CN220272742U - 天线结构及射频设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种天线结构及射频设备，该天线结构包括：介质基板，所述介质基板的一侧铺设有导电层，所述导电层开设有缝隙，以形成柱面缝隙天线；两个辐射臂，两个所述辐射臂分别罩设于所述介质基板上，以与所述介质基板分别形成柱状结构，两个所述辐射臂与所述导电层电连接，以形成垂直极化天线。本实用新型可以解决天线布局区域受限和天线间隔离度不足的问题。

Description

天线结构及射频设备

技术领域

本实用新型涉及天线结构技术领域，特别涉及一种天线结构及射频设备。

背景技术

在多频路由器中，一路额外的射频相当于多一条额外的公路，可以有效的提升路由器的性能。但目前无论是5G1和5G2频段，还是5G和6G频段由于频段相距较近，都需要解决邻频干扰问题。如果干扰问题解决不好，新增的射频不仅不会带来性能的提升，反而会导致原来的射频性能下降。

天线作为射频中的一个重要部分，可以通过合理的布局设计来提升天线之间的隔离度，降低天线间的干扰。但是路由器中可供天线布局的区域是受限的，随着路由器规格的提高，天线间隔离度性能越来越难以匹配硬件的需求，成为了关键的性能瓶颈。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种天线结构，旨在解决天线布局区域受限和天线间隔离度不足的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的天线结构，包括：

介质基板，所述介质基板的一侧铺设有导电层，所述导电层开设有缝隙，以形成柱面缝隙天线；

两个辐射臂，两个所述辐射臂分别罩设于所述介质基板上，以与所述介质基板分别形成柱状结构，两个所述辐射臂与所述导电层电连接，以形成垂直极化天线。

可选地，所述导电层上还开设有隔离槽，所述隔离槽用于断开两个所述辐射臂之间的电连接。

可选地，两个所述辐射臂在所述介质基板上间隔设置；

所述隔离槽包括第一隔离槽及第二隔离槽；

所述第一隔离槽的一端设置于两个所述辐射臂之间，且与所述介质基板的第一侧边连接，所述第一隔离槽的另一端与所述介质基板的第三侧边连接；

所述第二隔离槽的一端设置于两个所述辐射臂之间，且与所述介质基板的第二侧边连接，所述第二隔离槽的另一端与所述介质基板的第三侧边连接；

其中，所述介质基板的第一侧边与第二侧边平行。

可选地，所述缝隙沿所述介质基板的一侧边向所述介质基板的内侧延伸设置。

可选地，所述天线结构还包括：

馈电点，设置于所述介质基板的一侧边。

可选地，所述辐射臂的电长度为工作波长的一半。

可选地，每一所述辐射臂的至少一侧壁上设有定位槽；

所述介质基板对应所述定位槽的位置设有定位凸起；

所述定位凸起与所述定位槽配合以将所述辐射臂与所述介质基板固定连接。

可选地，两个所述辐射臂罩设于所述介质基板背离所述导电层的一侧。

本实用新型还提出一种射频设备，所述射频设备包括上述的天线结构。

本实用新型通过设置两个辐射臂与介质基板的上导电层电连接，能够用于辐射垂直极化的场，并在介质基板的导电层上开设有缝隙，能够用于辐射水平极化的场，从而利用天线间的极化隔离，将垂直极化天线和水平极化天线集成到一个天线结构上，组成了一种5G极化隔离式自解耦天线，不仅满足了天线隔离度的需求，也减小了天线结构的体积，从而能够留出更多的空间用于天线布局或提升路由器的规格。同时，本实用新型的天线结构由两个辐射臂与一块介质基板组成，结构简单，天线体积小，加工难度低，从而使得本实用新型的天线结构能够应用于更多不同的场景，提高了天线结构的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型天线结构一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型天线结构一另实施例的结构示意图；

图3为本实用新型天线结构一又实施例的结构示意图；

图4为无本实用新型天线结构的天线方向图；

图5为本实用新型天线结构的天线方向图；

图6为本实用新型天线结构一实施例在水平极化辐射模式下缝隙附近表面电流仿真图；

图7为柱面缝隙天线表面电流仿真图；

图8为本实用新型天线结构一实施例的参数仿真示意图；

图9为本实用新型天线结构一实施例的垂直极化模式辐射方向图；

图10为本实用新型天线结构另一实施例的垂直极化模式辐射方向图；

图11为本实用新型天线结构一实施例的水平极化模式辐射方向图；

图12为本实用新型天线结构另一实施例的水平极化模式辐射方向图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种天线结构。

