CN211507891U - 多频段天线以及ZigBee模块 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种多频段天线以及ZigBee模块，涉及通信技术领域，该多频段天线包括输入单元、高频单元以及低频单元，其中，输入单元用于与射频电路连接；高频单元与输入单元连接；低频单元与高频单元连接。其中，高频单元包括第一辐射臂和第二辐射臂；第一辐射臂的第一端与输入单元连接，第一辐射臂的第二端与低频单元连接，并与输入单元和低频单元围绕形成一个区域；第二辐射臂设置于区域中，且与输入单元连接。通过本申请实施例的多频段天线，能够在同一个PCB载板天线上实现了多频段的同时收发，有效减小该多频天线的占用空间。

Description

多频段天线以及ZigBee模块

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种多频段天线以及ZigBee模块。

背景技术

随着无线通信技术的发展，ZigBee技术因为其低功耗、低成本、低复杂度的特性，被广泛地接受。然而目前大多数的ZigBee模块中的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)载板天线为单频段设置，无法满足现在的天线需要多频段共用的要求。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提出了一种多频段天线，以解决上述问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种多频段天线，包括：输入单元、高频单元以及低频单元，其中，输入单元用于与射频电路连接；高频单元与输入单元连接；低频单元与高频单元连接。其中，高频单元包括第一辐射臂和第二辐射臂；第一辐射臂的第一端与输入单元连接，第一辐射臂的第二端与低频单元连接，并与输入单元和低频单元围绕形成一个区域；第二辐射臂设置于区域中，且与输入单元连接。

进一步的，低频单元包括第三辐射臂、第四辐射臂以及第五辐射臂；第三辐射臂的第一端与第一辐射臂的第二端连接，第三辐射臂的第二端与第四辐射臂的第一端连接，第三辐射臂的第三端为第三辐射臂的末端；第四辐射臂的第二端与第五辐射臂的第一端连接；第五辐射臂的第二端为第五辐射臂的末端，且与第三辐射臂的第三端相间隔。

进一步的，第三辐射臂包括第一辐射部，第四辐射臂包括第二辐射部，第五辐射臂包括第三辐射部，第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部相互平行。

进一步的，第二辐射臂位于第三辐射臂的第一端和第二端之间；第三辐射臂的第三端沿第三辐射臂朝向输入单元的方向延伸，以使第三辐射臂与输入单元和第一辐射臂围绕成区域。

进一步的，第三辐射臂距离输入单元的走线距离为第一预设距离，以使第三辐射臂产生915MHz频段。

进一步的，第四辐射臂距离输入单元的走线距离为第二预设距离，以使第四辐射臂产生868MHz频段，其中，第二预设距离小于第一预设距离。

进一步的，第五辐射臂距离输入单元的走线距离为第三预设距离，以使第五辐射臂产生433MHz频段，其中，第三预设距离小于第二预设距离。

进一步的，输入单元包括第一连接臂和第二连接臂；第一连接臂的第一端用于接地；第二连接臂的第一端用于连接射频电路，第二连接臂的第二端分别与第一连接臂的第二端和第一辐射臂的第一端连接；第二辐射臂与第二连接臂连接，且位于第二连接臂的第一端和第二端之间。

进一步的，第一辐射臂和第二辐射臂分别距离输入段单元的走线距离为第四预设距离，以使第一辐射臂和第二辐射臂产生2.4GHZ频段。

第二方面，本申请实施例提供了一种ZigBee模块，该ZigBee模块包括射频电路和上述的多频段天线，射频电路和多频段天线连接。

本申请实施例提供的多频段天线以及ZigBee模块，通过输入单元、高频单元以及低频单元来组成多频段天线，其中，输入单元用于与射频电路连接；高频单元与输入单元连接；低频单元与高频单元连接。由于高频单元可以实现高频段的收发，低频段单元可以实现低频段收发，从而可以在同一个PCB载板天线上实现了多频段的同时收发，另外高频单元与低频单元连接，从而共用一条射频链路，有效减小了该多频天线的占用空间。其中，高频单元包括第一辐射臂和第二辐射臂；第一辐射臂的第一端与输入单元连接，第一辐射臂的第二端与低频单元连接，并与输入单元和低频单元围绕形成一个区域；第二辐射臂设置于区域中，且与输入单元连接。从而可以实现了天线低包高的走线方式，可以有效提高天线增益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本申请一个实施例的多频段天线的结构示意图。

