CN220272751U - 一种频带可重构天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天线技术领域，提供了一种频带可重构天线及通信设备，其中，天线包括：基板；第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂，第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂沿基板的长度方向依次间隔布置在基板的同侧表面；横槽、以及沿基板的长度方向依次间隔布置的第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽和第四竖槽，第一竖槽将第一振子臂与第二振子臂分隔，第四竖槽将第三振子臂与第四振子臂分隔，第二竖槽、第三竖槽和横槽将第二振子臂与第三振子臂分隔；第一PIN二极管和第二PIN二极管，第一PIN二极管设置在第一竖槽上，第二PIN二极管设置在第四竖槽上，该频带可重构天线可以实现同一天线自由切换在不同频段的效果。

Description

一种频带可重构天线及通信设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，更具体地说，涉及一种频带可重构天线及通信设备。

背景技术

天线作为无线通信系统和雷达系统等系统中的重要组成部分，其性能的优劣对应用的无线系统的总体性能和质量产生了至关重要的影响，极大影响了整个无线系统的性能和质量。

目前，以5G、物联网为代表的无线通信技术的发展日新月异，迫切需要开发合适其应用场景的高品质天线。其中，三频路由器的天线涉及到三个工作带宽，它们分别是2.4G(2400-2500MHz)、5G1(5150MHz-5350MHz)和5G2(5350MHz-5850MHz)。一般来说，这类天线一经生产，带宽就是固定的，无法重构，不够智能。

实用新型内容

本实用新型主要目的是提供一种频带可重构天线，旨在解决现有技术中的天线工作带宽无法重构、不够智能的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种频带可重构天线，其中，包括：

基板；

第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂，所述第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂沿所述基板的长度方向依次间隔布置在所述基板的同侧表面；

横槽、以及沿所述基板的长度方向依次间隔布置的第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽和第四竖槽，所述第一竖槽沿所述基板的宽度方向贯通出所述基板的两端并将所述第一振子臂与所述第二振子臂分隔，所述第四竖槽沿所述基板的宽度方向贯通出所述基板的两端并将所述第三振子臂与所述第四振子臂分隔，所述横槽沿所述基板的长度方向延伸且间隔地位于所述第一竖槽和第四竖槽之间，所述第二竖槽连接于所述横槽并沿所述基板的宽度方向从所述横槽的一侧贯通出所述基板，所述第三竖槽连接于所述横槽并沿所述基板的宽度方向从所述横槽的另一侧贯通出所述基板，所述第二竖槽、第三竖槽和横槽将所述第二振子臂与所述第三振子臂分隔；

第一PIN二极管和第二PIN二极管，所述第一PIN二极管设置在所述第一竖槽上，所述第二PIN二极管设置在所述第四竖槽上。

进一步地，所述基板为矩形。

进一步地，所述第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽和第四竖槽均垂直于所述基板的长边，所述横槽平行于所述基板的长边。