目前，天线作为射频中的一个重要部分，可以通过合理的布局设计来提升天线之间的隔离度，降低天线间的干扰。但是路由器中可供天线布局的区域是受限的，随着路由器规格的提高，天线间隔离度性能越来越难以匹配硬件的需求，成为了关键的性能瓶颈。

为解决上述问题，参照图1至图12，在一实施例中，所述天线结构包括：

介质基板2，所述介质基板2的一侧铺设有导电层，所述导电层开设有缝隙5，以形成柱面缝隙5天线；

两个辐射臂1、3，两个所述辐射臂1、3分别罩设于所述介质基板2上，以与所述介质基板2分别形成柱状结构，两个所述辐射臂1、3与所述导电层电连接，以形成垂直极化天线。

在本实施例中，第一方向为竖直方向，两个辐射臂1、3可以沿第一方向并列间隔设置，介质基板2则盖设在两个辐射臂1、3的开口侧，也即两个辐射臂1、3罩设在介质基板2上，以形成一天线结构，该天线结构的整体尺寸可以为40mm*12mm*6mm，介质基板2可以采用FR-4，介电常数为4.4的基板来实现。在介质基板2的导电层上开设有缝隙5，也即在导电层上挖去一部分导电材料，从而形成一个条形槽，如此设置，则缝隙5可以视为一柱面缝隙5天线，用于辐射水平极化的场。其中，缝隙5的长度、宽度及深度可以根据实际的应用需求进行设置，而导电层可以根据实际的应用需求，设置在介质基板2背离辐射臂1、3的一侧表面，也可以设置在基板靠近辐射臂1、3的一侧表面。

两个辐射臂1、3可以根据实际的应用需求，选用对应的金属材料或合金材料等导电材料制成，辐射臂1、3的结构形状也可以根据实际的应用需求进行设置，以与介质基板2配合形成用户所需的天线结构。两个辐射臂1、3罩设在介质基板2上，介质基板2与两个辐射臂1、3配合形成一柱状的天线结构，该柱状结构可以根据实际的应用需求，设置为矩柱形、圆柱形及圆台形等结构。在介质基板2的一侧设有导电层，并使导电层与两个辐射臂1、3电连接，在天线接入馈电时，两个辐射臂1、3可以作为天线结构中偶极子的两个辐射臂1、3，以辐射垂直极化的场。可以理解的是，两个辐射臂1、3与介质基板2可以通过焊接的方式固定连接，也可以通过卡槽、凸起等方式实现固定连接。

参照图1、图2及图3，图1为一天线结构的结构示意图，如图1、图3所示，两个辐射臂1、3，两个辐射臂1、3呈凵字形设置，间隔罩设在介质基板2上，介质基板2背离辐射臂1、3的一侧表面上设有导电层，并在导电层上开设有缝隙5，以形成柱面缝隙5天线。如此设置，两个辐射臂1、3可以视为天线结构中偶极子的两个辐射臂1、3，用于辐射垂直极化的场，缝隙5则视为一柱面缝隙5天线，用于辐射水平极化的场。其中，缝隙5的一端，即馈电点7为水平极化天线的馈电点，能够通过cable线与射频链路连接，cable线引入的电流能够环绕缝隙5形成电流分布，从而在空间上形成辐射场并向外辐射水平极化的场，以实现与外部的通讯。两个辐射臂1、3之间，即馈电点6为垂直极化天线的馈电点，两个辐射臂1、3能够通过cable线与射频链路连接，cable线引入的电流能够环绕辐射臂1、3与导电层形成电流分布，从而在空间上形成辐射场并向外辐射垂直极化的场，以实现与外部的通讯。

本实用新型通过设置两个辐射臂1、3与介质基板2的上导电层电连接，能够用于辐射垂直极化的场，并在介质基板2的导电层上开设有缝隙5，能够用于辐射水平极化的场，从而利用天线间的极化隔离，将垂直极化天线和水平极化天线集成到一个天线结构上，组成了一种5G极化隔离式自解耦天线，不仅满足了天线隔离度的需求，也减小了天线结构的体积，从而能够留出更多的空间用于天线布局或提升路由器的规格。同时，本实用新型的天线结构由两个辐射臂1、3与一块介质基板2组成，结构简单，天线体积小，加工难度低，从而使得本实用新型的天线结构能够应用于更多不同的场景，提高了天线结构的实用性。

