CN202094293U - 蓝牙模块及应用蓝牙模块的设备 - Google Patents

Abstract

一种蓝牙模块包括链路管理单元、链路控制单元及一天线，天线包括介质基板、第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一、二馈线，围绕第二金属片设置有第三、四馈线，第一、二馈线均通过耦合方式馈入第一金属片，第三、四馈线均通过耦合方式馈入第二金属片，第一金属片上镂空有非对称的第一、二微槽结构以在第一金属片上形成第一金属走线，第二金属片上镂空有非对称的第三、四微槽结构以在第二金属片上形成第二金属走线，第一馈线与第三馈线电连接，第二馈线与第四馈线电连接，天线预设有供电子元件嵌入的空间。降低蓝牙模块的功耗、简化蓝牙模块的设计。本实用新型还提供一中应用上述蓝牙模块的设备。

Description

蓝牙模块及应用蓝牙模块的设备

技术领域

本实用新型涉及一种蓝牙模块及应用蓝牙模块的设备。

背景技术

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输，即使用IEEE802.15协议。

同时，随着现代电子系统的复杂化，蓝牙技术的无线接入在各种设备中变得越来越重要。而无线接入必要元件就是天线。然而，传统的天线主要基于电单极子或偶极子的辐射原理进行设计，比如最常用的平面反F天线(PIFA)。其天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度。在一些更为复杂的电子系统中，天线需要多模工作，就需要在馈入天线前额外的阻抗匹配网络设计。但阻抗匹配网络额外的增加了电子系统的馈线设计、增大了射频系统的面积同时匹配网络还引入了不少的能量损耗，很难满足低功耗的设计要求。

实用新型内容

基于此，提供一种低功耗、简化设计程序的蓝牙模块。

本实用新型还提供一种应用上述蓝牙模块的蓝牙设备。

一种蓝牙模块包括链路管理单元、链路控制单元及一天线，所述天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线、第二馈线，围绕第二金属片设置有第三馈线、第四馈线，所述第一馈线及第二馈线均通过耦合方式馈入所述第一金属片，所述第三馈线及第四馈线均通过耦合方式馈入所述第二金属片，所述第一金属片上镂空有非对称的第一微槽结构及第二微槽结构以在第一金属片上形成第一金属走线，所述第二金属片上镂空有非对称的第三微槽结构及第四微槽结构以在第二金属片上形成第二金属走线，所述第一馈线与第三馈线电连接，所述第二馈线与第四馈线电连接，所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。

进一步地，所述空间设置在第一馈线、第二馈线、第一馈线与第一金属片之间、第二馈线与第一金属片之间及第一金属片这五个位置的至少一个上。

进一步地，所述空间设置在第三馈线、第四馈线、第三馈线与第二金属片之间、第四馈线与第二金属片之间及第二金属片这五个位置的至少一个上。

进一步地，所述空间设置在第一金属片上的第一金属走线上，或者所述空间设置在第一微槽结构和/或第二微槽结构上。

进一步地，所述空间设置在第二金属片上的第二金属走线上，或者所述空间设置在第三微槽结构和/或第四微槽结构上。

进一步地，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。

进一步地，所述空间为形成在所述天线上的焊盘。

进一步地，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。

进一步地，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。

一种应用上述蓝牙模块的设备，所述设备还一PCB板，所述天线与PCB板相连。

相对于现有的蓝牙模块，具有以下有益效果：通过在蓝牙模块的天线上设置供电子元件嵌入的空间，可以通过改变嵌入的电子元件的性能对天线的性能进行微调，设计出满足适应性及通用性的要求的天线，即可以实现WIFI等无线接入方式共用一个天线，简化了蓝牙设备的设计程序。另外，介质基板两面均设置有金属片，充分利用了蓝牙天线的空间面积，在此环境下蓝牙天线能在较低工作频率下工作，满足天线小型化、低工作频率、宽带多模的要求

