CN212542675U - 一种定向天线及其家电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定向天线及其家电设备，所述定向天线包括天线主体、介质基板和馈电结构，所述天线主体包括沿家电设备上端到下端的方向依次间隔设置的第一耦合贴片单元、贴片天线和第二耦合贴片单元；所述第一耦合贴片单元包括至少一个第一耦合贴片子单元，所述第二耦合贴片单元包括至少一个第二耦合贴片子单元；其中，所述第一耦合贴片子单元与贴片天线及贴片天线与第二耦合贴片子单元之间均设置有窄缝；所述贴片天线、第一耦合贴片子单元和第二耦合贴片子单元的左右两侧均设置有电流传输部；通过设置电流传输部调节馈电电流路径长度，使得合成的天线辐射方向发生偏移。

Description

一种定向天线及其家电设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种定向天线及其家电设备。

背景技术

随着物联网技术的发展，智能家电均具备了联网通讯的设计。不同电器由于其功能以及在家庭中的摆放位置不同，对产品的信号覆盖有不同的定向性需求，因此需要产品天线的辐射方向有一定的偏向性。大多数天线的主辐射方向，与天线法向相同或正交，如果需要主辐射方向朝向特定角度，最简单直接的办法是调整天线在产品上的安装角度，改变辐射方向。但随着电子产品设计的集成度越来越高，出于空间上的限制，天线在多数情况下只能贴合于产品的外壳内表面等地方，法向无法随意调整。

另外一种通用方案是设计天线阵列，通过设计特定的馈电网络，让不同天线阵列单元的馈电相位不同，实现辐射主方向的偏移。但馈电网络的引入和阵列设计使得天线设计过于复杂，且大幅增加天线所占面积。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种定向天线及其家电设备，能够有效解决上述的问题。

根据本申请的第一方面，本申请实施例提供了一种定向天线，用于安装在家电设备本体上，包括：

天线主体，包括贴片天线、第一耦合贴片单元和第二耦合贴片单元，所述第一耦合贴片单元、贴片天线和第二耦合贴片单元沿家电设备上端到下端的方向依次间隔设置；

介质基板，具有第一面、第二面和馈电点，所述第一耦合贴片单元、贴片天线和第二耦合贴片单元设置在所述介质基板第一面，所述第二面是接地导体层，所述馈电点位于所述介质基板第一面且与所述贴片天线连接；

馈电结构，所述馈电结构的一端穿过所述介质基板与所述馈电点连接，所述馈电结构另一端与所述家电设备本体电连接，用于从所述家电设备获得激励信号；

其中，所述第一耦合贴片单元包括至少一个第一耦合贴片子单元，所述第二耦合贴片单元包括至少一个第二耦合贴片子单元，所述第一耦合贴片子单元与贴片天线及贴片天线与第二耦合贴片子单元之间均设置有窄缝，所述贴片天线、所述第一耦合贴片子单元和第二耦合贴片子单元的左右两侧均设置有电流传输部，用于调节馈电电流传输路径。

在本申请提供的实施例中，所述电流传输部为设置在所述贴片天线、第一耦合贴片子单元和第二耦合贴片子单元的左右两侧开设的凹槽部。

在本申请提供的实施例中，所述凹槽部包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，所述第一耦合贴片子单元设置有所述第一凹槽，所述贴片天线设置有所述第二凹槽，所述第二耦合贴片子单元设置有所述第三凹槽。

在本申请提供的实施例中，所述第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽沿所述定向天线安装方向依次加深，以使得所述第一耦合贴片子单元、贴片天线和第二耦合贴片子单元的有效长度增加。