参照图1至图12，在一实施例中，所述导电层上还开设有隔离槽4，所述隔离槽4用于断开两个所述辐射臂1、3之间的电连接。

为了防止两个辐射臂1、3之间通过介质基板2的导电层形成电连接而导致方向图畸变，在本实施例中，在介质基板2导电层上还开设有隔离槽4，并将隔离槽4设置于两个辐射臂1、3之间，用于防止两个辐射臂1、3之间通过介质基板2的导电层形成电连接，从而使得天线的3D方向图不会发生畸变。

可选地，两个所述辐射臂1、3在所述介质基板2上间隔设置；

所述隔离槽4包括第一隔离槽4及第二隔离槽4；

所述第一隔离槽4的一端设置于两个所述辐射臂1、3之间，且与所述介质基板2的第一侧边连接，所述第一隔离槽4的另一端与所述介质基板2的第三侧边连接；

所述第二隔离槽4的一端设置于两个所述辐射臂1、3之间，且与所述介质基板2的第二侧边连接，所述第二隔离槽4的另一端与所述介质基板2的第三侧边连接；

其中，所述介质基板2的第一侧边与第二侧边平行设置。

在一实施例中，参照图2和图3，图2和图3为一天线结构的结构示意图，如图2和图3所示，隔离槽4由第一隔离槽4及第二隔离槽4两个呈L形设置的沟槽组成，将介质基板2上的导电层进行阻隔分成了三部分，从而使得两个辐射臂1、3之间无法通过介质基板2上的导电层形成电连接。可以理解的是，隔离槽4还可以根据应用需求设置为其他形状的沟槽，例如“几”字形的沟槽，从而断开两个辐射臂1、3之间的电连接即可。借助柱面缝隙5天线在缝隙5附近的电流主要沿着缝隙5流动特性，设置第一隔离槽4及第二隔离槽4，既能够实现断开两个辐射臂1、3之间电连接的目标，也不会过多切断水平极化辐射模式的电流，对水平极化天线造成太大影响。其中，有无第一隔离槽4及第二隔离槽4对天线方向图的影响具体如图4和图5所示，由图4和图5可知，通过设置第一隔离槽4及第二隔离槽4，能够有效防止天线的3D方向图发生畸变。

参照图1至图12，在一实施例中，所述缝隙5沿所述介质基板2的一侧边向所述介质基板2的内侧延伸设置。

可选地，所述天线结构还包括：

馈电点，设置于所述介质基板2的一侧边。

参照图2，图2为一天线结构的结构示意图，如图2所示，缝隙5设置于所述介质基板2的中轴线上，也即设置在介质基板2竖直方向的对称轴上，并且缝隙5沿介质基板2的一侧边向所述介质基板2的内侧延伸设置，同时，第一隔离槽4与第二隔离槽4关于缝隙5对称设置，使得天线结构整体对称设置，从而使得电流分布均匀，能够提高天线结构的辐射性能和稳定性。此外，可以理解的是，天线结构的整体尺寸是结合实际使用场景设置的，除去结构的限制，天线结构的整体尺寸越大性能越好。其中，缝隙5位于介质基板2的一侧的一端，即馈电点，也即结构7为水平极化天线的馈电点，能够通过cable线与射频链路连接，cable线引入的电流能够环绕缝隙5形成电流分布，从而在空间上形成辐射场并向外辐射水平极化的场，以实现与外部的通讯。

参照图1至图12，在一实施例中，所述辐射臂1、3的电长度为工作波长的一半。

可以理解的是，对于垂直极化天线，其工作频率主要由辐射臂1、3的长度决定， 也即在本实施例中，垂直极化天线的工作频率主要由两个辐射臂1、3的长度决定，因此，考虑到天线结构的效率，在辐射臂1、3沿第一方向的电长度为传输信号波长的一半时，天线性能最优。例如，参照图3，图3为一天线结构的结构示意图，在图3中，第一方向为竖直方向，也即在辐射臂1、3沿竖直方向的电长度为传输信号波长的一半时，天线性能最优。可以理解的是，在实际的应用场景中，由于介质基板2及天线结构的应用需求不同，辐射臂1、3的电长度也会根据实际的应用需求进行调整。

