CN218548778U - 一种微带天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种微带天线和电子设备。该微带天线包括第一基板、辐射贴片和匹配结构，辐射贴片和匹配结构穿过第一基板电连接。其中，匹配结构由两段分别被配置为相等或不等的阻抗匹配枝节的螺旋状的第一传输线和第二传输线组成，从而使得该微带天线形成了双谐振以拓宽带宽。本实用新型实施例通过在现有微带天线结构中增加具有相等或不等的阻抗匹配枝节的传输线的匹配结构，在不增加原有微带天线基板外形尺寸、不对天线外形开缝、不增加寄生天线的前提下使匹配结构与辐射贴片共同形成了双谐振，从而微带天线的窄带的阻抗特性变为宽带阻抗特性、具有较宽频段。

Description

一种微带天线和电子设备

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种微带天线和电子设备。

背景技术

随着通讯技术的发展，高性能、小型化的射频前端产品成为新的发展趋势，基于介质基板的微带天线因其较小的尺寸广泛应用于各种通讯设备中。

微带天线主要由辐射贴片、介质基板、天线地结构以及天线馈电结构构成。辐射贴片由金属构成，其外形各异，性能也不同。介质基板作为承载辐射贴片的结构，由单层或者多层介质基板压合而成。天线地结构由金属构成，可以附着在介质基板上或者为设备金属外壳。天线馈电结构分为同轴馈电、微带馈电以及耦合馈电，然而无论是其中任一种，在单贴片天线设计下其馈电点的阻抗带宽均较窄。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种微带天线和电子设备，所述微带天线在不增加外形尺寸的前提下具有较大的带宽。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种微带天线，所述微带天线包括：

第一基板；

辐射贴片，设置在所述第一基板一侧；

匹配结构，设置在所述第一基板另一侧，所述匹配结构与所述辐射贴片电连接；

其中，所述匹配结构包括：

第一传输线，为第一阻抗匹配枝节，所述第一传输线终端开路，所述第一传输线为螺旋状；

第二传输线，为第二阻抗匹配枝节，第一阻抗匹配枝节与第二阻抗匹配枝节的阻抗相等或不等，所述第二传输线终端接地，所述第二传输线为螺旋状，所述第二传输线与所述第一传输线通过电连接点电连接。

进一步地，所述第一传输线和所述第二传输线的长度、横截面积、终端连接方式至少一项不同。

进一步地，所述第一基板开设有第一基板馈电孔，所述第一基板馈电孔一端与所述辐射贴片电连接，所述第一基板馈电孔另一端与所述第一传输线或所述第二传输线电连接。

进一步地，所述电连接点为所述第一传输线和所述第二传输线的螺旋线起点。

进一步地，所述第一传输线和所述第二传输线按照同一方向螺旋绕设于所述第一基板上，所述第一传输线和所述第二传输线之间间隔设置。

进一步地，所述第一传输线和所述第二传输线的螺旋结构的曲线方程为：

其中，a为所述第一传输线和所述第二传输线之间的距离，θ为极角值。

进一步地，所述微带天线还包括：

第二基板，包括设置所述匹配结构的第一面，所述第二基板与所述第一基板平行设置；

接地图案，设置在所述第二基板的第二面，所述接地图案与所述匹配结构电连接。

进一步地，所述第二基板开设第二基板馈电孔，所述第二基板馈电孔一端与所述接地图案电连接，所述第二基板馈电孔另一端与所述第一传输线或所述第二传输线电连接。

进一步地，所述第二基板还开设导电孔，所述导电孔一端与所述接地图案电连接，所述导电孔另一端与所述第二传输线电连接。

进一步地，所述微带天线还包括同轴线，所述同轴线包括外导体和内导体；

其中，所述外导体与所述第一传输线电连接，所述内导体与所述第二传输线电连接；

或者，所述外导体与所述第二传输线电连接，所述内导体与所述第一传输线电连接。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面所述的微带天线。