图2示出了本申请另一个实施例的多频段天线的结构示意图。

图3示出了本申请实施例的多频段天线的尺寸示意图。

图4示出了本申请实施例的ZigBee模块的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

随着移动互联网的快速发展，无线通信技术也被广泛地应用于各大领域中，在众多无线通信技术中，ZigBee技术是一种低复杂度、近距离、低速率、低成本的无线通信技术，而且ZigBee模块可以支持多种网络拓扑结构，因此ZigBee技术如今已被广泛地接受。

然而，目前的ZigBee模组通常为单频段天线，其PCB载板天线通常为单2.4GHz、单868MHz、单433MHz的频段，从而无法解决目前多频段芯片模块需要多频段共用问题。

发明人发现，如果将多条不同频段的天线设置在ZigBee模组的同一块PCB载板上可以满足ZigBee模组的多频段共用的要求。

然而，发明人在实际研究中发现，将多条不同频段的天线设置在ZigBee模组的同一块PCB载板将会增加天线的占用空间，而且多条天线在在同一块PCB载板上设置起来较为繁琐，并存在相互干扰的问题。

因此，针对于上述问题，发明人提出了本申请实施例中的多频段天线以及ZigBee模块。

请参阅图1，本申请一个实施例提供的多频段天线，该多频段天线包括输入单元120、高频单元110以及低频单元130。其中，输入单元120用于与射频电路连接高频单元110与输入单元120连接，低频单元130与高频单元110连接。

在实际应用中，该多频天线可以应用于射频(Radio Frequency，RF)电路，其中，射频电路可以为用来产生射频信号的高频电路。该多频天线的输入单元120可以该射频电路连接，用于接收该射频电路的射频信号，另外，该输入单元120还可以接地，以使多频段天线形成回路。由于高频单元110与输入单元120连接，当射频信号从输入单元120传输到高频单元110时，高频单元110可以对应产生高频段的信号，例如产生2.4GHz的频段。由于低频单元130与高频单元110连接，当射频信号从高频单元110传输到低频单元130时，低频单元130可以对应产生低频段的信号，例如产生433MHz至915MHz的频段。

在本实施例中，由于多频段天线由高频单元110和低频单元130构成，因此能够实现对多频段的同时收发，满足了现在的天线需要多频段共用的要求，其中，由于天线各部分的走线距离不一样，对应的频段也不一样，相对输入单元120走线距离越远则频段越低，因此，本实施例将低频单元130连接在高频单元110之后，增加了低频单元130的走线距离，从而实现了同一天线的多频段共存的形式，简化了多频段天线的体积。由于多频段天线中的输入单元120、高频单元110以及低频单元130依次连接，且输入单元120可以与射频电路连接，因此高频单元110和低频单元130共用了同一条射频链路，从而进一步减小了多频段天线的体积，同时也避免了多个天线共同设置在一块PCB载板上，而导致相互干扰的问题。

其中，如图1和图2所示，高频单元110包括第一辐射臂111和第二辐射臂112；第一辐射臂的第一端1111与输入单元120连接，第一辐射臂的第二端1112与低频单元130连接，并与输入单元120和低频单元130围绕形成一个区域140；第二辐射臂112设置于该区域140中，且与输入单元120连接。

在一些实施方式中，第一辐射臂111和第二辐射臂112可以均用于产生2.4GHz的频段，其中，第二辐射臂112可以为主辐射臂，第二辐射臂112的宽度可以大于第一辐射臂111的宽度，从而对2.4GHz通信频段信号收发起主要作用。可选地，第一辐射臂111和第二辐射臂112可以相互平行，也可以相互不平行，在此不做限定。