附图说明

图1是本实用新型蓝牙模块一实施例的框图；

图2是图1所示天线第一实施例的立体图；

图3是图2的另一视角图；

图4本实用新型的天线第二实施例的结构示意图；

图5本实用新型的天线第三实施例的结构示意图；

图6a为互补式开口谐振环结构的示意图；

图6b所示为互补式螺旋线结构的示意图；

图6c所示为开口螺旋环结构的示意图；

图6d所示为双开口螺旋环结构的示意图；

图6e所示为互补式弯折线结构的示意图；

图7a为图6a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；

图7b为图6a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；

图8a为三个图6a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；

图8b为两个图6a所示的互补式开口谐振环结构与图6b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；

图9为四个图6a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1，所述蓝牙模块10包括链路管理单元98、链路控制单元99及一天线100。所述链路管理单元98和链路控制单元99链路管理单元分别用于管理安全、链路建立和控制。链路管理单元98基于所述天线100可以同另一蓝牙模块设备的链路管理单元交谈以交换信息，此外，链路管理单元98还可以使用某些预定义链路级命令控制通过链路管理器的消息。

如图2及图3所示，所述天线100包括介质基板1、附着在介质基板1相对两表面的第一金属片4及第二金属片7，围绕第一金属片4设置有第一馈线2、第二馈线3，围绕第二金属片7设置有第三馈线8、第四馈线9，所述第一馈线2及第二馈线3均通过耦合方式馈入所述第一金属片4，所述第三馈线8及第四馈线9均通过耦合方式馈入所述第二金属片7，所述第一金属片4上镂空有非对称的第一微槽结构41及第二微槽结构42以在第一金属片上形成第一金属走线43，所述第二金属片7上镂空有非对称的第三微槽结构71及第四微槽结构72以在第二金属片上形成第二金属走线73，所述第一馈线2与第三馈线8电连接，所述第二馈线3与第四馈线9电连接，所述天线100预设有供电子元件嵌入的空间6。在同一介质基板的两面都设置金属片，等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加)，这样就可以在极小的空间内设计出工作在极低工作频率下的射频天线。解决传统天线在低频工作时天线受控空间面积的物理局限。

所述第一馈线2与第三馈线8通过在介质基板1上开的金属化通孔10电连接，所述第二馈线3与第四馈线9通过在介质基板1上开的金属化通孔20电连接。

图2至图5中，第一金属片画剖面线的部分为第一金属走线，第一金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第一微槽结构及第二微槽结构。另外，第一馈线与第二馈线也用剖面线表示。同样的，第二金属片画剖面线的部分为第二金属走线，第二金属片上的空白部分(镂空的部分)表示第三微槽结构及第四微槽结构。另外，第三馈线与第四馈线也用剖面线表示。

图2所述天线的立体图，图2为其另一视角图。综合两个图可以看出，介质基板的a表面及b表面上附着的结构相同。即第一馈线、第二馈线、第一金属片在b表面的投影分别与第三馈线、第四馈线、第二金属片重合。当然，这只是一个优选的方案，a表面与b表面的结构根据需要也可以不同。

第一馈线2与第二馈线3均围绕第一金属片4设置以实现信号耦合。另外第一金属片4与第一馈线2与第二馈线3可以接触，也可以不接触。当第一金属片4与第一馈线2接触时，第一馈线2与第一金属片4之间感性耦合；当第一金属片4与第一馈线2不接触时，第一馈线2与金属片4之间容性耦合。同样，当第一金属片4与第二馈线3接触时，第二馈线3与第一金属片4之间感性耦合；当第一金属片4与第二馈线3不接触时，第二馈线3与第一金属片4之间容性耦合。

第三馈线8与第四馈线9均围绕第二金属片7设置以实现信号耦合。另外第二金属片7与第三馈线8、第四馈线9可以接触，也可以不接触。当第二金属片7与第三馈线8接触时，第三馈线8与第二金属片7之间感性耦合；当第二金属片7与第三馈线8不接触时，第三馈线8与金属片7之间容性耦合。同样，当第二金属片7与第四馈线9接触时，第三馈线8与二金属片7之间感性耦合；当二金属片7与第四馈线9不接触时，第四馈线9与第二金属片7之间容性耦合。

本实用新型中，所述介质基板两相对表面的第一金属片与第二金属片可以连接，也可以不连接。在第一金属片与第二金属片不连接的情况下，所述第一金属片与第二金属片之间通过容性耦合的方式馈电；此种情况下，通过改变介质基板的厚度可以实现第一金属片与第二金属片的谐振。在第一金属片与第二金属片电连接的情况下(例如通过导线或金属化通孔的形式连接)，所述第一金属片与第二金属片之间通过感性耦合的方式馈电。

