CN219553886U - Uwb天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种UWB天线，包括：辐射贴片元件和接地元件；其中辐射贴片元件具有：主体，其呈三角形，主体的侧边构造有连续设置的多个锯齿；和延伸端部，其与主体的顶端连接，延伸端部沿垂直于主体的底边的方向延伸；接地元件与辐射贴片元件间隔设置；接地元件具有：基部，其呈矩形；和对称设置的弯角部，弯角部与基部连接；弯角部具有弧形边缘，弧形边缘相互背离地弯曲。还提供一种电子设备。本申请通过设置构造有连续设置的多个锯齿的主体，能够有效地拓展天线的工作带宽；通过设置一组对称的弯角部，可以让天线在宽带宽下具有良好的匹配，进而具有较高的辐射效率。

Description

UWB天线和电子设备

技术领域

本实用新型属于电子设备技术领域，尤其涉及一种UWB天线，以及一种电子设备。

背景技术

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦窄脉冲传输数据，脉冲时间间隔极短（小于1ns）。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。总的来说，UWB在早期被用来应用在近距离高速数据传输，近年来逐渐开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。抗干扰性能强，传输速率高，系统容量大，发送功率非常小。由于UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响小，应用面广。

UWB在室内定位、短距离高速率通讯、测距、身份认证等领域均具有独特的优势，越来越广泛应用于智能家居产品中，但现有UWB天线具有体积大、成本高、效率低且易被干扰的缺点。

发明内容

针对现有技术中UWB天线体积大、成本高、效率低且易被干扰的问题，本申请的第一个方面设计并提供一种UWB天线。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

一种UWB天线，包括：辐射贴片元件，所述辐射贴片元件具有：主体，所述主体呈三角形，所述主体的侧边构造有连续设置的多个锯齿；和延伸端部，所述延伸端部与所述主体的顶端连接，所述延伸端部沿垂直于所述主体的底边的方向延伸；和接地元件，所述接地元件与所述辐射贴片元件间隔设置；所述接地元件具有：基部，所述基部呈矩形；和对称设置的弯角部，所述弯角部与所述基部连接；所述弯角部具有弧形边缘，所述弧形边缘相互背离地弯曲。

在本申请一些可选的实施方式中，所述辐射贴片元件呈扁平平面状，所述辐射贴片元件设置于基板的第一表面；所述接地元件呈扁平平面状，所述接地元件设置于所述基板的第二表面；所述第一表面与第二表面相对。

在本申请一些可选的实施方式中，设置于基板的第一表面的所述辐射贴片元件以所述基板长度方向上的中心线为对称轴呈轴对称分布；设置于基板的第二表面的接地元件以所述基板长度方向上的中心线为对称轴呈轴对称分布。