在一些实施方式中，输入单元120、第一辐射臂111以及低频单元130可以围成一个大致矩形的区域140，该区域140可以为非封闭区域，具体地，输入单元120和低频单元130之间可以形成一个开口。可选地，该开口的长度可以不超过第二辐射臂112的长度。

在本实施例中，通过输入单元120、第一辐射臂111以及低频单元130围成一个区域140，并将作为主要辐射臂的第二辐射臂112设置在该区域140中，从而形成低包高(低频天线包围高频天线)耦合高频的走线方式，通过该走线方式可以使周边线路(即输入单元120、第一辐射臂111和低频单元130)对中间线路(即第二辐射臂112)耦合，从而使得中间线路的高频谐振降低、带宽更宽、性能更优。

其中，输入单元120包括：第一连接臂121和第二连接臂122；第一连接臂的第一端1211用于接地；第二连接臂的第一端1221用于连接射频电路，第二连接臂的第二端1222分别与第一连接臂的第二端1212和第一辐射臂的第一端1111连接；第二辐射臂112与第二连接臂122连接，且位于第二连接臂的第一端1221和第二连接臂的第二端1222之间。

在本实施例中，通过第一连接臂121和第二连接臂122组成输入单元120，且第一连接臂的第一端1211用于接地；第二连接臂的第一端1221用于连接射频电路，可以方便多频段天线连接射频电路以及接地形成回路。

在一些实施方式中，第二辐射臂112可以位于第二连接臂的第一端1221和第二连接臂的第二端1222的中间。

在一些实施方式中，第一连接臂121的形状可以为大致的L型，第二连接臂122可以为长条形，第一连接臂121和第二连接臂122连接后可以形成一个具有开口得矩形，从而使多频段天线的走线更加简洁，并减小了多频段天线在PCB载板上的占用面积。可选地，第一辐射臂111可以垂直于第二连接臂122，第二辐射臂112可以垂直于第二连接臂122。

其中，低频单元130包括：第三辐射臂131、第四辐射臂132以及第五辐射臂133。其中，第三辐射臂的第一端1311与第一辐射臂的第二端1112连接，第三辐射臂的第二端1312与第四辐射臂的第一端1321连接，第三辐射臂的第三端1313为第三辐射臂131的末端；第四辐射臂的第二端1322与第五辐射臂的第一端1331连接；第五辐射臂的第二端1332为第五辐射臂133的末端，且与第三辐射臂的第三端1313相间隔。

其中，第三辐射臂131的形状可以大致为倒T型。第四辐射臂的形状可以大致为到L型。

在本实施例中，通过第三辐射臂131、第四辐射臂132以及第五辐射臂133组成低频单元130从而可以是低频单元130至少产生三个不同的低频段，增加了多频段天线的适用范围。另外，通过将第五辐射臂133的末端和第三辐射臂131的末端相间隔设置，即分开设置，从而形成了多频段天线的末端分开走的走线方式。从而可以方便对该多频段天线进行调试，并减小周围环境对多频段天线的干扰。

在一些实施方式中，第三辐射臂131包括第一辐射部1314，第四辐射臂132包括第二辐射部1323，第五辐射臂133包括第三辐射部1333，第一辐射部1314、第二辐射部1323、第三辐射部1333相互平行。

可选地，第一辐射部1314、第二辐射部1323以及第三辐射部1333的长度可以相同。可选地，第一辐射部1314、第二辐射部1323以及第三辐射部1333可以均与第二连接部平行，从而使多频段天线可以形成一个大致为矩形的天线结构，不仅走线方便，而且可减少其天线在PCB载板上的占用空间。

在本实施方式中，通过使第三辐射臂131包括第一辐射部1314，第四辐射臂132包括第二辐射部1323，第五辐射臂133包括第三辐射部1333，其中，第一辐射部1314、第二辐射部1323、第三辐射部1333相互平行，可以使第一辐射部1314、第二辐射部1323以及第三辐射部1333分别产生的三个较为稳定的频段，且可以简化多频段天线的走线，减小多频段天线的体积。