本实用新型实施例提供了一种微带天线和电子设备。所述微带天线包括依次连接的第一基板、辐射贴片和匹配结构。其中，所述匹配结构包括两段分别被配置为相等或不等的阻抗匹配枝节的螺旋状的第一传输线和第二传输线。本实用新型实施例通过在现有微带天线结构中增加具有相等或不等的阻抗匹配枝节的传输线的匹配结构，在不增加原有单贴片天线基板外形尺寸、不对天线外形开缝、不增加寄生天线的前提下使匹配结构与辐射贴片共同形成了双谐振，从而使微带天线的窄带的阻抗特性变为宽带阻抗特性、具有较宽频段。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例的微带天线的爆炸示意图；

图2是本实用新型实施例的微带天线的仰视图；

图3是本实用新型实施例的另一种具有接地图案的微带天线的爆炸示意图；

图4是本实用新型实施例的另一种具有接地图案的微带天线的俯视图；

图5是本实用新型实施例的另一种具有接地图案的微带天线的沿A-A方向剖面图；

图6是本实用新型实施例的又一种微带天线的立体结构示意图；

图7是现有微带天线散射参数仿真结果图；

图8是基于本实用新型实施例的微带天线散射参数仿真结果图；

图9是现有微带天线的史密斯阻抗圆图；

图10是基于本实用新型实施例的微带天线的史密斯阻抗圆图；

图11是现有微带天线辐射效率参数仿真结果图；

图12是基于本实用新型实施例的微带天线辐射效率参数仿真结果图；

图13是本实用新型实施例的匹配结构的俯视图。

附图标记说明：

1-第一基板；11-第一基板馈电孔；111-接地焊盘；2-辐射贴片；3-匹配结构；31-第一传输线；311-电连接点；32-第二传输线；4-第二基板；41-第二基板馈电孔；42-导电孔；5-接地图案；51-馈电焊盘；6-同轴线；61-外导体；62-内导体。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，或成一体；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1是本实用新型实施例的微带天线的爆炸示意图，所述微带天线包括：第一基板1、辐射贴片2和匹配结构3。所述辐射贴片2为常规的矩形金属贴片。具体地，所述辐射贴片2为矩形铜箔。所述辐射贴片2通过压合、刻蚀或喷涂等PCB板制作工艺覆盖于所述第一基板1表面形成。所述辐射贴片2和所述匹配结构3分别相对设置在所述第一基板1两侧，所述辐射贴片2和所述匹配结构3电连接。其中，所述匹配结构3包括第一传输线31和第二传输线32。所述匹配结构3为金属材质。在本实用新型实施例中，为了简化制作工艺，所述匹配结构3由与所述辐射贴片2相同的铜箔制成。如图1所示，所述第一传输线31和所述第二传输线32均为平面的螺旋状的传输线，所述第一传输线31和所述第二传输线32电连接，连接点为电连接点311。所述第一传输线31为第一阻抗匹配枝节，所述第二传输线32为第二阻抗匹配枝节。第一阻抗匹配枝节与第二阻抗匹配枝节的阻抗相等或不等。所述第一传输线31和所述第二传输线32影响所述辐射贴片2的输入阻抗，由此所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振，从而可以拓宽整体所述微带天线的频段。

具体地，所述第一传输线31和所述第二传输线32的长度、横截面积、终端连接方式至少一项不同，从而所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振以拓宽所述微带天线的频段。

在一种实施例中，所述第一传输线31和所述第二传输线32具有不同的长度，从而所述第一传输线31和所述第二传输线32的电阻、电容值、电荷量等数值存在区别，由此所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振。

在另一种实施例中，所述第一传输线31和所述第二传输线32具有不同的线宽，从而所述第一传输线31和所述第二传输线32的电阻、电容值、电荷量等数值存在区别，由此所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振。

在一种实施例中，所述第一传输线31和所述第二传输线32同时具有不同的长度和线宽，从而所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振。

此外，所述第一传输线31和所述第二传输线32通过具有不同的材质而使得所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振。

图13是本实用新型实施例的匹配结构的俯视图，在本实施例中，所述第一传输线31和所述第二传输线32的起始点相互错开，从而可以使用精度较低的加工方式进行加工，有效降低生产成本。