在本申请一些可选的实施方式中，所述辐射贴片元件的面积大于所述接地元件的面积。

在本申请一些可选的实施方式中，所述延伸端部沿垂直于所述主体的底边的方向延伸至所述基板的边缘；所述延伸端部的末端构造为馈电点。

在本申请一些可选的实施方式中，所述接地元件的基部的一侧边缘与所述基板的边缘平齐；所述延伸端部的末端与所述接地元件的基部的边缘位于所述基板的同一侧。

在本申请一些可选的实施方式中，所述锯齿由连续设置的第一凸缘和第二凸缘围成，所述第一凸缘和第二凸缘之间形成90度夹角。

在本申请一些可选的实施方式中，所述第一凸缘垂直于所述主体的底边，所述第一凸缘的长度和所述延伸端部的长度满足1:4至1:5。

在本申请一些可选的实施方式中，所述延伸端部的长度和所述主体的底边的长度满足1:3至1:3.5。

本申请的第二个方面提供一种电子设备，包括UWB天线；所述UWB天线，包括：辐射贴片元件，所述辐射贴片元件具有：主体，所述主体呈三角形，所述主体的侧边构造有连续设置的多个锯齿；和延伸端部，所述延伸端部与所述主体的顶端连接，所述延伸端部沿垂直于所述主体的底边的方向延伸；和接地元件，所述接地元件与所述辐射贴片元件间隔设置；所述接地元件具有：基部，所述基部呈矩形；和对称设置的弯角部，所述弯角部与所述基部连接；所述弯角部具有弧形边缘，所述弧形边缘相互背离地弯曲。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：在本申请所提供的UWB天线中，通过设置构造有连续设置的多个锯齿的主体，能够有效地拓展天线的工作带宽；通过设置一组对称的弯角部，可以让天线在宽带宽下具有良好的匹配，进而具有较高的辐射效率。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，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为本申请一些实施方式所提供的UWB天线中辐射贴片元件的结构示意图；

图2为本申请一些实施方式所提供的UWB天线中辐射贴片元件的结构示意图，其中示出辐射贴片元件的优选尺寸；

图3为本申请一些实施方式所提供的UWB天线中接地元件的结构示意图；

图4为本申请一些实施方式所提供的UWB天线的频率增益曲线；

图5示出本申请一些实施方式所提供的UWB天线在工作频段的效率；

图6示出本申请一些实施方式所提供的UWB天线的最大增益。

实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，具体实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

针对以智能音箱为代表的无线电子设备，与其匹配的UWB天线体积大、成本高、效率低且易被干扰的问题，图1至图3示出本申请一些实施方式所提供的UWB天线。

如图1至图3所示的UWB天线配置为发送和/接收设定频段的无线信号。在本申请一些可选的实施方式中，设定频段为6.5GHz至8GHz的UWB频段。UWB天线10包括辐射贴片元件11和接地元件17。

在本申请一些可选的实施方式中，辐射贴片元件11由金属导体制成，是由铜等性能良好的金属导体制成的辐射体。辐射贴片元件11可以选择性地构造在基板20上。基板20是UWB天线10的基底部件，可以是由树脂等介电材料构成的板材，或者是由树脂与玻璃纤维、无纺布等材料组合构成的板材。基板20可以将辐射贴片元件11保持在预定的位置上。基板20可以是单层或者多层的。本申请一些可选的实施方式中，基板20选用FR-4板，基板20的介电常数为4.3，厚度为1mm。

需要说明的是，在如图1至图3所示的实施方式中，定义基板20的厚度方向为Z轴方向，与Z轴方向正交的一个方向为X轴方向，与Z轴方向和X轴方向都正交的方向定义为Y轴方向。为了便于描述，定义辐射贴片元件11处于X轴方向和Y轴方向限定的X-Y平面中。在本实施方式中，基板20可以构造为矩形的平面形状，即基板20的长度方向为X轴方向，宽度方向为Y轴方向。

辐射贴片元件11被构造为包括主体12和延伸端部15两个部分，主体12和延伸端部15优选一体成型制成；其中主体12为呈三角形的板状导体，主体12的侧边构造有连续设置的多个锯齿13。在本申请一些优选的实施方式中，主体12呈等腰三角形的形态，呈等腰三角形的主体12的两个侧边均构造有连续设置的多个锯齿13，主体12的底边16保持平直光滑。任意一个锯齿13由连续设置的第一凸缘25和第二凸缘26围成，在本申请一些可选的实施方式中，第一凸缘25和第二凸缘26之间形成90度的夹角。延伸端部15为呈条形的板状导体，延伸端部15与主体12的顶端14连接，延伸端部15沿垂直于主体12的底边16的方向延伸，即在三角形的高的方向上延伸。

