CN218334331U - 双频段天线装置及ZigBee模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双频段天线装置及ZigBee模块。双频段天线装置包括馈源、接地连接部和辐射体。馈源包括馈点部和馈地部，馈点部与馈地部相对且间隔设置。接地连接部连接于馈地部。辐射体包括第一辐射体和第二辐射体，第一辐射体连接于接地连接部并与接地连接部间隔，且朝第一方向延伸。第二辐射体连接于馈点部，且朝第二方向延伸。第一方向和第二方向相背离，第一辐射体和第二辐射体之间具有第一间隙。如此，双频段天线装置可以工作于指定频段，并且在部增加尺寸面积的同时，使得天线装置具有较高的天线增益和较好的辐射效率，进而提高天线装置的性能。

Description

双频段天线装置及ZigBee模块

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种双频段天线装置及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模块中的天线装置的性能较差，无法满足使用需求。

实用新型内容

本实用新型实施方式提出了一种双频段天线装置，以改善上述至少一个问题。

本实用新型实施方式通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本实用新型实施方式提供一种双频段天线装置。双频段天线装置包括馈源、接地连接部和辐射体。馈源包括馈点部和馈地部，馈点部与馈地部相对且间隔设置。接地连接部连接于馈地部。辐射体包括第一辐射体和第二辐射体，第一辐射体连接于接地连接部并与接地连接部间隔，且朝第一方向延伸。第二辐射体连接于馈点部，且朝第二方向延伸。第一方向和第二方向相背离，第一辐射体和第二辐射体之间具有第一间隙。

在一些实施方式中，第一辐射体的长度方向平行于接地连接部的长度方向。第一辐射体与接地连接部之间形成第二间隙。第一辐射体的长度大于接地连接部的长度。

在一些实施方式中，第二间隙的长度为8～10mm，第二间隙的宽度为0.9～1.1mm。

在一些实施方式中，第二辐射体包括第一辐射部和第二辐射部。第一辐射部和第二辐射部均连接于馈点，且均朝第二方向延伸。第一辐射部的长度大于第二辐射部的长度。

在一些实施方式中，第一辐射部的长度方向平行于第二辐射部的长度方向。第一辐射部和第二辐射部之间具有第三间隙。第三间隙的长度为8～10mm，第三间隙的宽度为0.9～1.1mm。

在一些实施方式中，第一辐射部的长度方向平行于第二辐射部的长度方向，且平行于第一辐射体的长度方向。

在一些实施方式中，第一间隙的宽度为0.5～0.7mm。

在一些实施方式中，馈点部包括第一镀金层，第一镀金层的布线长度为1.9～2.1，第一镀金层的布线宽度为1.5～1.7。馈地部包括第二镀金层，第二镀金层的布线长度为1.4～1.6mm，第一镀金层的布线宽度为1.1～1.3mm。

在一些实施方式中，馈点部与馈地部的间距为1.9～2.1mm。

本实用新型实施方式还提供一种ZigBee模块。ZigBee模块包括电路板和上述任一实施方式的双频段天线装置，双频段天线装置连接于电路板。

本实用新型实施方式提供的双频段天线装置和ZigBee模块。双频段天线装置包括馈源、接地连接部和辐射体。其中，接地连接部与馈源的馈地部连接，用于谐振频率和调整波形，并具有耦合作用。并且，辐射体包括第一辐射体和第二辐射体，第一辐射体连接于接地连接部并与接地连接部间隔，且朝第一方向延伸，第二辐射体连接于馈点部，且朝第二方向延伸，第一方向和第二方向相背离，从而增加了第一辐射体和第二辐射体的走线，并使得馈点部向第二辐射体馈入电流信号以使第二辐射体工作于指定频段。此外，第一辐射体和第二辐射体之间具有第一间隙，第一间隙具有调整带宽的作用。如此，双频段天线装置在不增加尺寸面积下，提高效率和增益，提高了自身的性能，满足无线传输的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，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示出了本实用新型实施方式提供的双频段天线装置的结构示意图。

