CN116154462A - 一种复合天线及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合天线及电子设备。该复合天线包括：平行设置的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元和第二天线单元之间具有间隙；其中，沿第一天线单元指向第二天线单元的方向，第一天线单元依次包括参考地平面、第一介质基板和分形环结构，第二天线单元依次包括第二介质基板和辐射贴片；辐射贴片与分形环结构相互耦合。本发明提供的复合天线其结构简单、体积小，提高了天线的集成度；同时通过复合结构相互耦合，可以降低天线贴片辐射的面积，提升电磁稳定性。

Description

一种复合天线及电子设备
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种复合天线及电子设备。
背景技术
目前，射频小型印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)上仅有有限的空间用来部署天线，因此天线的小型化是设计者们当前亟需解决的问题。
现有技术已经将分形理论引入天线设计领域，可以降低天线贴片辐射的面积，而且可以增大天线的集成度。然而，现有的采用分形理论的天线仍存在天线结构层数较多，结构大且样式较为复杂的问题。
发明内容
本发明提供了一种复合天线及电子设备，其结构简单、体积小，提高了天线的集成度；同时通过复合结构相互耦合，可以降低天线贴片辐射的面积，提升电磁稳定性。
根据本发明的一方面，提供了一种复合天线，包括：平行设置的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元和第二天线单元之间具有间隙；其中，
沿第一天线单元指向第二天线单元的方向，第一天线单元依次包括参考地平面、第一介质基板和分形环结构，第二天线单元依次包括第二介质基板和辐射贴片；
辐射贴片与分形环结构相互耦合。
可选的，分形环结构呈N边形、且N边形的每条边上设置有至少一个弯折部，弯折部的形状与N边形的形状部分相似，N为大于或者等于3的整数。
可选的，当N等于4时，分形环结构呈正方形、且正方形的每条边的中央设置有一个“凵”型弯折部。
可选的，分形环结构的材料为金；
分形环结构的宽度为3mm、厚度为2.2mm，正方形的尺寸为50mm×50mm，“凵”型弯折部的长度为9mm、宽度为6mm。
可选的，辐射贴片包括嵌套设置的圆环状贴片和回字形贴片；其中，
圆环状贴片设置在回字形贴片的外侧、且回字形贴片的四角与圆环状贴片部分重叠；
回字形贴片的外边长等于圆环状贴片的外直径的0.6倍。
可选的，辐射贴片的材料为金；
辐射贴片的厚度为0.2mm，圆环状贴片的内半径为21mm、外半径为25mm，回字形贴片的内边长为22mm、外边长为30mm。
可选的，参考地平面的材料为铜，参考地平面的尺寸为60mm×60mm×0.5mm；
第一介质基板选用Rogers RT5880基板，Rogers RT5880基板的介电常数为2.2，第一介质基板的尺寸为60mm×60mm×3mm；
第二介质基板选用FR-4基板，FR-4基板的介电常数为4.3，第二介质基板的尺寸为60mm×60mm×2mm。
可选的，间隙内填充有透明材料；其中，
透明材料的折射率等于空气的折射率。
可选的，间隙的大小为0.3mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，包括上述任一实施例的复合天线。
本发明实施例的技术方案，通过对天线重新进行设计，令复合天线包括平行设置的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元包括参考地平面、第一介质基板和分形环结构，第二天线单元包括第二介质基板和辐射贴片，辐射贴片与分形环结构相互耦合。如此，通过复合结构相互耦合，可以降低天线贴片辐射的面积，提升电磁稳定性；同时，复合天线的结构简单、体积小，提高了天线的集成度，适用于各种射频小型PCB。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明实施例一提供的一种复合天线的立体结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种呈六边形的分形环结构的俯视图；
图3是本发明实施例一提供的一种呈正方形的分形环结构的俯视图；