接地元件17也由金属导体制成，接地元件17整体呈扁平平面状。接地元件17配置为提供UWB天线10的接地点。示例性的，接地元件17也可以由铜等导电性能良好的金属导体制成。接地元件17同样可以选择性地构造在基板20上，即与辐射贴片元件11类似的，基板20将接地元件17保持在预定的位置上，例如被构造在沿Z轴方向与辐射贴片元件11具有预定距离的位置。在本申请一些可选的实施方式中，通过调整基板20的厚度即可以使得辐射贴片元件11和接地元件17之间具有理想的预定距离。为了便于描述，定义自辐射贴片元件11至接地元件17的方向为向下，定义自接地元件17至辐射贴片元件11的方向为向上。

接地元件17被构造为包括基部18，以及一组对称设置的弯角部19，基部18与弯角部19一体成型制成；其中基部18为呈矩形的板状导体，基部18远离基板20边缘靠近基板20中心的一侧具有对称设置的一对弯角部19。弯角部19具有弧形边缘，一对弧形边缘相互背离的弯曲，即弧形边缘的圆心位于接地元件17所限定区域的外侧。在本申请一些可选的实施方式中，两个弧形边缘不接触，即两个弧形边缘间隔设置，弧形边缘之间通过平滑的直线边缘连接。

在本申请所提供的UWB天线中，通过设置构造有连续设置的多个锯齿的主体，能够有效地拓展天线的工作带宽；通过设置一组对称的弯角部，可以让天线在宽带宽下具有良好的匹配，进而具有较高的辐射效率。

在本申请一些可选的实施方式中，辐射贴片元件11呈扁平平面状，设置于基板20的第一表面21，接地元件17呈扁平平面状，接地元件17设置于基板20的第二表面22，第一表面21与第二表面22相对。辐射贴片元件11和接地元件17二者是基本平行的。需要说明的是，基本平行不限于完全平行，例如辐射贴片元件11可以相对于接地元件17倾斜不大于10°。

在本申请一些可选的实施方式中，设置于基板20的第一表面21的辐射贴片元件11以基板20长度方向上的中心线为对称轴呈轴对称分布，设置于基板20的第二表面22的接地元件17也以基板20长度方向上的中心线为对称轴呈轴对称分布。即从如图1或图3所示的平面图视角上看，辐射贴片元件11与接地元件17是至少部分重叠设置的。辐射贴片元件11的面积大于接地元件17的面积。

在本申请一些可选的实施方式中，延伸端部15沿垂直于主体12的底边16的方向延伸至基板20长度方向的一侧边缘。延伸端部15的末端构造为馈电点23。接地元件17的基部18的一侧边缘与基板20的边缘平齐，延伸端部15的末端与接地元件17的基部18的边缘位于基板20的同一侧。

考虑到控制天线整体尺寸的要求，在本申请一些可选的实施方式中，基板20的宽度Ws和基板20的长度Ls满足1:2至1：2.5的数值区间；示例性地，例如基板20的宽度Ws设计为15mm,长度Ls设计为35mm。

同样是考虑到控制天线整体尺寸的要求，同时保障天线性能，在本申请另一些可选的实施方式中，辐射贴片元件11的主体12的底边16的长度（如图3中L2所示）和基板20的宽度Ws满足1:1至1:1.1的数值区间；示例性地，例如基板20的宽度Ws设计为15mm，辐射贴片元件11的主体12的底边16的长度L2设计为16mm。在本申请另一些可选的实施方式中，辐射贴片元件11的延伸端部15的长度（如图3中L3所示）和辐射贴片元件11的主体12的底边16的长度L2满足1:3至1:3.5的数值区间；示例性的，例如辐射贴片元件11的延伸端部15的长度为5mm，辐射贴片元件11的主体12的底边16的长度L2设计为16mm。在本申请另一些可选的实施方式中，接地元件17的基部18在基板20宽度方向的长度（如图2中L4所示）和辐射贴片元件11的延伸端部15的长度L3满足1:1.5至1:2的数值区间；示例性的，例如接地元件17的基部18在基板20宽度方向的长度L4设计为3mm，辐射贴片元件11的延伸端部15的长度L3为5mm。在本申请另一些可选的实施方式中，辐射贴片元件11中锯齿13的第一凸缘和第二凸缘的长度相同，第一凸缘垂直于辐射贴片元件11的主体12的底边16；辐射贴片元件11中锯齿13的第一凸缘的长度（如图3中L1所示）和辐射贴片元件11的延伸端部15的长度L3满足1:4至1:5的数值区间；示例性的，例如辐射贴片元件11中锯齿13的第一凸缘的长度L1设计为1.2mm，辐射贴片元件11的延伸端部15的长度L3为5mm。通过上述尺寸设计，可以将UWB天线10的尺寸降至13.4mm*16mm的范围，意味着UWB天线10能被设计在更小的PCB空间内，占用更小的净空区，且结构简单，易于制造和集成。