图2示出了本实用新型实施方式提供的双频段天线装置的馈源的部分尺寸示意图。

图3示出了本实用新型实施方式提供的双频段天线装置的多个间隙的部分尺寸示意图。

图4示出了本实用新型实施方式提供的双频段天线装置的辐射体的部分尺寸示意图。

图5示出了本实用新型实施方式提供的双频段天线装置在空间直角坐标系中的位置示意图。

图6示出了图5中的双频段天线装置在2450MHz时的辐射方向的示意图。

图7示出了图6中的双频段天线装置在2450MHz时H面辐射方向的示意图。

图8示出了图6中的双频段天线装置在2450MHz时E1面辐射方向的示意图。

图9示出了图6中的双频段天线装置在2450MHz时E2面辐射方向的示意图。

图10示出了图5中的双频段天线装置在5450MHz时的辐射方向的示意图。

图11示出了图10中的双频段天线装置在5450MHz时H面辐射方向的示意图。

图12示出了图10中的双频段天线装置在5450MHz时E1面辐射方向的示意图。

图13示出了图10中的双频段天线装置在5450MHz时E2面辐射方向的示意图。

图14示出了本实用新型实施方式提供的ZigBee模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域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方式，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，具有低功耗、低成本、低复杂度、抗干扰能力强、网络容量大等特性，可以支持网状网络、星型网络、树形网络等多种网络拓扑结构。ZigBee可以使用多种不同的频段，其中2.4GHz是ZigBee的主流工作频段。

在实际研究中，本申请实用新型人发现通过调整双频段天线装置的布线方式可以有效调节天线辐射的工作频率、效率和天线增益。因此，设计天线装置的布线间距和长度是能否实现提高天线性能的重要因素。

鉴于此，本发明提出一种双频段天线装置，双频段天线装置可设于ZigBee模块中，用于产生2.4GHz和5GHz的工作频段。在一下实施例中，主要以双频段天线装置应用于87T0网关设备的ZigBee模块中为例进行说明介绍，其他需要天线装置的情况可参考实施。

请参阅图1，双频段天线装置10包括馈源100、接地连接部200和辐射体300，辐射体300用于接受和发射信号。馈源100连接于接地连接部200和辐射体300，使得馈源100可以为辐射体300馈入电流信号以使辐射体300工作于指定频段，例如2.4GHz附近的频段和5GHz附近的频段，并且接地连接部200可以耦合天线波形和频率的作用。如此可以通过调整馈源100、辐射体300和接地连接部200的位置和形状，以提高双频段天线装置10的性能。

馈源100包括馈点部110和馈地部120，馈点部110与馈地部120相对且间隔设置，从而避免馈点部110和馈地部120相互连接而发生短路。

请参阅图1和图2，馈点部110连接于辐射体300，并为辐射体300馈入电流信号。进一步地，馈点部110包括第一镀金层111，第一镀金层111电镀有金属金，便于馈点部110更好地抗氧化，不易被空气腐蚀，同时也有利于减少信号的干扰和损耗。在本实施例中，第一镀金层111的布线长度为L1，其中，L1的取值范围为1.9～2.1mm，例如，L1可以是1.5mm。第一镀金层111的布线宽度为L2，其中，L2的取值范围为1.5～1.7mm，例如，L2可以是1.6mm。如此，馈点部110的面积较小，减小了馈点部110的占用空间，并且便于馈点部110传递信号给辐射体300。

馈地部120连接于接地连接部200，使得接地连接部200具有耦合作用。进一步地，馈地部120包括第二镀金层121，第二镀金层121电镀有金属金，有利于更好地抗氧化，不易被空气腐蚀，同时也有利于减少信号的干扰和损耗。在本实施例中，第二镀金层121的布线长度为L3，其中，L3的取值范围为1.4～1.6mm，例如，L3可以是1.5mm。第二镀金层121的布线宽度为L4，其中，L4的取值范围为1.1～1.3mm，例如，L3可以是1.2mm。如此，馈地部120的面积较小，减小了馈地部120的占用空间，并且便于馈地部120传递信号给接地连接部200。