在本申请提供的实施例中，所述第一耦合贴片子单元、贴片天线和所述第二耦合贴片子单元的宽度相同。

在本申请提供的实施例中，所述第一耦合贴片子单元、贴片天线和所述第二耦合贴片子单元的高度相同。

在本申请提供的实施例中，所述电流传输部为设置在所述贴片天线、所述第一耦合贴片单元和第二耦合贴片单元的左右两侧边缘的凸起部。

在本申请提供的实施例中，所述窄缝的间距范围为0～0.2mm。

在本申请提供的实施例中，所述窄缝还包括第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝，所述第一窄缝设置在所述第一耦合贴片子单元与贴片天线及贴片天线与第二耦合贴片子单元之间，所述第二窄缝设置在所述第一耦合贴片子单元之间，所述第三窄缝设置在所述第二耦合贴片子单元之间。

在本申请提供的实施例中，所述第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝之间互相平行设置且所述第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝的宽度间距均相同。

在本申请提供的实施例中，所述天线主体的面积小于所述介质基板第一面的上表面积。

在本申请提供的实施例中，所述贴片天线、第一耦合贴片单元和第二耦合贴片单元均相对于所述介质基板的中轴线对称设置。

在本申请中的定向天线中，所述定向天线沿垂直地面方向安装于所述家电设备上。

根据本申请的第二方面，本申请还提供了一种家电设备，包括设备本体及上述的定向天线，所述定向天线成阵列设置在所述设备本体上。

本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请提供了一种定向天线及其家电设备，在通过在第一耦合贴片子单元、贴片天线及第二耦合贴片子单元的左右两侧设置电流传输部以调节馈电电流的有效路径，使得各贴片激励相位呈等差数列，进而使得合成天线辐射方向发生偏移拥有一定的俯仰角，满足了不同家电设备对于天线的定向性需求，且具有体积小、灵活性高等优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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是本申请一实施例提供的一种安装有定向天线的家电设备的结构示意图

图2是图1中定向天线的结构示意图；

图3是图2中天线主体的结构示意图；

图4是图3中贴片天线的结构示意图；

图5是图2中定向天线在另一角度的的结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的一种定向天线的的回波损耗性能曲线图；

图7a是本申请一实施例提供的一种定向天线V面方向图；

图7b是本申请一实施例提供的一种定向天线H面方向图；

附图标记说明：

1000、定向天线；

100、天线主体；110、第一耦合贴片单元；111、贴片天线；112、第二耦合贴片单元；1111、第一耦合贴片子单元；1112、第二耦合贴片子单元；120、电流传输部；

200、馈电结构；

300、介质基板；310、第一面；320、第二面；330、馈电点；

2000、设备本体。

具体实施方式

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。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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图5，本申请实施例提供了一种定向天线1000，用于安装在设备本体2000上，其中，设备本体2000包括空调、中央空调、冰箱、洗衣机、智能灯具、智能吸尘器、智能窗帘、智能电饭煲、智能热水器、智能微波炉等，本申请不加以限制。可以理解的是，由于扫地机紧贴地面，处于家庭电器中高度最低的位置，导致需要自身信号覆盖具有一定的仰角，以保证与其它电器通信，而悬挂式空调相反，需要信号覆盖具有一定的俯角，为了更清楚的描述本申请实施例的技术方案，下面以定向天线1000沿垂直地面方向安装于扫地机本体上为例进行解释说明。

本申请的定向天线1000包括天线主体100、馈电结构200和介质基板300。在本实施例中，介质基板300具有第一面310、第二面320和馈电点330，第一面310与第二面320相对设置，馈电点330位于第一面330上，第二面320是覆盖有接地导体的介质基板300下表面。天线主体100包括贴片天线111、第一耦合贴片单元110和第二耦合贴片单元112。第一耦合贴片单元110、贴片天线 111和第二耦合贴片单元112沿着介质基板300的长度方向依次设置在第一面 310上，贴片天线111与馈电点330的位置相对应并且贴片天线111覆盖连接馈电点330。沿介质基板上端到下端的方向，第一耦合贴片单元110安装于贴片天线111的正上方且第一耦合贴片单元110与贴片天线111的临近面之间设置有窄缝，第二耦合贴片单元112安装于贴片天线111的正下方且第二耦合贴片单元112与贴片天线111的临近面之间设置有窄缝，窄缝用于耦合馈电。馈电结构200垂直于介质基板第一面310且馈电结构200的一端穿过介质基板300后与馈电点330连接，馈电结构200的另一端与扫地机本体电连接，用于从扫地机本体获得激励信号后传输给馈电点330。