在一些实施方式中，第三辐射臂131距离输入单元120的走线距离为第一预设距离，以使第三辐射臂131产生915MHz频段。

由于多频段天线各部分距离输入单元120的走线距离对应了不同的频段，且走线距离越长，频段越低。在本实施方式中，通过将第三辐射臂131距离输入单元120的走线距离调节为第一预设距离，以使第三辐射臂131产生日常中比较常用的915MHz频段，从而方便多频段天线的使用。

在一些实施方式中，第四辐射臂132距离输入单元120的走线距离为第二预设距离，以使第四辐射臂132产生868MHz频段，其中，第二预设距离小于第一预设距离。在本实施方式中，通过将第四辐射臂132距离输入单元120的走线距离调节为第二预设距离，以使第四辐射臂132产生日常中比较常用的868MHz频段，从而方便多频段天线的使用。

在一些实施方式中，第五辐射臂133距离输入单元120的走线距离为第三预设距离，以使第五辐射臂133产生433MHz频段，其中，第三预设距离小于第二预设距离。在本实施方式中，通过将第五辐射臂133距离输入单元120的走线距离调节为第三预设距离，以使第五辐射臂133产生日常中比较常用的433MHz频段，从而方便多频段天线的使用。

在一些实施方式中，第一辐射臂111和第二辐射臂112分别距离输入段单元的走线距离为第四预设距离，以使第一辐射臂111和第二辐射臂112产生2.4GHZ频段。在本实施方式中，通过将第一辐射臂111和第二辐射臂112距离输入单元120的走线距离调节为第四预设距离，以使第一辐射臂111和第二辐射臂112产生日常中比较常用的2.4GHZ频段，从而方便多频段天线的使用。

在一些实施方式中，第二辐射臂112位于第三辐射臂的第一端1311和第二端之间；第三辐射臂的第三端1313沿第三辐射臂131朝向输入单元120的方向延伸，以使第三辐射臂131与输入单元120和第一辐射臂111围绕成区域140。

可选地，第三辐射臂的第三端1313可以与输入单元120间隔一定距离，以使第三辐射臂131与输入单元120和第一辐射臂111围绕成的区域140为非封闭区域。

在本实施方式中，通过将第三辐射臂的第三端1313沿第三辐射臂131朝向输入单元120的方向延伸，以使第三辐射臂131与输入单元120和第一辐射臂111围绕成区域140，从而利用简洁的走线方式即可将高频的第二辐射臂112包围。

请参阅图3，在一些实施方式中，为了使多频段天线能够同时收发2.4GHz、915MHz、868MHz、433MHz的频段，该多频段天线的形状及尺寸可以如图3所示，其中，多频段天线可以为大致的矩形，多频段天线的总长度可以为14.0mm。其中，输入单元120可以为大致的矩形，其输入单元120的长度可以为5.7mm，宽度为2.7mm。第二辐射臂112的长度可以为5.7mm。第一辐射部1314与第二辐射部1323之间的距离可以是1.8mm，第二辐射部1323和第三辐射部1333之间的距离可以是1.5mm。第五辐射臂133的宽度可以是0.6mm；第五辐射臂133的长度可以是5.1mm。

请参阅表1，根据上述实施例的多频段天线，在实际测试中其不同频率对应的增益和效率如表1所示，

表1

从表1中的测试数据可以得知，在2400至2500GHz频段时，增益在2.82dB至3.53dB之间，辐射效率在44.45％至54.47％之间。在900至930MHz频段时，增益在1.24dB至2.07dB之间，辐射效率在56.7％至63.7％之间。在868.3MHz频段时，增益为-1.26，辐射效率为47.1％。在430至440MHz频段时，增益在1.33dB至1.53dB之间，辐射效率在56.6％至58.2％之间。因此，本申请实施例的多频段天线，能有效、稳定地同时收发2.4GHz、915MHz、868MHz、433MHz频段。

请参阅图4，本申请一个实施例提供的ZigBee模块，该ZigBee模块200包括射频电路210和上述实施例的多频段天线220，其中，射频电路210和多频段天线220连接。