图4是本发明实施例一提供的一种辐射贴片的俯视图；
图5是本发明实施例一提供的一种复合天线的S11参数仿真结果图；
图6是本发明实施例一提供的一种复合天线的远场辐射仿真结果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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、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、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种复合天线的立体结构示意图。如图1所示，复合天线包括：平行设置的第一天线单元100和第二天线单元200，第一天线单元100和第二天线单元200之间具有间隙。
沿第一天线单元100指向第二天线单元200的方向(即图1中箭头所指示的方向)，第一天线单元100依次包括参考地平面101、第一介质基板102和分形环结构103；第二天线单元200依次包括第二介质基板201和辐射贴片202。
在制作复合天线时，首先设置参考地平面101，在参考地平面101的一侧设置第一介质基板102，再在第一介质基板102远离参考地平面101的一侧设置分形环结构103。如此，参考地平面101、第一介质基板102和分形环结构103共同构成了第一天线单元100。随后，在分形环结构103远离第一介质基板102的一侧间隔间隙大小的位置设置第二介质基板201，再在第二介质基板201远离分形环结构103的一侧设置辐射贴片202。如此，第二介质基板201和辐射贴片202共同构成了第二天线单元200。
在一实施例中，复合天线的底部可选用铜(Cu)材料作为参考地平面101。通常，参考地平面101为厚度为0.5mm的铜片。
第一介质基板102选用Rogers RT5880基板，Rogers RT5880基板的介电常数为2.2，厚度为3mm。
第二介质基板201选用FR-4基板，FR-4基板的介电常数为4.3，厚度为2mm。
通常，参考地平面101、第一介质基板102和第二介质基板201的大小相同，以保证复合天线的形状规则。
在一实施例中，分形环结构103呈N边形、且N边形的每条边上设置有至少一个弯折部，弯折部的形状与N边形的形状部分相似，N为大于或者等于3的整数。
具体的，分形环结构103可以呈三角形、矩形(包括正方形)、五边形、六边形等形状。示例性的，图2是本发明实施例一提供的一种呈六边形的分形环结构的俯视图。如图2所示，从内向外共包括三个分形环结构103，最里面的一个分形环结构103的每条边上设置有一个弯折部；其余两个分形环结构103的每条边上设置有多个弯折部，弯折部的形状与六边形的形状部分相似。
又示例性的，图3是本发明实施例一提供的一种呈正方形的分形环结构的俯视图。如图3所示，分形环结构103呈正方形、且正方形的每条边的中央设置有一个“凵”型弯折部。
可选的，分形环结构103可选用金(Au)材料制作。分形环结构103的宽度Wf为3mm、厚度Df为2.2mm。
在一实施例中，辐射贴片与分形环结构相互耦合，分形环结构可以用于提升复合天线的电磁稳定性。
示例性的，图4是本发明实施例一提供的一种辐射贴片的俯视图。如图4所示，辐射贴片202包括嵌套设置的圆环状贴片202a和回字形贴片202b。其中，圆环状贴片202a设置在回字形贴片202b的外侧、且回字形贴片202b的四角与圆环状贴片202a部分重叠。需要说明的是，圆环状贴片202a和回字形贴片202b是为了便于理解辐射贴片202的形状定义的，在实际制作中，辐射贴片202可以为一体成型的结构，即圆环状贴片202a和回字形贴片202b是一个整体。
具体的，回字形贴片202b的外边长等于圆环状贴片202a的外直径的0.6倍。
可选的，辐射贴片202可选用金(Au)材料制作。辐射贴片202的厚度为0.2mm。
继续参考图3和图4，当分形环结构103呈正方形时，正方形的边长可以在45mm-55mm的范围内。优选地，正方形的尺寸为50mm×50mm，“凵”型弯折部的长度L1为9mm、宽度W1为6mm。圆环状贴片的内半径为21mm、外半径为25mm，回字形贴片的内边长为22mm、外边长为30mm。参考地平面101的尺寸为60mm×60mm×0.5mm；第一介质基板102的尺寸为60mm×60mm×3mm；第二介质基板201的尺寸为60mm×60mm×2mm。
