辐射器(必要时结合特性、特别是两个部分结构110、120之间的耦合区域108的电容)。

两个L形部分结构110、120这样布置在电路板150的上层151上，使得部分结构110、120与上层151上的参考区域105一起形成环路109。特别地第一部分结构110的第一分支111可以远离参考区域105延伸。于是第一部分结构110的第二分支112可以垂直于第一部分结构110的第一分支111伸展(并因此平行于参考区域105)。相应地，第二部分结构120的第一分支121可以远离参考区域105延伸。第二部分结构120的第二分支122于是可以垂直于第二部分结构120的第一分支121伸展(并且由此平行于参考区域105)。

两个部分结构110、120的第二分支112、122可以在耦合区域108中彼此平行伸展，其中，耦合间隙102位于两个部分结构110、120的第二分支112、122之间。可以选择间隙102的间隙宽度和/或两个部分结构110、120的第二分支112、122的重叠的长度103，以便一方面在两个部分结构110、120的尽可能强的电容耦合之间提供优化折衷，并且另一方面提供两个频率范围的尽可能强的选择性和/或限定。替代地或附加地，可以选择或指定间隙102的间隙宽度和/或长度103以用于为第二频率范围设定第二谐振频率。

第二部分结构120的第一分支121可以与参考区域105导电连接。另一方面，不导电的间隙104布置在第一部分结构110的第一分支111和参考区域105之间。在第一部分结构110的第一分支111的这一点，可以馈入待发送的信号或者馈出接收到的信号。换句话说，第一部分结构110的第一分支111的这一点可以形成天线100的馈给点107。

通过部分结构110、120的分支111、112、121、122的分支宽度106，可以设定或调整相应的频率范围的频率选择性。在此，频率范围的带宽通常可以通过减小分支宽度106来减小，而频率范围的带宽可以通过增加分支宽度106来增加。

替代地或附加地，(与分支宽度106相比)加宽的(导电的)过渡区域113可以布置在部分结构110的两个分支111、112之间的过渡处。通过使用具有增加的宽度的过渡区域113，可以增加频率范围的带宽。

天线100特别是用于屏蔽可以在电路板150的下层152上具有参考区域155，其可以直接与上层151的参考区域105相对布置。两个参考区域105、155可以通过导电通孔或镀通孔131相互导电连接。

因此描述了天线100，其具有L天线作为部分结构110、120。L天线在此是字母“L”形状的天线。通过交错两个L天线110、120，可以(与参考区域105一起)形成具有两个谐振频率的环形天线。通过耦合区域108中的两个L天线110、120之间的电容耦合可以设定天线100的第二谐振频率(用于第二频率范围)。

用于更高的(第二)频率范围的寄生元件(即第二部分区域或第二L天线120)的位置可以这样选择，使得与接地平面(即与参考区域)105导电连接的寄生元件尽可能远离电路板150的边缘153。因此可以实现天线100的环境中的变化(例如天线100在具有或不具有塑料壳体的装置中的安装)尽可能小地改变谐振频率(对于第二频率范围)的特性。

此外，用于较低的(第一)频率范围的第一L天线110可以在“L”的弯曲处实施得更宽，以便确保第一频率范围内的更大带宽。

通过该文档中描述的天线100(有或没有塑料)可以吸收天线100的环境中的可能的波动并且可以引起天线100的输入阻抗几乎独立于天线100的环境条件。此外，所描述的天线100具有相对小的空间需求。

本发明不限于所示的实施例。特别地应当注意，说明书和附图仅旨在说明所提出的装置和系统的原理。

Claims (14)

1.多频带环形天线(100)，所述多频带环形天线包括

-在电路板(150)的第一层(151)上的第一导电L形部分结构(110)；其中，第一部分结构(110)具有第一谐振频率；其中，第一部分结构(110)具有天线(100)的馈给点(107)；

-在所述电路板(150)的第一层(151)上的第二导电L形部分结构(120)；其中第二部分结构(120)构造用于第二谐振频率；其中第一部分结构(110)和第二部分结构(120)在耦合区(109)中彼此电容耦合；和