参照图1至图12，在一实施例中，每一所述辐射臂1、3的至少一侧壁上设有定位槽9；

所述介质基板2对应所述定位槽9的位置设有定位凸起8；

所述定位凸起8与所述定位槽9配合以将所述辐射臂1、3与所述介质基板2固定连接。

在本实施例中，辐射臂1、3的至少一侧壁上设有定位槽9，介质基板2上与定位槽9对应的位置设置有定位凸起8，从而使得用户在组合天线结构时，能够通过将定位凸起8与定位槽9配合以将辐射臂1、3与介质基板2安装固定在一起，以形成对应的天线结构。可以理解的是，通过定位凸起8与定位槽9配合将辐射臂1、3与介质基板2安装在一起后，还可以通过焊接的方式将定位凸起8与定位槽9焊接在一起，从而将辐射臂1、3与介质基板2固定在一起，从而提高天线结构的稳定性。参照图3，图3为一天线结构的结构示意图，如图3所示，辐射臂1、3的两个侧壁上均设置有定位槽9，则两个辐射臂1、3共具有四个定位槽9，对应地，介质基板2的两侧共设置有四个定位凸起8，通过定位槽9与定位凸起8的配合将辐射臂1、3与介质基板2安装在一起，并通过焊接的方式将定位凸起8与定位槽9焊接在一起，从而将辐射臂1、3与介质基板2固定在一起，从而提高天线结构的稳定性。

为了更好的阐述本实用新型的发明构思，以下结合具体实施例及天线结构的结构示意图对本实用新型的工作原理进行说明。

参照图2和图3，图2和图3为一天线结构的结构示意图，如图2和图3所示，该天线结构的整体尺寸为40mm*12mm*6mm，介质基板2可以采用FR-4，介电常数为4.4的基板来实现。第一方向为竖直方向，两个辐射臂1、3沿第一方向并列间隔设置，介质基板2则盖设在两个辐射臂1、3的开口侧，介质基板2背离辐射臂1、3的一侧表面上设有导电层，并在导电层上开设有缝隙5，以形成柱面缝隙5天线。如此设置，两个辐射臂1、3可以视为天线结构中偶极子的两个辐射臂1、3，用于辐射垂直极化的场，缝隙5则视为一柱面缝隙5天线，用于辐射水平极化的场。其中，缝隙5的一端，即馈电点7为水平极化天线的馈电点，能够通过cable线与射频链路连接，cable线引入的电流能够环绕缝隙5形成电流分布，从而在空间上形成辐射场并向外辐射水平极化的场，以实现与外部的通讯。两个辐射臂1、3之间，即馈电点6为垂直极化天线的馈电点，两个辐射臂1、3能够通过cable线与射频链路连接，cable线引入的电流能够环绕辐射臂1、3与导电层形成电流分布，从而在空间上形成辐射场并向外辐射垂直极化的场，以实现与外部的通讯。

对于垂直极化天线，其工作频率主要由辐射臂1、3的长度决定，因此，考虑到天线结构的效率，在辐射臂1、3沿第一方向的电长度为传输信号波长的一半时，天线性能最优。为了防止两个辐射臂1、3之间通过介质基板2的导电层形成电连接而导致方向图畸变，如图2所示，在介质基板2导电层上还开设有第一隔离槽4及第二隔离槽4两个呈L形设置的沟槽，将介质基板2上的导电层进行阻隔分成了三部分，从而使得两个辐射臂1、3之间无法通过介质基板2上的导电层形成电连接。借助柱面缝隙天线在缝隙5附近的电流主要沿着缝隙5流动特性，设置第一隔离槽4及第二隔离槽4，既能够实现断开两个辐射臂1、3之间电连接的目标，也不会过多切断水平极化辐射模式的电流，对水平极化天线造成太大影响。其中，有无第一隔离槽4及第二隔离槽4对天线方向图的影响具体如图2所示，由图4和图5可知，通过设置第一隔离槽4及第二隔离槽4，能够有效防止天线的3D方向图发生畸变。

对于常规的半波振子，5G频段的垂直极化天线的总长度约为30mm，而对于水平极化天线，在当前横截面积下（12mm*6mm）要使其工作在5G频段，缝隙5的长度需要约100mm左右，其尺寸远大于5G频段的垂直极化天线。