在本实施例中，所述第一传输线31一端进行馈电，末端不与任何金属相连，即终端开路。所述第二传输线32一端馈电，终端接地以形成短路结构。所述匹配结构3通过对所述第一传输线31和所述第二传输线32的末端结构进行设置，从而实现简单易实现的开路结构和短路结构。所述辐射贴片2由于与同时具有开路结构和短路结构的所述匹配结构3电连接而实现了在单一微带天线上形成双谐振，从而提升了所述微带天线的带宽。

图2是本实用新型实施例的微带天线的仰视图，所述第一传输线31和所述第二传输线32二维缠绕在所述第一基板1上。所述第一传输线31和所述第二传输线32通过所述电连接点311电连接。所述电连接点311为所述第一传输线31和所述第二传输线32的螺旋线起点，所述第一传输线31和所述第二传输线32从所述电连接点311出发相互绕设在所述第一基板1上，且相互不重叠。

进一步地，所述第一传输线31和所述第二传输线32均符合阿基米德螺旋线的形状，从而使得所述匹配结构3具有较优的阻抗特性。

在本实施例中，所述第一传输线31和所述第二传输线32螺旋结构的曲线方程为：

其中，a为所述第一传输线31和所述第二传输线32之间的距离，θ为极角值。在本实施例中，a为所述第一传输线31与第二传输线32的螺旋结构起点在径向上的最短间距，即所述电连接点311的直径。两段螺旋线长度相同或者不同，由实际所述微带天线阻抗决定。根据相关模拟仿真实验可知，符合此曲线方程时的所述微带天线具有较大的带宽。

进一步地，可以通过分别调节所述匹配结构3里的所述第一传输线31或所述第二传输线32的螺旋线弧长，调节所述微带天线的阻抗曲线，从而实现所述微带天线频段的扩展。

如图1所示，所述第一基板1开设有第一基板馈电孔11，所述第一基板馈电孔11的位置可以根据所述微带天线阻抗决定。所述第一基板馈电孔11一端与所述辐射贴片2电连接，所述第一基板馈电孔11另一端与所述电连接点311电连接。由于所述第一传输线31和所述第二传输线32电连接，所述第一基板馈电孔11也可以与所述第一传输线31或所述第二传输线32任意位置电连接，所述第一基板馈电孔11的设置位置具有较大的灵活性。

图3是本实用新型实施例的另一种具有接地图案的微带天线的爆炸示意图，所述微带天线还包括第二基板4和所述接地图案5。所述接地图案5为铜箔或其他金属片。在一些实施例中，所述接地图案5可以为所述微带天线安装设备的金属外壳。所述第二基板4平行于所述第一基板1设置。所述第二基板4的一面与所述匹配结构3相接。所述接地图案5位于所述第二基板4的另一面并穿过所述第二基板4与所述匹配结构3电连接。图4是本实用新型实施例的另一种具有接地图案的微带天线的俯视图，所述微带天线具有的所述第一基板1、所述辐射贴片2和所述匹配结构3的设置均与上述的本实用新型实施例中的设置相同。图5是本实用新型实施例的另一种具有接地图案的微带天线的沿A-A方向剖面图，所述第二基板4上开设第二基板馈电孔41和导电孔42。所述第二基板馈电孔41贯穿所述第二基板4并电连接所述接地图案5和所述匹配结构3。其中，所述第二基板馈电孔41与所述匹配结构3连接点可以设置在所述第一传输线31、所述第二传输线32或者所述电连接点311上。所述微带天线可以通过调节所述第二基板馈电孔41与所述匹配结构3的电连接位置从而调节阻抗曲线以实现对所述微带天线频段扩展的效果。所述第二基板馈电孔41的位置和所述第一基板馈电孔11的位置没有相关性，二者可以相互错开或相互贯通，设置位置可以根据实际加工以及使用需求来决定。所述接地图案5上设置与所述第二基板馈电孔41位置相对应的馈电焊盘51以对所述微带天线进行馈电。