具体地，第一耦合贴片单元110还包括至少一个第一耦合贴片子单元1111，第一耦合贴片子单元1111均沿着介质基板300的长度方向依次安装在贴片天线 111的上方，与贴片天线111上端临近的第一耦合贴片子单元1111与贴片天线 111之间设置有窄缝。第二耦合贴片单元112还包括至少一个第二耦合贴片子单元1112，第二耦合贴片子单元1112均沿着介质基板300的长度方向依次安装在贴片天线111的下方，与贴片天线111下端临近的第二耦合贴片子单元1112与贴片天线111之间设置有窄缝。在本实施例中，贴片天线111、第一耦合贴片子单元1111和第二耦合贴片子单元1112的左右两侧还设置有电流传输部120，用于改变贴片天线111、第一耦合贴片子单元1111和第二耦合贴片子单元1112的表面结构，从而使得电流曲向流动，相当于增加了天线电流路径长度。

在一个可选的实施例中，窄缝的间距范围为0～0.2mm。在本申请中，当窄缝的间距为0.1mm时，电磁场的耦合传输效果较好。

在一个可选的实施例中，窄缝还包括有第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝，第一耦合贴片子单元1111与贴片天线111及贴片天线111与第二耦合贴片子单元1112之间设置有第一窄缝，第一耦合贴片子单元之间设置有第二窄缝，第二耦合贴片子单元之间设置有第三窄缝，用于使两两相近的第一耦合贴片子单元、贴片天线及第二耦合贴片子单元的临近面之间进行耦合馈电。

采用以上技术方案后，扫地机本体通过馈电结构200向馈电点330传输馈入信号，馈电点330向贴片天线111馈入激励信号，贴片天线111被激励后，由于贴片天线111与临近的第一耦合贴片子单元1111及第二耦合贴片子单元 1112间设置有窄缝，电磁场可以通过窄缝耦合传输，因此第一耦合贴片子单元 1111和第二耦合贴片子单元1112可以被激励，而其余两两相近的第一耦合贴片子单元1111之间及两两相近的第二耦合贴片子单元1112之间均同理可被依次激励。设置在贴片天线111、第一耦合贴片子单元1111和第二耦合贴片子单元 1112左右两侧的电流传输部120可以调节表面电流传输路径，进而改变第一耦合贴片子单元1111、贴片天线及第二耦合贴片子单元1112的辐射功率。

请参阅图1和图4，在一个可选的实施例中，电流传输部120为设置在贴片天线111、第一耦合贴片子单元1111和第二耦合贴片子单元1112的左右两侧开设的凹槽部。电流传输部120还包括有第一电流传输部、第二电流传输部和第三电流传输部，其中，第一电流传输部设置在第一耦合贴片子单元1111的左右两侧，第二电流传输部设置在贴片天线111的左右两侧，第三电流传输部设置在第二耦合贴片子单元1112的左右两侧。

在一个可选的实施例中，凹槽部还包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，第一凹槽是设置在第一耦合贴片子单元1111左右两侧的第一电流传输部，第二凹槽是设置在贴片天线111左右两侧的第二电流传输部，第三凹槽是设置在第二耦合贴片子单元1112左右两侧的第三电流传输部，上述凹槽部的设置用于调节表面电流分布从而改变馈电电流有效传输路径的长度，实现了天线的小型化。在本实施方式中，第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽形状可以为折线形、U 形、工字形、波浪形等，本申请不加以限制。