本实用新型中的所述第一微槽结构41、第二微槽结构42、第三微槽结构71、第四微槽结构72都可以是图6a所示的互补式开口谐振环结构、图6b所示的互补式螺旋线结构、图6c所示的开口螺旋环结构、图6d所示的双开口螺旋环结构、图6e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图6a至图6e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图6a所示的互补式开口谐振环结构为例，图7a为其几何形状衍生示意图，图7b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图6a至图6e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图8a所示，为三个图6a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图8b所示，为两个图6a所示的互补式开口谐振环结构与图6b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图6a至图6e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图9所示，为多个如图6a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图6c所示的开口螺旋环结构为例阐述本实用新型。

我们知道，通过改变馈线的馈电位置可以得到不同极化方式的天线。

本实用新型中，所述空间6设置在第一馈线2、第二馈线3、第一馈线2与第一金属片4之间、第二馈线3与第一金属片4之间及第一金属片4这五个位置的至少一个上。所述空间6还设置在第三馈线8、第四馈线9、第三馈线8与第二金属片7之间、第四馈线9与第二金属片7之间及第二金属片7这五个位置的至少一个上。优选，多个空间6在天线上的设置如图1及图2所示，即，在介质基板的a面上，在第一馈线2、第二馈线3、第一馈线2与第一金属片4之间、第二馈线3与第一金属片4之间及第一金属片4这五个位置上都设置供电子元件嵌入的空间6。其中，第一金属片4上的空间包括设置在第一金属走线43上的空间，以及设置在第一微槽结构41及第二微槽结构42上的空间6，并且设置在第一微槽结构41及第二微槽结构42上的空间6分别连接两侧的第一金属走线43边缘。同样，在介质基板的b面上，在第三馈线8、第四馈线9、第三馈线8与第四金属片4之间、第四馈线9与第二金属片7之间及第二金属片7这五个位置上都设置供电子元件嵌入的空间。其中，第二金属片7上的空间包括设置在第二金属走线73上的空间，以及设置在第三微槽结构71及第四微槽结构72上的空间，并且设置在第三微槽结构71及第四微槽结构72上的空间6分别连接两侧的第二金属走线73边缘。

所述天线100上空间的预留位置并不限于上述几种形式，空间只要设置在双极化天线上即可。例如，空间还可以设置在介质基板上。

本实用新型的所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。在天线的预留空间中加入此类电子元件后，可以改善天线的各种性能。并且通过加入不同参数的电子元件，可以实现天线性能参数的可调。空间中加入电子元件可以有以下几种情形，由于介质基板的b面与a面是相同的，故以下只以a面做说明：

(1)在第一馈线、第二馈线的空间中加入感性电子元件，运用公式：

可知电感值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，可以通过适当的嵌入电感或感性电子元件实现。加入的感性电子元件的电感值范围最好在0-5uH之间，因为，若电感值太大交变信号将会被感性电子元件消耗从而影响到天线的辐射效率。当然也可能在第一馈线、第二馈线上的空间中加入电阻以改善天线的辐射电阻。当然，第一馈线及第二馈线上也可以设置多个空间，其中部分空间嵌入电阻，部分空间嵌入感性电子元件，既实现了工作频率的调节，又能改善天线的辐射电阻。当然根据其它需要，也可以只在部分空间中加入电子元件，其它空间用导线短接。

(2)在第一馈线2与第一金属片4之间、第二馈线3与第一金属片4之间的空间中嵌入容性电子元件。这里通过嵌入容性电子元件调节第一馈线2、第二馈线3与第一金属片4之间的信号耦合，运用公式：

可知电容值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，可以通过适当的嵌入容性电子元件实现。加入的容性电子元件的电容值范围通常在0-2pF之间，不过随着天线工作频率的变化嵌入的电容值也可能超出0-2pF的范围。当然，也可以在第一馈线2、第二馈线3与第一金属片4之间预设多个空间，在未连接有电子元件的空间中，采用导线短接。