在本实施例中，所述导电孔42贯穿所述第二基板4并电连接所述接地图案5和所述匹配结构3。其中，根据所述匹配结构3中的短路结构位置设置所述第二基板馈电孔41与所述匹配结构3连接点，所述导电孔42与被配置为与具有短路结构的传输线相连。

在一些实施例中，当所述匹配结构3中不设置短路状态的传输线，从而所述第二基板4上不开设所述导电孔42。或者所述第一传输线31和所述第二传输线32均避开所述导电孔42设置。

所述微带天线可以通过同轴线进行馈电。如图6所示，所述同轴线6包括外导体61和内导体62。所述外导体61和所述内导体62分别与地和信号线连接。在本实施例中，所述外导体61接地，所述内导体62与信号线相接，从而使得所述匹配结构3馈电的同时具有短路和开路结构。如图8所示，所述外导体61与所述第二传输线32电连接，所述内导体62与所述第一传输线31电连接。

在一些实施例中，所述外导体61与所述第一传输线31电连接，所述内导体62与所述第二传输线32电连接。所述同轴线6与所述传输线的具体连接方式也可以根据实际情况选择。且通过调节所述同轴线6中的导体(所述外导体61或者所述内导体62)与所述传输线的连接位置来达到调节阻抗曲线的目的，实现所述微带天线工作频段的扩展。在另一种实施例中，所述微带天线也可也使用微带馈电或者耦合馈电的方式进行馈电。

图6是本实用新型实施例的又一种微带天线的立体结构示意图，所述匹配结构3设置在所述第一基板1上表面，所述辐射贴片2位于所述第一基板1的下表面。所述第一基板1开设所述第一基板馈电孔11，所述辐射贴片2和所述匹配结构3通过所述第一基板馈电孔11电连接并馈电。所述第一基板1上表面还设置有接地焊盘111，所述接地焊盘111与被设置为短路结构的所述第一传输线31电连接。所述接地焊盘111通过金属导线连接整机主板地。所述微带天线通过所述同轴线6进行馈电，所述外导体61和所述内导体62分别与所述第二传输线32和所述第一传输线31电连接。所述同轴线6的连接结构可以根据实际需要进行改变。此种设计形式简化了所述微带天线结构，适用性更广。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备具有所述微带天线，由于所述微带天线具有较大的效率带宽，从而所述电子设备具有更加灵活的使用场合以及更优异的使用效果。

图7是现有微带天线散射参数仿真结果图，图8是基于本实用新型实施例的微带天线散射参数仿真结果图。相比于现有微带天线的低带宽，基于本实用新型实施例的所述微带天线可将散射参数带宽在-3dB时由460MHz扩展到790MHz，提升70％左右，且不增大天线外形尺寸。这里天线带宽定义为散射参数为-3dB时频率的上下限值之差。基于本实用新型实施例的所述微带天线由于具有所述匹配结构3，曲线存在两个向下凹陷的点。由此所述匹配结构3改善了微带天线输入点的阻抗特性，使其相比于现有微带天线谐振频率附近产生了另一匹配良好的频率点，可理解为微带天线产生两谐振点，两谐振点靠近时所述微带天线工作频段增加。

图9是现有微带天线的史密斯阻抗圆图，图10是基于本实用新型实施例的微带天线的史密斯阻抗圆图。图9为现有微带天线馈电焊盘处的阻抗分布曲线，图10为基于本实用新型实施例的微带天线所述馈电焊盘51处的阻抗分布曲线，曲线越靠近中心点表示天线散射参数越好，靠近中心点的曲线点越多，表示天线频段越宽。由图9和图10比较可知，本实用新型实施例提供的所述微带天线相较于现有微带天线具有更好的散射参数以及更宽的频段。且可以通过调节所述匹配结构3中的所述第一传输线31和所述第二传输线32螺旋线弧长以及所述第二基板馈电孔41与所述传输线的位置关系调节阻抗曲线，实现所述微带天线天线工作频段的扩展。