综上所述，本申请实施例提供的多频段天线以及ZigBee模块，通过输入单元、高频单元以及低频单元来组成多频段天线，其中，输入单元用于与射频电路连接；高频单元与输入单元连接；低频单元与高频单元连接。由于高频单元可以实现高频段的收发，低频段单元可以实现低频段收发，从而可以在同一个PCB载板天线上实现了多频段的同时收发，另外高频单元与低频单元连接，从而共用一条射频链路，有效减小了该多频天线的占用空间。其中，高频单元包括第一辐射臂和第二辐射臂；第一辐射臂的第一端与输入单元连接，第一辐射臂的第二端与低频单元连接，并与输入单元和低频单元围绕形成一个区域；第二辐射臂设置于区域中，且与输入单元连接。从而可以实现了天线低包高的走线方式，可以有效提高天线增益。故本申请的多频段天线，体积小巧、成本较低没能够适用不同频段的ZigBee产品。

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

Claims (10)

1.一种多频段天线，其特征在于，包括：

输入单元，所述输入单元用于与射频电路连接；

高频单元，所述高频单元与所述输入单元连接；以及

低频单元，所述低频单元与所述高频单元连接；

其中，所述高频单元包括第一辐射臂和第二辐射臂；

所述第一辐射臂的第一端与所述输入单元连接，所述第一辐射臂的第二端与所述低频单元连接，并与所述输入单元和所述低频单元围绕形成一个区域；

所述第二辐射臂设置于所述区域中，且与所述输入单元连接。

2.根据权利要求1所述的多频段天线，其特征在于，所述低频单元包括第三辐射臂、第四辐射臂以及第五辐射臂；

所述第三辐射臂的第一端与所述第一辐射臂的第二端连接，所述第三辐射臂的第二端与所述第四辐射臂的第一端连接，所述第三辐射臂的第三端为所述第三辐射臂的末端；

所述第四辐射臂的第二端与所述第五辐射臂的第一端连接；

所述第五辐射臂的第二端为所述第五辐射臂的末端，且与所述第三辐射臂的第三端相间隔。

3.根据权利要求2所述的多频段天线，其特征在于，所述第三辐射臂包括第一辐射部，所述第四辐射臂包括第二辐射部，所述第五辐射臂包括第三辐射部，所述第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部相互平行。

4.根据权利要求2所述的多频段天线，其特征在于，所述第二辐射臂位于所述第三辐射臂的第一端和第二端之间；

所述第三辐射臂的第三端沿所述第三辐射臂朝向所述输入单元的方向延伸，以使所述第三辐射臂与所述输入单元和所述第一辐射臂围绕成所述区域。

5.根据权利要求2所述的多频段天线，其特征在于，所述第三辐射臂距离所述输入单元的走线距离为第一预设距离，以使所述第三辐射臂产生915MHz频段。

6.根据权利要求5所述的多频段天线，其特征在于，所述第四辐射臂距离所述输入单元的走线距离为第二预设距离，以使所述第四辐射臂产生868MHz频段，其中，所述第二预设距离小于所述第一预设距离。

7.根据权利要求6所述的多频段天线，其特征在于，所述第五辐射臂距离所述输入单元的走线距离为第三预设距离，以使所述第五辐射臂产生433MHz频段，其中，所述第三预设距离小于所述第二预设距离。

8.根据权利要求1至7任一项所述的多频段天线，其特征在于，所述输入单元包括第一连接臂和第二连接臂；

所述第一连接臂的第一端用于接地；

所述第二连接臂的第一端用于连接所述射频电路，所述第二连接臂的第二端分别与所述第一连接臂的第二端和所述第一辐射臂的第一端连接；

所述第二辐射臂与所述第二连接臂连接，且位于所述第二连接臂的第一端和第二端之间。

9.根据权利要求1至7任一项所述的多频段天线，其特征在于，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂分别距离所述输入单元的走线距离为第四预设距离，以使所述第一辐射臂和所述第二辐射臂产生2.4GHz频段。

10.一种ZigBee模块，其特征在于，所述ZigBee模块包括射频电路和如权利要求1至9任一项所述的多频段天线，所述射频电路和所述多频段天线连接。

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