(3)在第一金属片的第一金属走线43上的空间6中有嵌入感性电子元件和/或电阻。此处嵌入感性电子元件的目的是增加第一金属片内部谐振结构的电感值，从而对天线的谐振频率及工作带宽起到调节的作用；此处嵌入电阻的目的是改善天线的辐射电阻。至于是嵌入感性电子元件还是电阻，则根据需要而定。另外在未嵌入电子元件的空间中，采用导线短接。

(4)在第一微槽结构41及第二微槽结构42上预留的空间6中嵌入容性电子元件。嵌入容性电子元件可以改变第一金属片的谐振性能，最终改善天线的Q值及谐振工作点。作为公知常识，我们知道，通频带BW与谐振频率wo和品质因数Q的关系为：BW＝wo/Q，此式表明，Q越大则通频带越窄，Q越小则通频带越宽。另有：Q＝wL/R＝1/wRC，其中，Q是品质因素；w是电路谐振时的电源频率；L是电感；R是串的电阻；C是电容，由Q＝wL/R＝1/wRC公式可知，Q和C呈反比，因此，可以通过加入容性电子元件来减小Q值，使通频带变宽。

本实用新型的双极化天线在不加入任何元件之前可以是一样的结构，只是通过在不同位置加入不同的电子元件，以及电子元件的参数(电感值、电阻值、电容值)的不同，来实现不同天线的性能参数，即实现了通用性，因此可以大幅降低生产成本。

本实用新型的所述空间可以是焊盘，也可以是一个空缺。焊盘的结构可以参见普通的电路板上的焊盘。当然，其尺寸的设计根据不同的需要会有所不同。

另外，本实用新型中，介质基板可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。优选地，由高分子材料制成，具体地可以是FR-4、F4B等高分子材料。

本实用新型中，第一金属片及第二金属片为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。

本实用新型中，第一馈线、第二馈线、第三馈线及第四馈线选用与第一金属片及第二金属片同样的材料制成。优选为铜。

本实用新型中所说的“非对称的第一微槽结构41与第二微槽结构42”是指，第一微槽结构41与第二微槽结构42两者不构成轴对称结构。换句话说，即在a表面找不到一根对称轴，使得第一微槽结构41与第二微槽结构42相对该对称轴对称设置。

同理，本实用新型中所说的“非对称的第三微槽结构41与第四微槽结构42”是指，第三微槽结构71与第四微槽结构72两者不构成轴对称结构。换句话说，即在b表面找不到一根对称轴，使得第三微槽结构71与第四微槽结构72相对该对称轴对称设置。

本实用新型中，第一微槽结构41与第二微槽结构42结构非对称，第三微槽结构71与第四微槽结构72结构非对称，因此两个位置上的电容与电感会有所不同，从而产生至少两个不同的谐振点，而且谐振点不易抵消，有利于实现天线丰富的多模化。

本实用新型的第一微槽结构41与第二微槽结构42的结构形式可以一样，也可以不一样。并且第一微槽结构41与第二微槽结构42的非对称程度可以根据需要调节。同理，本实用新型的第三微槽结构71与第四微槽结构72的结构形式可以一样，也可以不一样。并且第三微槽结构71与第四微槽结构72的非对称程度可以根据需要调节。从而实现丰富的可调节的多模谐振。

并且本实用新型根据需要，在同一片金属片上还可以设置更多的微槽结构，以使得所述的天线具有三个以上的不同的谐振频率。

具体的，本实用新型中的非对称情形可以有以下几个实施例。

图1所示为所述天线第一实施例的结构示意图。图2是其另一视角图。在本实施例中，如图1所示，处于介质基板a表面的第一微槽结构41及第二微槽结构42其均为开口螺旋环结构，第一微槽结构41及第二微槽结构42不相通，但是其尺寸的不同导致二者结构的非对称；同样，如图2所示，处于介质基板b表面的第三微槽结构71及第四微槽结构72其均为开口螺旋环结构，但是其尺寸的不同导致二者结构的非对称；使得天线具有至少两个以上的谐振频率。另外，本实施例中，介质基板a表面上的第一金属片4、第一馈线2、第二馈线3、第一微槽结构41及第二微槽结构42在b表面的投影分别与第二金属片7、第三馈线8、第四馈线9、第三微槽结构71及第四微槽结构72重合，这样做的好处是简化工艺。

