CN209766640U - 一种天线结构及无线设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线结构及无线设备，所述无线设备包括PCB主板和金属散热板，所述PCB主板与所述金属散热板间隔叠置，并通过多个金属导热柱相连接；在所述金属散热板上形成有挖空区域，在所述挖空区域的相对两个侧边的中间位置分别连接有一个导电部件，两个所述导电部件分别与PCB主板上的天线馈电点和接地点对应连通，所述多个金属导热柱在所述金属散热板上的连接位置分布在所述挖空区域的外周，且环绕所述挖空区域定位。本实用新型将天线设计与无线设备中的某些既有结构一体化，从而解决了天线的空间占用问题，方便了无线设备的结构设计，降低了无线设备的硬件成本，并改善了设备的无线性能。

Description

一种天线结构及无线设备

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，具体地说，是涉及一种天线的结构设计以及基于所述天线结构设计的无线设备。

背景技术

天线是无线设备中用来接收或发射电磁波的重要部件，通过天线发射和接收无线信号进行通信的无线设备，可以摆脱信号线缆的束缚，实现更多丰富的应用。

现实生活中，天线的应用越来越广泛,在越来越多的电子产品中需要使用到天线，而随着无线设备的更新换代，天线的设计也迎来更多的挑战。以VR眼镜为例，VR眼镜是一种虚拟现实的头戴式显示设备，利用VR眼镜可以将用户对外界的视觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。VR眼镜的显示原理是左、右眼屏幕分别显示左、右眼的图像，人眼在获取到这种带有差异的信息后，会在脑海中产生立体感，呈现出一种3D效果的虚拟场景。

VR眼镜在使用过程中，需要连接计算机或手机等信号源设备来获取音视频数据。为了摆脱有线连接的束缚，目前的许多VR眼镜增设天线装置，改用无线通信的方式与信号源设备进行数据交互，以提高VR眼镜使用的灵活性。但是，在现有的VR眼镜中增加天线装置，受VR眼镜尺寸的限制，很难在VR眼镜内部紧张的空间环境下找到理想的位置安装常规的天线装置，并为天线辐射体提供足够的净空区域，继而导致很多VR眼镜的天线性能不尽如人意，影响了用户的使用体验。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种全新的天线结构，通过将天线设计与无线设备中的某些既有结构一体化，从而解决了天线的空间占用问题，降低了无线设备的硬件成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本实用新型提出了一种天线结构，应用在无线设备中，所述无线设备包括PCB主板和金属散热板，所述PCB主板与所述金属散热板间隔叠置，并通过多个金属导热柱相连接；在所述金属散热板上形成有挖空区域，在所述挖空区域的相对两个侧边的中间位置分别连接有一个导电部件，两个所述导电部件分别与PCB主板上的天线馈电点和接地点对应连通，所述多个金属导热柱在所述金属散热板上的连接位置分布在所述挖空区域的外周，且环绕所述挖空区域定位。

优选的，所述挖空区域优选设计成长条形的通孔，所述两个侧边为挖空区域在长度方向上的两个侧边。

优选的，所述导电部件在所述两个侧边上的连接点优选位于所述两个侧边的中心点。

其中，所述挖空区域的长度根据天线的匹配阻抗确定，且调整规律为：挖空区域的长度越大，天线阻抗越大；挖空区域的长度越小，天线阻抗越小。

优选的，所述PCB主板与所述金属散热板平行设置，所述金属导热柱连接所述PCB主板的地层。

优选的，所述导电部件优选采用金属弹片或者导线。

在另一个方面，本实用新型还提出了一种无线设备，包括PCB主板和金属散热板，所述PCB主板与所述金属散热板间隔叠置，并通过多个金属导热柱相连接；在所述金属散热板上形成有挖空区域，在所述挖空区域的相对两个侧边的中间位置分别连接有一个导电部件，两个所述导电部件分别与PCB主板上的天线馈电点和接地点对应连通，所述多个金属导热柱在所述金属散热板上的连接位置分布在所述挖空区域的外周，且环绕所述挖空区域定位。

当所述无线设备为VR眼镜时，所述PCB主板和所述金属散热板优选安装在VR眼镜的眼罩部分，且所述挖空区域的长度方向平行于VR眼镜的左、右眼屏幕的中心点连线方向；在所述多个金属导热柱中，其中一个金属导热柱位于所述挖空区域的正上方。由此，可以使天线的辐射方向朝向VR眼镜的正前方，以实现较高的增益和性能。

优选的，所述金属导热柱包括五个，其中三个金属导热柱位于所述挖空区域的上方且平行于挖空区域的长度方向依次间隔排布；另外两个金属导热柱位于所述挖空区域的下方且平行于挖空区域的长度方向间隔排布，且所述间隔距离大于所述挖空区域的长度。