辐射体300包括第一辐射体310和第二辐射体320，第一辐射体310连接于接地连接部200并与接地连接部200间隔，且朝第一方向(第一方向如图1中方向X所示)延伸，从而使得第一辐射体310增加了自身的走线，提高了效率和增加了增益，并具有耦合的作用，从而工作于指定频段，例如，2.4GHz频段。第二辐射体320连接于馈点部110，且朝第二方向(第一方向如图1中方向Y所示)延伸，增加了第二辐射体320自身的走线，提高了效率和增加了增益，从而工作于指定频段。

请参阅图3，第一方向和第二方向背离，有利于第一辐射体310和第二辐射体320往不同的方向辐射，增加辐射的范围，有利于无线信号的传输。此外，第一辐射体310和第二辐射体320之间具有第一间隙401，第一间隙401具有调整带宽和波形深浅的作用，进一步地，第一间隙401的宽度为L5，其中，L5的取值范围为0.5～0.7mm，例如，L5可以是0.6mm。

第一辐射体310的长度方向平行于接地连接部200的长度方向，第一辐射体310与接地连接部200之间形成第二间隙402，第二间隙402自第一辐射体310与接地连接部200的连接处往第一方向延伸。如此，第二间隙402也增长了第一辐射部321的走线，使得第一辐射部321可以产生2.GHz的频率，并且提高了双频段天线装置10的效率和增益，提高了双频段的性能，满足无线传输的使用要求。

进一步地，第二间隙402大致呈长条状设置，第二间隙402的长度为L6，其中，L6的取值范围为8～10mm，例如，L6可以是9mm。第二间隙402的宽度为L7，其中，L7的取值范围为0.9～1.1mm，例如，L7可以是1.0mm。如此便可调整第一辐射体310的频率。

第二辐射体320包括第一辐射部321和第二辐射部322，第一辐射部321和第二辐射部322均连接于馈点，且朝第二方向延伸。如此，第一辐射部321可以产生2.4G的频段，第二辐射部322可以耦合第一辐射部321的频率，使得增益提升，并且第二辐射部322还可以产生5GHz的频段。

进一步地，请参阅图4，第一辐射体310的长度大于接地连接部200的长度，从而产生2.4GHz的频段。在本实施例中，第一辐射部321的布线长度为L8,其中，L8的取值范围为22～24mm，例如，L8可以是23mm。第二辐射部322的布线长度为L9,其中，L9的取值范围为10～12mm，例如，L9可以是11mm。

进一步地，请在此参阅图3，第一辐射部321的长度方向平行于第二辐射部322的长度方向，第一辐射部321和第二辐射部322具有第三间隙402，例如，第三间隙402可以大致呈长条状设置，从而增长第一辐射部321的走线，降低第一辐射部321的频率，使得第一辐射部321可以产生5GHz的频段。在本实施例中，第三间隙402的长度为L9，其中，L9的取值范围为8～10mm。第三间隙402的宽度为L10，其中，L10的取值范围为0.9～1.1mm，例如，L10可以是1.0mm。

在一些实施方式中，第一辐射部321的长度方向平行于第二辐射部322的长度方向，且平行于第一辐射体310的长度方向。如此，有利于提高双频段天线装置10的效率和增益，从而提高双频段天线装置10的性能。

请参见表1，表1示出了通过网络分析仪测试得到的上述实施例的天线装置的多个测量点的频率以及驻波比值。

表1

频率(MHZ)	2400	2500	5050	5850
					驻波比值	1.52	1.49	1.65	1.85

目前，大多数应用于2.4GHz的双频段天线装置10的驻波比值在1.6至1.7的范围内，大多数应用于5GHz的双频段天线装置10的驻波比值在1.9至2.0的范围内，因此本申请实施方式的双频段天线装置10具有驻波比值低的优点。

请参阅表2，根据上述实施例的双频段天线装置10，在实际测试中其不同频率对应的增益和效率如表2所示。

表2

从表2的测试数据可以得知，在2400至2500MHz的频段时，增益在2.59至3.18dB，辐射效率在62.91％至69.99％之间。在5050至5850MHz的频段时，增益在2.66至4.32dB，辐射效率在67.65％至73.35％之间.因此，本申请实施例得双频度天线装置在收发2.4GHz频段时得辐射效率均高于62％，双频度天线装置在收5GHz频段时得辐射效率均高于65％，双频段天线装置10的增益和辐射效率明明显较高，满足使用要求。