图4至图6示出了本实用新型所提供的UWB天线的性能。本申请所提供的UWB天线的-10dB阻抗带宽为2.2GHz，从6.4GHz到8.6GHz,覆盖了可用于高精度定位的6.5GHz和8GHz的UWB频段，且在工作频段的效率大于-0.5dB,最大增益为2.25dBm,具有很好的全向辐射特性。

本申请的第二个方面提供一种电子设备，包括一个或多个UWB天线。UWB天线的具体结构请参见上述实施例的详细说明以及说明书附图的明确记载，在此不再赘述。设置有上述UWB天线的电子设备可以实现同样的技术效果。电子设备可以是智能音箱。UWB天线的数量和位置可以根据电子设备的实际需要进行设计。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种UWB天线，其特征在于，包括：

辐射贴片元件，所述辐射贴片元件具有：

主体，所述主体呈三角形，所述主体的侧边构造有连续设置的多个锯齿；和

延伸端部，所述延伸端部与所述主体的顶端连接，所述延伸端部沿垂直于所述主体的底边的方向延伸；

和

接地元件，所述接地元件与所述辐射贴片元件间隔设置；所述接地元件具有：

基部，所述基部呈矩形；和

对称设置的弯角部，所述弯角部与所述基部连接；所述弯角部具有弧形边缘，所述弧形边缘相互背离地弯曲。

2.根据权利要求1所述的UWB天线，其特征在于，

所述辐射贴片元件呈扁平平面状，所述辐射贴片元件设置于基板的第一表面；所述接地元件呈扁平平面状，所述接地元件设置于所述基板的第二表面；所述第一表面与第二表面相对。

3.根据权利要求2所述的UWB天线，其特征在于，

设置于基板的第一表面的所述辐射贴片元件以所述基板长度方向上的中心线为对称轴呈轴对称分布；设置于基板的第二表面的接地元件以所述基板长度方向上的中心线为对称轴呈轴对称分布。

4.根据权利要求3所述的UWB天线，其特征在于，

所述辐射贴片元件的面积大于所述接地元件的面积。

5.根据权利要求3所述的UWB天线，其特征在于，

所述延伸端部沿垂直于所述主体的底边的方向延伸至所述基板的边缘；所述延伸端部的末端构造为馈电点。

6.根据权利要求5所述的UWB天线，其特征在于，

所述接地元件的基部的一侧边缘与所述基板的边缘平齐；所述延伸端部的末端与所述接地元件的基部的边缘位于所述基板的同一侧。

7.根据权利要求1至6任一项所述的UWB天线，其特征在于，所述锯齿由连续设置的第一凸缘和第二凸缘围成，所述第一凸缘和第二凸缘之间形成90度夹角。

8.根据权利要求7所述的UWB天线，其特征在于，所述第一凸缘垂直于所述主体的底边，所述第一凸缘的长度和所述延伸端部的长度满足1:4至1:5。

9.根据权利要求1至6任一项所述的UWB天线，其特征在于，所述延伸端部的长度和所述主体的底边的长度满足1:3至1:3.5。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述UWB天线。