优选的，所述PCB主板和所述金属散热板的尺寸相同，均为80mm×160mm；所述PCB主板和所述金属散热板的间距为10mm；所述挖空区域的长度为60mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过将无线设备中的金属散热板作为天线的一部分，并结合连接在金属散热板与PCB主板之间的金属导热柱实现天线性能，由此实现了天线与无线设备内部既有结构的一体化设计，降低了天线在无线设备中的占用空间，方便了无线设备的结构设计，并改善了设备的无线性能。此外，通过调整金属散热板上开设的挖空区域与金属导热柱之间的位置关系，可以实现天线的频率调谐和辐射方向图的调整，由此可以满足不同无线设备对天线的工作频段以及辐射方向的不同需求，扩展了天线的适用领域。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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VR眼镜的一种实施例的整体结构图；

图2是本实用新型所提出的天线结构的一种实施例的结构示意图；

图3是图2在A方向的轴测图；

图4是图2在B方向的轴测图；

图5是天线辐射方向下倾的辐射方向图；

图6是天线辐射方向上倾的辐射方向图；

图7是天线的驻波比图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、 “上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本本实用新型中的具体含义。

参阅图2-图4，本实施例为了减小天线装置在无线设备中的占用空间，提出了一种借助无线设备中的某些固有结构参与天线结构设计的思想，例如，对于内置有散热板的无线设备而言，可以借助无线设备中用于为其PCB主板10进行散热的金属散热板20以及连接在PCB主板10与金属散热板20之间的金属导热柱31-35来设计天线结构，实现天线性能。

具体而言，将PCB主板10与金属散热板20间隔叠置，例如，上下平行设置、左右平行设置、或者前后平行设置等，并将PCB主板10与金属散热板20间隔开一段距离D，所述间隔距离D可以根据无线设备的内部空间以及散热要求具体确定。例如，对于某些尺寸较小的无线设备，如VR眼镜等，可以设计PCB主板10与金属散热板20的间隔距离D=10mm，以适应产品紧张的内部空间。在PCB主板10与金属散热板20之间安装金属导热柱31-35，使PCB主板10上的电子元件产生的热量能够通过金属导热柱31-35传导至金属散热板20，进而通过金属散热板20释放到外界，对PCB主板10实现冷却降温。在本实施例中，所述金属导热柱31-35设置有多个，一端连接PCB主板10的地层，另一端连接金属散热板20，并在金属散热板20上的连接位置能够围成一个环绕区间。在金属散热板20上开设一个挖空区域23，并使所述挖空区域23位于所述金属导热柱31-35所围成的环绕区间内。在PCB主板10与金属散热板20之间增设两个导电部件11、12，并将其中一个导电部件11连接在PCB主板10的天线馈电点与挖空区域23的其中一个侧边21之间，将另外一个导电部件12连接在PCB主板10的天线接地点与挖空区域23的另外一个侧边22之间。这里的两个侧边21、22应选择挖空区域23中呈相对位置关系的两个侧边，且连接点应位于两个侧边21、22的中间区域，由此便实现了金属散热板20与天线结构的一体化设计。

采用上述天线结构设计，通过导电部件11、12可以将PCB主板10上的射频电路产生的电信号馈送至作为天线使用的金属散热板20，或者将金属散热板20接收到的自由空间信号传输至射频电路。金属散热板20通过其挖空区域23实现电流回路，金属导热柱31-35将金属散热板20与PCB主板10接通，同时将天线谐振区域限制在金属导热柱31-35所围成的区域内，从而实现天线的频率调谐和天线辐射方向的调整，继而满足了无线设备的天线性能。

作为一种优选实施例，本实施例优选将挖空区域23设计成长条形，选择长条形的挖空区域23在长度L方向上的两个侧边21、22连接所述的导电部件11、12。在本实施例中，所述导电部件11、12可以是金属弹片或者导线等，分别连接在挖空区域23的两个侧边21、22的中心点位置处。所述金属导热柱31-35优选设置五个，如图2所示，分别定义为第一金属导热柱31、第二金属导热柱32、第三金属导热柱33、第四金属导热柱34和第五金属导热柱35。其中，第一金属导热柱31、第二金属导热柱32和第三金属导热柱33优选布设在挖空区域23的上方，且沿挖空区域23的长度L方向依次间隔排布。在本实施例中，优选将第一金属导热柱31、第二金属导热柱32和第三金属导热柱33等间距间隔排布，且位于中间的第二金属导热柱32优选位于挖空区域23的正上方，例如位于挖空区域23垂直于长度L方向的中心轴线上；位于两侧的第一金属导热柱31和第三金属导热柱33之间的距离优选大于挖空区域23的长度L。第四金属导热柱34和第五金属导热柱35优选布设在挖空区域23的下方，且沿挖空区域23的长度L方向间隔排布。在本实施例中，优选设计第四金属导热柱34和第五金属导热柱35之间的距离大于挖空区域23的长度L，即，第四金属导热柱34和第五金属导热柱35位于挖空区域23的斜下方，且优选设计第四金属导热柱34与第一金属导热柱31上下对齐，第五金属导热柱35与第三金属导热柱33上下对齐，以实现对挖空区域23的环绕。