在一可选的实施例中，第一耦合贴片子单元1111、贴片天线111和第二耦合贴片子单元1112的宽度和高度均相同，以减少制作成本，便于批量制造。

在另一可选的实施例中，第一耦合贴片子单元1111、贴片天线111和第二耦合贴片子单元1112的宽度相同，高度不同，以满足不同家用电器的天线辐射需求。

为了更清楚的描述本申请实施例的技术方案，下面以第一耦合贴片子单元 1111、贴片天线111和第二耦合贴片子单元1112的宽度和高度均相同为例进行解释说明。

在一个可选的实施例中，第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽形状依次加深，分别使第一耦合贴片子单元1111、贴片天线及第二耦合贴片子单元1112 的有效长度增加。通过第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽形状依次加深，使得对应的第一耦合贴片子单元1111、贴片天线111及第二耦合贴片子单元 1112的辐射功率改变，最终调整至沿定向天线1000的安装方向上的每片贴片(包含第一耦合贴片子单元、贴片天线和第二耦合贴片子单元)的激励相位呈等差数列。

采用以上技术方案后，由于第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽的凹槽形状依次加深，使得对应的第一耦合贴片子单元1111、贴片天线111及第二耦合贴片子单元1112的辐射功率改变。电流的有效传输的路径越长，则信号的延迟越大，耦合贴片子单元被激励起的信号相位越滞后，因此沿着定向天线1000安装方向的上端耦合贴片子单元信号相位超前，定向天线1000下端耦合贴片子单元信号相位滞后，当沿定向天线1000的安装方向上的每片贴片(包含第一耦合贴片子单元、贴片天线和第二耦合贴片子单元)的激励相位呈等差数列时，合成的天线辐射方向拥有一定的仰角。同理，如果本实施例提供的定向天线1000安装在悬挂式空调上，则本本实施例提供的定向天线1000的安装方向应该180°倒置，以使得定向天线1000上端耦合贴片子单元信号相位滞后，定向天线1000下端耦合贴片子单元信号相位超前，从而使合成的天线辐射方向拥有一定的俯角，以便空调与其下方电器进行通信。

在一可选的实施例中，电流传输部120还可以为设置在贴片天线111、第一耦合贴片子单元1111和第二耦合贴片子单元1112的左右两侧的凸起部。电流传输部120还包括有第一电流传输部、第二电流传输部和第三电流传输部；其中，第一电流传输部设置在第一耦合贴片子单元1111的左右两侧，第二电流传输部设置在贴片天线111的左右两侧，第三电流传输部设置在第二耦合贴片子单元1112的左右两侧，以使得第一耦合贴片子单元1111、贴片天线111和第二耦合贴片子单元1112的电流有效路径改变。

在一可选的实施例中，介质基板300呈长方形板状，其可由高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等材质制成。在本实施例中，介质基板 300的材质采用采用Rogers公司的RT5880为板材，也可以采用RO3003或 RO4835，介质基板300厚度选择10mil，可保证在不同家电设备需求的工作频率中保持良好的天线工作特性。

在一可选的实施例中，天线主体100的面积小于介质基板300第一面310 的上表面积，使得定向天线1000的结构合理。

在一可选的实施例中，第一耦合贴片子单元1111、贴片天线111及第二耦合贴片子单元1112在介质基板300长度方向的中轴线上依次排列设置，减小了天线设计所占用的空间。

请参阅图6，定向天线天线1000的S参数显示了天线回波损耗的属性。本申请提供的定向天线1000在工作频率为28GHz处拥有-10dB以下的回波反射。

请参阅图1至图2，当本申请提供的一种定向天线1000安装在需要有一定仰角的设备本体2000上时，介质基板300的长度方向为y轴，介质基板300的宽度方向为x轴，介质基板300的厚度方向为z轴。