图3所示为所述天线第二实施例的结构示意图。由于介质基板b表面的结构与a表面的结构相同，故此图只表示了a面的结构。本实施例中，处于介质基板a表面的第一微槽结构41及第二微槽结构42其均为开口螺旋环结构，且具有相同的尺寸，第一微槽结构41及第二微槽结构42不相通，但是由于第一微槽结构41及第二微槽结构42二者位置上的设置导致二者结构的非对称。

图4所示为所述天线第三实施例的结构示意图。由于介质基板b表面的结构与a表面的结构相同，故此图只表示了a面的结构。本实施例中，处于介质基板a表面的第一微槽结构41为互补式螺旋线结构，第二微槽结构42为开口螺旋环结构，第一微槽结构41及第二微槽结构42不相通，很明显，第一微槽结构41及第二微槽结构42非对称。

另外，在上述三个实施例中，第一微槽结构及第二微槽结构还可以通过在第一金属片上镂空一条新的槽来实现第一微槽结构及第二微槽结构的连通，同样第三微槽结构及第四微槽结构也可以通过在第二金属片上镂空一条新的槽来实现第三微槽结构及第四微槽结构的连通。连通后第一微槽结构及第二微槽结构仍然为非对称结构，第三微槽结构与第四微槽结构也为非对称结构，因此，对本实用新型的效果不会有太大的影响，同样可以使得天线具有至少两个以上的谐振频率。

本实用新型中，关于天线的加工制造，只要满足本实用新型的设计原理，可以采用各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，当然，金属化的通孔，双面覆铜的PCB制造也能满足本实用新型的加工要求。除此加工方式，还可以根据实际的需要引入其它加工手段，比如RFID(RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签)中所使用的导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式以及铁片与PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用PCB的精确加工来完成天线微槽结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。另外，还可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法来加工。

本实用新型还提供一种应用上述蓝牙模块的设备，所述设备还一PCB板，所述天线与PCB板相连。基于上述蓝牙模块10，各种电子设备应用所述蓝牙模块，如打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以上述蓝牙模块10。除此之外，基于上述蓝牙模块10的蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群的应用。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种蓝牙模块，包括链路管理单元、链路控制单元及一天线，其特征在于，所述天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线、第二馈线，围绕第二金属片设置有第三馈线、第四馈线，所述第一馈线及第二馈线均通过耦合方式馈入所述第一金属片，所述第三馈线及第四馈线均通过耦合方式馈入所述第二金属片，所述第一金属片上镂空有非对称的第一微槽结构及第二微槽结构以在第一金属片上形成第一金属走线，所述第二金属片上镂空有非对称的第三微槽结构及第四微槽结构以在第二金属片上形成第二金属走线，所述第一馈线与第三馈线电连接，所述第二馈线与第四馈线电连接，所述天线预设有供电子元件嵌入的空间。

2.根据权利要求1所述的蓝牙模块，其特征在于，所述空间设置在第一馈线、第二馈线、第一馈线与第一金属片之间、第二馈线与第一金属片之间及第一金属片这五个位置的至少一个上。

3.根据权利要求1所述的蓝牙模块，其特征在于，所述空间设置在第三馈线、第四馈线、第三馈线与第二金属片之间、第四馈线与第二金属片之间及第二金属片这五个位置的至少一个上。

4.根据权利要求2所述的蓝牙模块，其特征在于，所述空间设置在第一金属片上的第一金属走线上，或者所述空间设置在第一微槽结构和/或第二微槽结构上。

5.根据权利要求3所述的蓝牙模块，其特征在于，所述空间设置在第二金属片上的第二金属走线上，或者所述空间设置在第三微槽结构和/或第四微槽结构上。

6.根据权利要求2或3所述的蓝牙模块，其特征在于，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。

7.根据权利要求2或3所述的蓝牙模块，其特征在于，所述空间为形成在所述天线上的焊盘。

8.根据权利要求6所述的蓝牙模块，其特征在于，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。

9.根据权利要求6所述的蓝牙模块，其特征在于，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。

10.一种包含权利要求1至9中任意一项的蓝牙模块的设备，其特征在于，所述设备还包括一PCB板，所述天线通过与PCB板相连。

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