对上述尺寸的复合天线采用CST软件进行性能模拟仿真，图5是本发明实施例一提供的一种复合天线的S11参数仿真结果图；图6是本发明实施例一提供的一种复合天线的远场辐射仿真结果图。参考图5和图6可知，复合天线的谐振频率为5.38GHz，回波损耗为-18.7dB。
在一实施例中，为了实现第一天线单元100和第二天线单元200之间的间隙，第一天线单元100和第二天线单元200的外侧可以设置有固定支架。
当第一天线单元100和第二天线单元200的外侧不设置固定支架时，第一天线单元100和第二天线单元200之间的间隙内可以填充有透明材料，透明材料的折射率等于空气的折射率。同样可以保证天线的性能。
可选的，间隙的大小为0.3mm。
本发明实施例提供了一种复合天线，包括：平行设置的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元和第二天线单元之间具有间隙；其中，沿第一天线单元指向第二天线单元的方向，第一天线单元依次包括参考地平面、第一介质基板和分形环结构，第二天线单元依次包括第二介质基板和辐射贴片；辐射贴片与分形环结构相互耦合。通过对天线重新进行设计，令复合天线包括平行设置的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元包括参考地平面、第一介质基板和分形环结构，第二天线单元包括第二介质基板和辐射贴片，辐射贴片与分形环结构相互耦合。如此，通过复合结构相互耦合，可以降低天线贴片辐射的面积，提升电磁稳定性；同时，复合天线的结构简单、体积小，提高了天线的集成度，适用于各种射频小型PCB。
实施例二
本发明实施例还提供一种电子设备。电子设备包括上述实施例中的复合天线。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合天线，其特征在于，包括：平行设置的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和所述第二天线单元之间具有间隙；其中，
沿所述第一天线单元指向所述第二天线单元的方向，所述第一天线单元依次包括参考地平面、第一介质基板和分形环结构，所述第二天线单元依次包括第二介质基板和辐射贴片；
所述辐射贴片与所述分形环结构相互耦合。
2.根据权利要求1所述的复合天线，其特征在于，所述分形环结构呈N边形、且所述N边形的每条边上设置有至少一个弯折部，所述弯折部的形状与所述N边形的形状部分相似，N为大于或者等于3的整数。
3.根据权利要求2所述的复合天线，其特征在于，当N等于4时，所述分形环结构呈正方形、且所述正方形的每条边的中央设置有一个“凵”型弯折部。
4.根据权利要求3所述的复合天线，其特征在于，所述分形环结构的材料为金；
所述分形环结构的宽度为3mm、厚度为2.2mm，所述正方形的尺寸为50mm×50mm，所述“凵”型弯折部的长度为9mm、宽度为6mm。
5.根据权利要求1所述的复合天线，其特征在于，所述辐射贴片包括嵌套设置的圆环状贴片和回字形贴片；其中，
所述圆环状贴片设置在所述回字形贴片的外侧、且所述回字形贴片的四角与所述圆环状贴片部分重叠；
所述回字形贴片的外边长等于所述圆环状贴片的外直径的0.6倍。
6.根据权利要求5所述的复合天线，其特征在于，所述辐射贴片的材料为金；
所述辐射贴片的厚度为0.2mm，所述圆环状贴片的内半径为21mm、外半径为25mm，所述回字形贴片的内边长为22mm、外边长为30mm。
7.根据权利要求1-6中任一所述的复合天线，其特征在于，所述参考地平面的材料为铜，所述参考地平面的尺寸为60mm×60mm×0.5mm；
所述第一介质基板选用Rogers RT5880基板，所述Rogers RT5880基板的介电常数为2.2，所述第一介质基板的尺寸为60mm×60mm×3mm；
所述第二介质基板选用FR-4基板，所述FR-4基板的介电常数为4.3，所述第二介质基板的尺寸为60mm×60mm×2mm。
8.根据权利要求1-6中任一所述的复合天线，其特征在于，所述间隙内填充有透明材料；其中，
所述透明材料的折射率等于空气的折射率。
9.根据权利要求8所述的复合天线，其特征在于，所述间隙的大小为0.3mm。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的复合天线。
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