进一步地，所述第一竖槽与所述第四竖槽沿所述基板的长度方向的间距为17.5mm至18mm。

进一步地，所述第二竖槽与所述第三竖槽沿所述基板的长度方向的间距为1.5mm至2mm。

进一步地，所述横槽的长度为12.5mm至13.5mm。

进一步地，所述第二竖槽和第三竖槽的长度相等。

进一步地，所述频带可重构天线包括连接于所述横槽并且伸出所述基板的馈线，所述馈线沿所述基板的长度方向与所述第二竖槽、第三竖槽均具有间距。

进一步地，所述馈线垂直于所述基板的长边。

此外，本实用新型还提供一种通信设备，其中，所述通信设备包括上述的频带可重构天线。

本申请提供的频带可重构天线的有益效果在于：

本实用新型实施例提供的频带可重构天线中，由于设置了第一PIN二极管和第二PIN二极管，基板上设置有第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽、第四竖槽和横槽等结构，通过调节第一PIN二极管和第二PIN二极管的状态可以切换天线的状态，第一PIN二极管和第二PIN二极管正向导通时定义为状态一，第一PIN二极管和第二PIN二极管零偏断开时定义为状态二，在状态一时，第一竖槽和第四竖槽将不起作用。第一振子臂、第二振子臂会合成一个新振子臂，第三振子臂、第四振子臂会合成另一个新振子臂，在状态二时，第一竖槽和第四竖槽起作用，可以截断天线沿基板长度方向上的电流，从而实现同一天线自由切换(重构)在不同频段的目的，使得天线更加智能化，对于本天线来说，为了实现全向辐射，其表面电流方向平行于基板的长边，为了控制电流，如需截断电流，可以开竖槽；如果需将电流分流，则可以开横槽。

可通过对天线的尺寸进行已知的尺寸设计，在状态一时，第一振子臂、第二振子臂会合成一个新振子臂，第三振子臂、第四振子臂会合成另一个新振子臂，这两个新振子臂激励起2.5GHz的谐振点；而第二竖槽、第三竖槽和横槽激励起了5.8GHz的谐振点，实现天线工作在2.4G+5G2两个频段，或者再通过对天线的尺寸进行已知的尺寸设计实现其他的频率切换。在状态二时，第二竖槽、第三竖槽和横槽仍然激励起了5.8GHz的谐振点，电场分布也和PIN管导通时的相同；但是此时，第一竖槽和第四竖槽会起作用，激励起3.8GHz的谐振点，该谐振点和5.8GHz的谐振点一起形成了较宽的工作带宽，覆盖了5G1+5G2两个频段。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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为本申请的一个实施例所提供的频带可重构天线的平面示意图；

图2为本申请的一个实施例所提供的频带可重构天线在状态一时的电场分布图；

图3为本申请的一个实施例所提供的频带可重构天线在状态二时的电场分布图；

图4为本申请的一个实施例所提供的频带可重构天线工作在状态一时的天线S参数图；

图5为本申请的一个实施例所提供的频带可重构天线工作在状态二时的天线S参数图；

图6为本申请的一个实施例所提供的频带可重构天线工作在状态一或状态二时的辐射方向仿真图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-基板；

2-第一振子臂；

3-第二振子臂；

4-第三振子臂；

5-第四振子臂；

6-横槽；

7-第一竖槽；

8-第二竖槽；

9-第三竖槽；

10-第四竖槽；

11-第一PIN二极管；

12-第二PIN二极管；

13-馈线。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设处于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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该特征。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。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

参见图1，本实用新型实施例提供一种频带可重构天线，其中，包括：

基板1；

第一振子臂2、第二振子臂3、第三振子臂4和第四振子臂5，第一振子臂2、第二振子臂3、第三振子臂4和第四振子臂5沿基板1的长度方向依次间隔布置在基板1的同侧表面；

横槽6、以及沿基板1的长度方向依次间隔布置的第一竖槽7、第二竖槽8、第三竖槽9和第四竖槽10，第一竖槽7沿基板1的宽度方向贯通出基板1的两端并将第一振子臂2与第二振子臂3分隔，第四竖槽10沿基板1的宽度方向贯通出基板1的两端并将第三振子臂4与第四振子臂5分隔，横槽6沿基板1的长度方向延伸且间隔地位于第一竖槽7和第四竖槽10之间，第二竖槽8连接于横槽6并沿基板1的宽度方向从横槽6的一侧贯通出基板1，第三竖槽9连接于横槽6并沿基板1的宽度方向从横槽6的另一侧贯通出基板1，第二竖槽8、第三竖槽9和横槽6将第二振子臂3与第三振子臂4分隔；