为了将垂直极化天线与水平极化天线相集成的目的，需要对5G水平极化天线进行小型化设计。参照图6与图7，图6为水平极化辐射模式下缝隙5附近表面电流仿真图，图7为柱面缝隙5天线表面电流仿真图，通过观察天线表面电流，可以发现柱面缝隙5天线的表面电流可以分解为柱面上平行于水平面的环状电流和开缝处垂直于水平面的电流。对于开缝处垂直于水平面的电流，可以观察到在其上有3个电流反向点。这些地方的电流为0可以等价为开路状态。因此在这些位置截断天线，对于平行于水平面的环状电流，这一变动没有阻碍电流流动；对于垂直于水平面的电流，这一变动也没有改变电流的状态，因此，通过在合适的位置对天线进行截断，可以实现水平极化天线的小型化。而在本具体实施例中，天线的40mm长度是由实际的使用场景决定的，又因为40mm的长度已经足以容纳工作在5G频段的缝隙5的长度，因此为了获得更高的增益无需对缝隙5进行截断。

为适配三频机型，本具体实施例所设计的天线的水平极化辐射模式工作在5GB1B2频段，垂直极化辐射模式工作在5G B3B4频段。水平极化天线与垂直极化天线之间的隔离度大于55dB，具体可参照图8，图8为参数仿真示意图，如图8所示，实线为水平极化天线驻波，虚线为垂直极化天线驻波，点线为天线间隔离度。

在本具体实施例中，天线结构的垂直极化模式和水平极化模式均能在水平面实现全向辐射，其中垂直极化辐射模式的水平面平均增益约为2.3dBi，水平极化模式的水平面平均增益约为1.5dBi。天线的辐射效率均大于90%，具体可参照图9、图10与图11、图12，图9、图10为天线结构的垂直极化模式辐射方向图，图11、图12为天线结构的水平极化模式辐射方向图。

本具体实施例的天线结构实现了5G频段水平极化天线与垂直极化天线的集成设计，极大的节约了设备内的空间，能够提供高于55dB的隔离度，可以有效解决临频干扰问题，天线结构总尺寸为40mm*12mm*6mm，易于加工，便于量产，可以用于内置天线机型或外置天线杆套等多种场景。可以理解的是，本具体实施例的天线结构的水平极化天线工作在5GB1B2频段，垂直极化天线工作在5G B3B4频段，实际天线结构可以通过调整缝隙5的长度和天线结构的总长对天线的工作频率进行调整，例如让水平极化天线工作在5G B3B4频段，垂直极化天线工作在5G B1B2频段等。

本实用新型还提出一种射频设备，该射频设备包括上述的天线结构，该天线结构的具体结构参照上述实施例，由于本射频设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种天线结构，其特征在于，所述天线结构包括：

介质基板，所述介质基板的一侧铺设有导电层，所述导电层开设有缝隙，以形成柱面缝隙天线；

两个辐射臂，两个所述辐射臂分别罩设于所述介质基板上，以与所述介质基板分别形成柱状结构，两个所述辐射臂与所述导电层电连接，以形成垂直极化天线。

2.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述导电层上还开设有隔离槽，所述隔离槽用于断开两个所述辐射臂之间的电连接。

3.如权利要求2所述的天线结构，其特征在于，两个所述辐射臂在所述介质基板上间隔设置；

所述隔离槽包括第一隔离槽及第二隔离槽；

所述第一隔离槽的一端设置于两个所述辐射臂之间，且与所述介质基板的第一侧边连接，所述第一隔离槽的另一端与所述介质基板的第三侧边连接；

所述第二隔离槽的一端设置于两个所述辐射臂之间，且与所述介质基板的第二侧边连接，所述第二隔离槽的另一端与所述介质基板的第三侧边连接；

其中，所述介质基板的第一侧边与第二侧边平行。

4.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述缝隙沿所述介质基板的一侧边向所述介质基板的内侧延伸设置。

5.如权利要求4所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构还包括：

馈电点，设置于所述介质基板的一侧边。

6.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述辐射臂的电长度为工作波长的一半。

7.如权利要求1所述的天线结构，其特征在于，每一所述辐射臂的至少一侧壁上设有定位槽；

所述介质基板对应所述定位槽的位置设有定位凸起；

所述定位凸起与所述定位槽配合以将所述辐射臂与所述介质基板固定连接。

8.如权利要求1-7任意一项所述的天线结构，其特征在于，两个所述辐射臂罩设于所述介质基板背离所述导电层的一侧。

9.一种射频设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的天线结构。