图11是现有微带天线辐射效率参数仿真结果图，图12是基于本实用新型实施例的微带天线辐射效率参数仿真结果图。由图11和图12对比可知，相对现有单贴片天线，基于本实用新型实施例的所述微带天线的所述匹配结构3的单天线效率带宽有一定的提升。

本实用新型实施例公开了一种微带天线和电子设备，所述微带天线包括第一基板1、辐射贴片2和匹配结构3，所述辐射贴片2和所述匹配结构3穿过所述第一基板1电连接。其中，所述匹配结构3包括两段分别被配置为相等或不等的阻抗匹配枝节的螺旋状的第一传输线31和第二传输线32，从而使得所述微带天线形成双谐振以拓宽带宽。本实用新型实施例通过在现有微带天线结构中增加具有相等或不等的阻抗匹配枝节的传输线的所述匹配结构3，在不增加原有单贴片天线基板外形尺寸、不对天线外形开缝、不增加寄生天线的同时使所述匹配结构3与辐射贴片2共同形成了双谐振，从而所述微带天线的窄带的阻抗特性变为宽带阻抗特性、具有较宽频段。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种微带天线，其特征在于，所述微带天线包括：

第一基板(1)；

辐射贴片(2)，设置在所述第一基板(1)一侧；

匹配结构(3)，设置在所述第一基板(1)另一侧，所述匹配结构(3)与所述辐射贴片(2)电连接；

其中，所述匹配结构(3)包括：

第一传输线(31)，为第一阻抗匹配枝节，所述第一传输线(31)终端开路，所述第一传输线(31)为螺旋状；

第二传输线(32)，为第二阻抗匹配枝节，第一阻抗匹配枝节与第二阻抗匹配枝节的阻抗相等或不等，所述第二传输线(32)终端接地，所述第二传输线(32)为螺旋状，所述第二传输线(32)与所述第一传输线(31)通过电连接点(311)电连接。

2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述第一传输线(31)和所述第二传输线(32)的长度、横截面积、终端连接方式至少一项不同。

3.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述第一基板(1)开设有第一基板馈电孔(11)，所述第一基板馈电孔(11)一端与所述辐射贴片(2)电连接，所述第一基板馈电孔(11)另一端与所述第一传输线(31)或所述第二传输线(32)电连接。

4.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述电连接点(311)为所述第一传输线(31)和所述第二传输线(32)的螺旋线起点。

5.根据权利要求4所述的微带天线，其特征在于，所述第一传输线(31)和所述第二传输线(32)按照同一方向螺旋绕设于所述第一基板(1)上，所述第一传输线(31)和所述第二传输线(32)之间间隔设置。

6.根据权利要求4所述的微带天线，其特征在于，所述第一传输线(31)和所述第二传输线(32)的螺旋结构的曲线方程为：

其中，a为所述第一传输线(31)和所述第二传输线(32)之间的距离，θ为极角值。

7.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微带天线还包括：

第二基板(4)，包括设置所述匹配结构(3)的第一面，所述第二基板(4)与所述第一基板(1)平行设置；

接地图案(5)，设置在所述第二基板(4)的第二面，所述接地图案(5)与所述匹配结构(3)电连接。

8.根据权利要求7所述的微带天线，其特征在于，所述第二基板(4)开设第二基板馈电孔(41)，所述第二基板馈电孔(41)一端与所述接地图案(5)电连接，所述第二基板馈电孔(41)另一端与所述第一传输线(31)或所述第二传输线(32)电连接。

9.根据权利要求7所述的微带天线，其特征在于，所述第二基板(4)还开设导电孔(42)，所述导电孔(42)一端与所述接地图案(5)电连接，所述导电孔(42)另一端与所述第二传输线(32)电连接。

10.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述微带天线还包括同轴线(6)，所述同轴线(6)包括外导体(61)和内导体(62)；

其中，所述外导体(61)与所述第一传输线(31)电连接，所述内导体(62)与所述第二传输线(32)电连接；

或者，所述外导体(61)与所述第二传输线(32)电连接，所述内导体(62)与所述第一传输线(31)电连接。

11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-10任一项所述的微带天线。

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