第一PIN二极管11和第二PIN二极管12，第一PIN二极管11设置在第一竖槽7上，第二PIN二极管12设置在第四竖槽10上。

本实用新型实施例提供的频带可重构天线中，由于设置了第一PIN二极管11和第二PIN二极管12，基板1上设置有第一竖槽7、第二竖槽8、第三竖槽9、第四竖槽10和横槽6等结构，通过调节第一PIN二极管11和第二PIN二极管12的状态可以切换天线的状态，第一PIN二极管11和第二PIN二极管12正向导通时定义为状态一，第一PIN二极管11和第二PIN二极管12零偏断开时定义为状态二，在状态一时，第一竖槽7和第四竖槽10将不起作用。第一振子臂2、第二振子臂3会合成一个新振子臂，第二振子臂3、第三振子臂4、第四振子臂5会合成另一个新振子臂，在状态二时，第一竖槽7和第四竖槽10起作用，可以截断天线沿基板1长度方向上的电流，从而实现同一天线自由切换(重构)在不同频段的目的，使得天线更加智能化，对于本天线来说，为了实现全向辐射，其表面电流方向平行于基板1的长边，为了控制电流，如需截断电流，可以开竖槽；如果需将电流分流，则可以开横槽6。

参见图2和图3，具体地，在状态一时，第一振子臂2、第二振子臂3会合成一个新振子臂，第三振子臂4、第四振子臂5会合成另一个新振子臂，这两个新振子臂激励起2.5GHz的谐振点；而第二竖槽8、第三竖槽9和横槽6激励起了5.8GHz的谐振点，实现天线工作在2.4G+5G2两个频段，或者再通过对天线的尺寸进行已知的尺寸设计实现其他的频率切换。在状态二时，第二竖槽8、第三竖槽9和横槽6仍然激励起了5.8GHz的谐振点，电场分布也和PIN管导通时的相同；但是此时，第一竖槽7和第四竖槽10会起作用，激励起3.8GHz的谐振点，该谐振点和5.8GHz的谐振点一起形成了较宽的工作带宽，覆盖了5G1+5G2两个频段，如果相应改变结构参数(槽的间距、长度，基板1的长度、宽度等)，天线的工作频点就会频偏，下文还将继续详细说明这些已知的尺寸设计，天线在状态一和状态二下的天线S参数图可以参考图4和图5，具体地，状态一下S11＜-10dB的带宽为3.4-6.1GHz，状态二下S11＜-10dB的带宽为2.4-2.9GHz&5.4-6.1GHz。

此外，本实用新型提供的频带可重构天线在状态一和状态二下的辐射方向图都如图6所示，可以看到天线全向辐射，方向图周正，适合放在路由器中使用，天线的具体增益如下表1所示。

表1

根据本实用新型的一个实施例，该天线采用0.8mm厚FR4板(基板1)单面印制，各振子臂处为铺铜结构，天线的尺寸为46mm*5mm*0.8mm，当然，本实用新型并不限于此，适当地范围增减天线的尺寸也是可以的。

本实用新型优选实施例中，基板1为矩形，但是即使稍微有一些偏差不是严格标准的矩形也是可以的。

根据本实用新型的优选实施例，第一竖槽7、第二竖槽8、第三竖槽9和第四竖槽10均垂直于基板1的长边，横槽6平行于基板1的长边，横槽6优选平行于天线板上电流方向，当然，第一竖槽7、第二竖槽8、第三竖槽9和第四竖槽10即使不垂直于基板1的长边，横槽6不平行于基板1的长边的方案也将落入本实用新型的保护范围。

根据本实用新型的一个实施例，第一竖槽7与第四竖槽10沿基板1的长度方向的间距为17.5mm至18mm，横槽6的长度决定了两种状态都有的带宽，为实现5.35-5.85GHz，第一竖槽7与第四竖槽10沿基板1的长度方向的间距满足17.5mm至18mm比较合适，优选17.7mm，因为尺寸变化会使带宽发生偏移，这样的尺寸设计均是为了满足本实用新型状态一时天线工作在2.4G+5G2两个频段，状态二是天线工作在5G1+5G2两个频段来设计的，具体可以通过已知的仿真设计得出。