请参阅图5，图示5出了空间直角坐标系中本申请实施例提供的一种双频段天线装置10的位置示意图，在空间直角坐标系O-xyz中，双频段天线装置10位于xOz坐标面，坐标轴的原点大致设于双频段天线装置10的馈点部110，从而有利于对双频段天线装置10进行检测。

请参阅图6至图9，图6示出了空间直角坐标系中本申请实施方式提供的双频段天线装置10在2450MHz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图7为H面(H面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图8为E1面(E面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图9为E2面(E面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图6至图9所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。

请参阅图10至图13，图10示出了空间直角坐标系中本申请实施方式提供的双频段天线装置10在5450MHz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图11为H面(H面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图12为E1面(E面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图13为E2面(E面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图10至图13所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。

请参阅图14，本实用新型还提出一种ZigBee模块20，ZigBee模块20可以应用于87T0网关设备中。ZigBee模块20包括电路板(图未示出)和上述实施方式所说的双频段天线装置10。双频段天线装置10的具体结构参照上述实施方式。ZigBee模块20例如可以应用于网关设备中。由于ZigBee模块20采用了上述所有实施方式的全部技术方案，因此同样具有上述双频段天线装置10的实施方式的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在一些实施方式中，ZigBee模块20还包括介质板500，介质板500可以用来承载双频段天线装置10。双频段天线装置10可以通过同轴线600与电路板电连接，从而便于电路板的射频电路将信号传导至馈源100。

在本实用新型中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接，或传动连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”的描述意指结合该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实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不必须针对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一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本实用新型中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式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，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双频段天线装置，其特征在于，包括：

馈源，所述馈源包括馈点部和馈地部，所述馈点部与所述馈地部相对且间隔设置；

接地连接部，所述接地连接部连接于所述馈地部；以及

辐射体，所述辐射体包括第一辐射体和第二辐射体，所述第一辐射体连接于所述接地连接部并与所述接地连接部间隔，且朝第一方向延伸，所述第二辐射体连接于所述馈点部，且朝第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相背离，所述第一辐射体和所述第二辐射体之间具有第一间隙。

2.根据权利要求1所述的双频段天线装置，其特征在于，所述第一辐射体的长度方向平行于所述接地连接部的长度方向，所述第一辐射体与所述接地连接部之间形成第二间隙，所述第一辐射体的长度大于所述接地连接部的长度。

3.根据权利要求2所述的双频段天线装置，其特征在于，所述第二间隙的长度为8～10mm，所述第二间隙的宽度为0.9～1.1mm。

4.根据权利要求1所述的双频段天线装置，其特征在于，所述第二辐射体包括第一辐射部和第二辐射部，所述第一辐射部和所述第二辐射部均连接于所述馈点，且均朝所述第二方向延伸，所述第一辐射部的长度大于所述第二辐射部的长度。

5.根据权利要求4所述的双频段天线装置，其特征在于，所述第一辐射部的长度方向平行于所述第二辐射部的长度方向，所述第一辐射部和所述第二辐射部之间具有第三间隙，所述第三间隙的长度为8～10mm，所述第三间隙的宽度为0.9～1.1mm。

6.根据权利要求4所述的双频段天线装置，其特征在于，所述第一辐射部的长度方向平行于所述第二辐射部的长度方向，且平行于所述第一辐射体的长度方向。

7.根据权利要求1所述的双频段天线装置，其特征在于，所述第一间隙的宽度为0.5～0.7mm。

8.根据权利要求1所述的双频段天线装置，其特征在于，所述馈点部包括第一镀金层，所述第一镀金层的布线长度为1.9～2.1，所述第一镀金层的布线宽度为1.5～1.7，所述馈地部包括第二镀金层，所述第二镀金层的布线长度为1.4～1.6mm，所述第一镀金层的布线宽度为1.1～1.3mm。

9.根据权利要求8所述的双频段天线装置，其特征在于，所述馈点部与所述馈地部的间距为1.9～2.1mm。

10.一种ZigBee模块，其特征在于，包括：

电路板；以及

如权利要求1至9中任意一项所述的双频段天线装置，所述双频段天线装置连接于所述电路板。

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