-导电的第一参考区域(105)；其中第一部分结构(110)和第二部分结构(120)这样布置在电路板(150)的第一层(151)上，使得它们与第一参考区域(105)一起形成环路(109)。

2.根据权利要求1所述的多频带环形天线(100)，其中

-第二部分结构(120)与第一参考区域(105)导电连接；并且

-电绝缘间隙(104)布置在第一部分结构(110)和第一参考区域(105)之间。

3.根据权利要求2所述的多频带环形天线(100)，其中，所述馈给点(107)布置在第一部分结构(110)的面向第一部分结构(110)和第一参考区域(105)之间的间隙(104)的端部处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中

-第一部分结构(110)具有第一分支(111)，其远离第一参考区域(105)延伸、特别是垂直地延伸；

-第二部分结构(120)具有第一分支(121)，其远离第一参考区域(105)延伸、特别是垂直地延伸；

-第一部分结构(110)具有第二分支(112)，其特别是垂直于第一部分结构(110)的第一分支(111)延伸到第二部分结构(120)上；并且

-第二部分结构(120)具有第二分支(122)，其特别是垂直于第二部分结构(120)的第一分支(121)延伸到第一部分结构(110)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中，第一L形部分结构(110)和第二L形部分结构(120)这样相互布置，使得它们一起具有U形。

6.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中

-第一部分结构(110)的第二分支(112)耦合区域(108)中邻接第二部分结构(120)的第二分支(122)；和/或

-第一部分结构(110)的第二分支(112)和第二部分结构(120)的第二分支(122)、特别是在耦合区域(108)中彼此平行延伸；和/或

-第一部分结构(110)的第二分支(112)的一部分和第二部分结构(120)的第二分支(122)的一部分在耦合区域(108)中直接并排地伸展并且通过电绝缘的耦合间隙(102)彼此间隔开。

7.根据权利要求6所述的多频带环形天线(100)，其中，在耦合区域(108)中直接并排地伸展的第一部分结构(110)的第二分支(112)的一部分和第二部分结构(120)的第二分支(122)的一部分分别对应于小于相应的第二分支(112、122)的分支长度的50％、特别是小于30％。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中

-第一部分结构(110)的第一分支(111)和第二部分结构(120)的第一分支(121)朝向电路板(150)的边缘(153)伸展；并且

-第一部分结构(110)的第二分支(112)在耦合区域(108)中比第二部分结构(120)的第二分支(122)布置得更靠近电路板(150)的边缘(153)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中第一和/或第二部分结构(110、120)在相应的部分结构(110、120)的分支(111、112、121、122)之间的过渡区域(113)中具有相对于分支(111、112、121、122)的分支宽度(106)增加的宽度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中

-第一部分结构(110)形成用于围绕第一谐振频率的第一频率范围的第一L天线；并且

-第二部分结构(120)形成用于围绕第二谐振频率的第二频率范围的第二L天线；并且

-第一频率范围包括或特别是2.4-2.5GHz，并且第二频率范围包括或特别是5.1-5.8GHz。

11.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中

-第一部分结构(110)具有分支(111、112)，所述分支的总长度取决于第一谐振频率；和/或

-第二部分结构(120)具有分支(121、122)，所述分支的总长度取决于第二谐振频率。

12.根据权利要求11所述的多频带环形天线(100)，其中第二谐振频率取决于第二部分结构(120)的分支(121、122)的总长度并且取决于耦合区域(108)的特性、特别是电容。

13.根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)，其中

-多频带环形天线(100)包括电路板(150)的导电第二层(152)；

-多频带环形天线(100)包括第二层(152)上的导电第二参考区域(155)；

-第二层(152)上的第二参考区域(155)经由一个或多个镀通孔(131)与第一层(151)上的第一参考区域(105)导电连接。

14.家用设备，所述家用设备包括具有根据前述权利要求中任一项所述的多频带环形天线(100)的通信单元。

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