调节第二金属导热柱32的位置，可以实现天线的频率调谐和辐射方向图的调整，具体方法为：

当第二金属导热柱32位于挖空区域23的正上方时，将金属导热柱32下移，可以调谐天线的谐振频率偏向高频；反之，将第二金属导热柱32上移，可以调谐天线的谐振频率偏向低频；

当第二金属导热柱32位于挖空区域23的正下方时，即，第二金属导热柱32位于第四金属导热柱34和第五金属导热柱35之间时，将第二金属导热柱32上移，可以调谐天线的谐振频率偏向高频；反之，将第二金属导热柱32下移，可以调谐天线的谐振频率偏向低频；

当第二金属导热柱32位于挖空区域23的正上方时，天线的辐射方向图向下倾，如图5所示；当第二金属导热柱32位于挖空区域23的正下方时，天线的辐射方向图向上倾，如图6所示。

调整挖空区域23的尺寸，可以调整天线的阻抗匹配，具体方法为：当挖空区域23在长度L方向的尺寸变大时，天线阻抗变大；当挖空区域23在长度L方向的尺寸变小时，天线阻抗变小。根据天线所需的匹配阻抗，合理地设计挖空区域23的长度L，以满足天线的阻抗匹配要求。

下面以VR眼镜作为所述的无线设备为例，具体阐述本实施例的天线结构在VR眼镜中的应用。

如图1所示，VR眼镜通常包括眼罩部分1和头戴部分2，将PCB主板10与金属散热板20布设在VR眼镜的眼罩部分1，并使挖空区域23在长度L方向与眼罩1的宽度方向W一致，所述宽度方向W即为眼罩1中左、右眼屏幕的中心点连线方向，且使第一金属导热柱31、第二金属导热柱32和第三金属导热柱33位于挖空区域23的上方，第四金属导热柱34和第五金属导热柱35位于挖空区域23的下方。设计PCB主板10与金属散热板20的尺寸相等，例如均为80mm×160mm，且金属散热板20优选采用铜质结构，PCB主板10与金属散热板20之间的间隔距离D=10mm，挖空区域23的长度L=60mm，调整第二金属导热柱32相对挖空区域23的位置关系，以使天线驻波比在工作带宽2.4GHz~2.48GHz的频率范围内小于2，如图7所示，以满足VR眼镜对天线工作频段的要求。

将第二金属导热柱32布设在挖空区域23的上方，可以使天线辐射方向图的辐射方向集中在上方，如图5所示，即为VR眼镜的正前方，以实现较高的增益和性能。

本实施例通过将散热结构与PCB主板结合实现天线性能，从而实现了天线结构与无线设备既有结构的一体化设计，降低了天线的占用空间，方便了无线设备的内部结构设计，节约了硬件成本。同时，通过在金属散热板上采用挖空区域的馈电设计，并调整金属导热柱与挖空区域之间的相对位置关系，从而提高了天线结构的无线性能。将本实施例的天线结构应用在尺寸较小的VR眼镜中，可以改善用户的使用体验。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线结构，应用在无线设备中，所述无线设备包括PCB主板和金属散热板，其特征在于，所述PCB主板与所述金属散热板间隔叠置，并通过多个金属导热柱相连接；在所述金属散热板上形成有挖空区域，在所述挖空区域的相对两个侧边的中间位置分别连接有一个导电部件，两个所述导电部件分别与PCB主板上的天线馈电点和接地点对应连通，所述多个金属导热柱在所述金属散热板上的连接位置分布在所述挖空区域的外周，且环绕所述挖空区域定位。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述挖空区域为长条形，所述两个侧边为挖空区域在长度方向上的两个侧边。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述导电部件在所述两个侧边上的连接点位于所述两个侧边的中心点。

4.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述挖空区域的长度根据天线的匹配阻抗确定，且调整规律为：挖空区域的长度越大，天线阻抗越大；挖空区域的长度越小，天线阻抗越小。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述PCB主板与所述金属散热板平行设置，所述金属导热柱连接所述PCB主板的地层。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述导电部件为金属弹片或者导线。

7.一种无线设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的天线结构。

8.根据权利要求7所述的无线设备，其特征在于，所述无线设备为VR眼镜，所述PCB主板和所述金属散热板安装在VR眼镜的眼罩部分，且所述挖空区域的长度方向平行于VR眼镜的左、右眼屏幕的中心点连线方向；在所述多个金属导热柱中，其中一个金属导热柱位于所述挖空区域的正上方。

9.根据权利要求8所述的无线设备，其特征在于，所述金属导热柱包括五个，其中三个金属导热柱位于所述挖空区域的上方且平行于挖空区域的长度方向依次间隔排布；另外两个金属导热柱位于所述挖空区域的下方且平行于挖空区域的长度方向间隔排布，且所述间隔距离大于所述挖空区域的长度。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的无线设备，其特征在于，所述PCB主板和所述金属散热板的尺寸相同，均为80mm×160mm；所述PCB主板和所述金属散热板的间距为10mm；所述挖空区域的长度为60mm。