请参阅图7a和图7b，图7a反映了一种定向天线在垂直面方向的方向图，其定向天线1000主辐射方向为35°仰角方向，并拥有60°的3dB波宽；图7b 反映了一种定向天线在水平面方向的方向图，定向天线1000主辐射方向为天线法向，具有120°的3dB波宽。

在一可选的实施例中，本申请提供的一种定向天线1000还可以在设备本体 2000上扩充至2×2、4×4MIMO的阵列设置，以保证设备本体2000的水平面信号覆盖，满足不同家电设备的通讯需求。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种定向天线，用于安装在家电设备本体上，其特征在于，包括：

天线主体，包括贴片天线、第一耦合贴片单元和第二耦合贴片单元，所述第一耦合贴片单元、贴片天线和第二耦合贴片单元沿家电设备上端到下端的方向依次间隔设置；

介质基板，具有第一面、第二面和馈电点，所述第一耦合贴片单元、贴片天线和第二耦合贴片单元设置在所述介质基板第一面，所述第二面是接地导体层，所述馈电点位于所述介质基板第一面且与所述贴片天线连接；

馈电结构，所述馈电结构的一端穿过所述介质基板与所述馈电点连接，所述馈电结构另一端与所述家电设备本体电连接，用于从所述家电设备获得激励信号；

其中，所述第一耦合贴片单元包括至少一个第一耦合贴片子单元，所述第二耦合贴片单元包括至少一个第二耦合贴片子单元，所述第一耦合贴片子单元与贴片天线及贴片天线与第二耦合贴片子单元之间均设置有窄缝，所述贴片天线、所述第一耦合贴片子单元和第二耦合贴片子单元的左右两侧均设置有电流传输部，用于调节馈电电流传输路径。

2.根据权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述电流传输部为设置在所述贴片天线、第一耦合贴片子单元和第二耦合贴片子单元的左右两侧开设的凹槽部。

3.根据权利要求2所述的定向天线，其特征在于，所述凹槽部包括第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，所述第一耦合贴片子单元设置有所述第一凹槽，所述贴片天线设置有所述第二凹槽，所述第二耦合贴片子单元设置有所述第三凹槽。

4.根据权利要求3所述的定向天线，其特征在于，所述第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽沿所述定向天线安装方向依次加深，以使得所述第一耦合贴片子单元、贴片天线和第二耦合贴片子单元的有效长度增加。

5.根据权利要求4所述的定向天线，其特征在于，所述第一耦合贴片子单元、贴片天线和所述第二耦合贴片子单元的宽度相同。

6.根据权利要求4所述的定向天线，其特征在于，所述第一耦合贴片子单元、贴片天线和所述第二耦合贴片子单元的高度相同。

7.根据权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述电流传输部为设置在所述贴片天线、所述第一耦合贴片单元和第二耦合贴片单元的左右两侧边缘的凸起部。

8.根据权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述窄缝的宽度间距范围为0～0.2mm。

9.根据权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述窄缝还包括第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝，所述第一窄缝设置在所述第一耦合贴片子单元与贴片天线及贴片天线与第二耦合贴片子单元之间，所述第二窄缝设置在所述第一耦合贴片子单元之间，所述第三窄缝设置在所述第二耦合贴片子单元之间。

10.根据权利要求9所述的定向天线，其特征在于，所述第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝之间互相平行且所述第一窄缝、第二窄缝和第三窄缝的宽度间距均相同。

11.根据权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述天线主体的面积小于所述介质基板第一面的上表面积。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的定向天线，其特征在于，所述贴片天线、第一耦合贴片单元和第二耦合贴片单元均相对于所述介质基板的中轴线对称设置。

13.一种家电设备，其特征在于，包括设备本体及如权利要求1至12中任一项所述的定向天线，所述定向天线沿垂直地面方向安装于所述设备本体上。

14.根据权利要求13所述的家电设备，其特征在于，所述定向天线成阵列设置在所述家电设备上。

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