根据本实用新型的一个实施例，为便于设置馈线13，第二竖槽8与第三竖槽9沿基板1的长度方向的间距为1.5mm至2mm。

根据本实用新型的一个实施例，横槽6的长度为12.5mm至13.5mm，优选13mm，这样的尺寸设计均是为了满足本实用新型状态一时天线工作在2.4G+5G2，状态二时天线工作在5G1+5G2来设计的，具体可以通过已知的仿真设计得出，一般来说横槽6越长，第二竖槽8、第三竖槽9和横槽6对应的频点越低，比如需要把第二竖槽8、第三竖槽9和横槽6对应的频点做在5.35-5.85GHz附近，通过已知的仿真设计得出13mm的横槽6长度。如果要把第二竖槽8、第三竖槽9和横槽6对应的频点设计成更低的频段，就需要采用更长的长度。具体多长可以靠已知的仿真设计来判断。

根据本实用新型的优选实施例，第二竖槽8和第三竖槽9的长度相等，总之，为了保证方向图周正，本天线在结构上优选呈高度对称的构造，但即使不对称，第二竖槽8和第三竖槽9的长度不相等的设计也就落入本实用新型的保护范围，优选地，本频带可重构天线除去馈线13以后，关于基板1的中心呈对称结构。

根据本实用新型的一个实施例，频带可重构天线包括连接于横槽6并且伸出基板1的馈线13(馈线又称电缆线，用于将射频端的信号传输到天线上)，馈线13沿基板1的长度方向与第二竖槽8、第三竖槽9均具有间距。

根据本实用新型的一个实施例，馈线13垂直于基板1的长边，但并不局限于垂直于基板1的长边。

此外，本实用新型还提供一种通信设备，其中，通信设备包括上述的频带可重构天线，该通信设备具体可以是无线路由器等等。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种频带可重构天线，其特征在于，包括：

基板；

第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂，所述第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂沿所述基板的长度方向依次间隔布置在所述基板的同侧表面；

横槽、以及沿所述基板的长度方向依次间隔布置的第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽和第四竖槽，所述第一竖槽沿所述基板的宽度方向贯通出所述基板的两端并将所述第一振子臂与所述第二振子臂分隔，所述第四竖槽沿所述基板的宽度方向贯通出所述基板的两端并将所述第三振子臂与所述第四振子臂分隔，所述横槽沿所述基板的长度方向延伸且间隔地位于所述第一竖槽和第四竖槽之间，所述第二竖槽连接于所述横槽并沿所述基板的宽度方向从所述横槽的一侧贯通出所述基板，所述第三竖槽连接于所述横槽并沿所述基板的宽度方向从所述横槽的另一侧贯通出所述基板，所述第二竖槽、第三竖槽和横槽将所述第二振子臂与所述第三振子臂分隔；

第一PIN二极管和第二PIN二极管，所述第一PIN二极管设置在所述第一竖槽上，所述第二PIN二极管设置在所述第四竖槽上。

2.根据权利要求1所述的频带可重构天线，其特征在于，所述基板为矩形。

3.根据权利要求2所述的频带可重构天线，其特征在于，所述第一竖槽、第二竖槽、第三竖槽和第四竖槽均垂直于所述基板的长边，所述横槽平行于所述基板的长边。

4.根据权利要求3所述的频带可重构天线，其特征在于，所述第一竖槽与所述第四竖槽沿所述基板的长度方向的间距为17.5mm至18mm。

5.根据权利要求3所述的频带可重构天线，其特征在于，所述第二竖槽与所述第三竖槽沿所述基板的长度方向的间距为1.5mm至2mm。

6.根据权利要求3所述的频带可重构天线，其特征在于，所述横槽的长度为12.5mm至13.5mm。

7.根据权利要求3所述的频带可重构天线，其特征在于，所述第二竖槽和第三竖槽的长度相等。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的频带可重构天线，其特征在于，所述频带可重构天线包括连接于所述横槽并且伸出所述基板的馈线，所述馈线沿所述基板的长度方向与所述第二竖槽、第三竖槽均具有间距。

9.根据权利要求8所述的频带可重构天线，其特征在于，所述馈线垂直于所述基板的长边。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括根据权利要求1至9中任意一项所述的频带可重构天线。