WO2020087675A1

WO2020087675A1 - 蓝牙天线和蓝牙设备

Info

Publication number: WO2020087675A1
Application number: PCT/CN2018/120874
Authority: WO
Inventors: 何其娟; 孙劲; 金传; 崔藏玉
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: CN109346823B; CN109346823A

Abstract

本发明公开一种蓝牙天线和应用该蓝牙天线的蓝牙设备，其中，所述蓝牙天线包括：第一主板；第二主板，所述第二主板与所述第一主板相对设置，并与所述第一主板电性连接；陶瓷天线，所述陶瓷天线设于所述第二主板的背离所述第一主板的一侧，并与所述第二主板相对设置，所述陶瓷天线与所述第一主板电性连接；以及柔性电路板，所述柔性电路板凸设于所述第二主板的背离所述第一主板的板面，并位于所述陶瓷天线与所述第二主板的夹持区域之外，所述柔性电路板与所述第二主板电性连接。本发明的技术方案能够提升陶瓷天线的效率。

Description

蓝牙天线和蓝牙设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种蓝牙天线和应用该蓝牙天线的蓝牙设备。

背景技术

近年来，无线技术的发展给人们的生活带来了极大的便利。其中，使用蓝牙技术的各类蓝牙产品更是深受人们喜爱。目前，许多蓝牙产品均有着小型化、便携化的发展趋势，由此也带来了狭小空间内蓝牙天线的设计问题。当下，大多数蓝牙天线均使用陶瓷天线作为辐射体，虽然能够满足一定程度的蓝牙传输需求，但是其效率普遍偏低。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种蓝牙天线，旨在提升陶瓷天线的效率。

为实现上述目的，本发明提出的蓝牙天线包括：

第一主板；

第二主板，所述第二主板与所述第一主板相对设置，并与所述第一主板电性连接；

陶瓷天线，所述陶瓷天线设于所述第二主板的背离所述第一主板的一侧，并与所述第二主板相对设置，所述陶瓷天线与所述第一主板电性连接；以及

柔性电路板，所述柔性电路板凸设于所述第二主板的背离所述第一主板的板面，并位于所述陶瓷天线与所述第二主板的夹持区域之外，所述柔性电路板与所述第二主板电性连接。

可选地，所述柔性电路板的板面与所述陶瓷天线的侧面相对设置。

可选地，所述柔性电路板凸起于所述第二主板板面的高度不超过所述陶瓷天线凸起于所述第二主板板面的高度。

可选地，定义所述柔性电路板沿所述第二主板的板面延伸设置的长度为L，25mm≤L≤50mm；

且/或，定义所述柔性电路板凸起于所述第二主板板面的高度为H，3mm≤H≤6mm。

可选地，所述第一主板的面积大于所述第二主板的面积。

可选地，所述蓝牙天线还包括蓝牙芯片，所述蓝牙芯片设于所述第一主板。

可选地，所述陶瓷天线通过软板与所述第一主板电性连接。

可选地，所述软板包括射频信号线和地线，所述射频信号线和所述地线形成微带线，所述射频信号线与所述陶瓷天线和所述第一主板电性连接。

可选地，所述陶瓷天线为单极天线。

本发明还提出一种蓝牙设备，该蓝牙设备包括蓝牙天线，该蓝牙天线包括：

第一主板；

本发明蓝牙天线的优势在于：

第一，本发明蓝牙天线，在将陶瓷天线作为辐射体的同时，进一步引入了柔性电路板作为辅助辐射体，两辐射体发生耦合作用，有效提高了陶瓷天线的效率。相关数据表明，单纯的陶瓷天线的效率仅为10％左右，而本发明蓝牙天线则可使得陶瓷天线的效率达到40％以上。也即，本发明蓝牙天线，通过将柔性电路板与陶瓷天线耦合使用，可在超小型蓝牙设备中实现较高的天线效率。

第二，本发明蓝牙天线，实现了陶瓷天线的灵活设计；并且，可以通过灵活设计柔性电路板与陶瓷天线之间的耦合电容的大小，来实现谐振频率的控制；同时，还可以通过灵活设计第一主板与第二主板之间的耦合电容的大小，将无用的并联谐振移到带外甚至3.5GHz以上；此外，还可通过灵活设计柔性电路板或选用等效电感更高的陶瓷天线，使并联谐振与串联谐振均谐振在蓝牙频段，而成为宽带宽蓝牙天线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明蓝牙天线一实施例的结构示意图；

图2为图1中蓝牙天线的工作原理图；

图3为图2中蓝牙天线的等效原理图；

图4为图1中蓝牙天线的回波损耗图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
100	蓝牙天线	31	侧面
10	第一主板	40	柔性电路板
20	第二主板	41	板面
30	陶瓷天线	50	软板

本发明目的的实现、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

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)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，在本发明中如涉及“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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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本发明中的具体含义。

另外，本发明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，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种蓝牙天线100，其可应用于蓝牙设备之中，可提升陶瓷天线30的效率。

如图1所示，在本发明蓝牙天线100一实施例中，该蓝牙天线100包括：

第一主板10；

第二主板20，所述第二主板20与所述第一主板10相对设置，并与所述第一主板10电性连接；

陶瓷天线30，所述陶瓷天线30设于所述第二主板20的背离所述第一主板10的一侧，并与所述第二主板20相对设置，所述陶瓷天线30与所述第一主板10电性连接；以及

柔性电路板40，所述柔性电路板40凸设于所述第二主板20的背离所述第一主板10的板面，并位于所述陶瓷天线30与所述第二主板20的夹持区域之外，所述柔性电路板40与所述第二主板20电性连接。

下面以蓝牙天线100水平设置为例进行介绍，具体请参阅图1：

第一主板10呈水平设置，即第一主板10的板面与水平面平行设置。

第二主板20位于第一主板10的上方，并与第一主板10间隔设置；并且，第二主板20也呈水平设置，即第二主板20与第一主板10平行设置。此时，第二主板20与第一主板10通过传输线实现电性连接。

陶瓷天线30位于第二主板20的上方，并与第二主板20间隔设置；并且，陶瓷天线30也呈水平设置，即陶瓷天线30与第二主板20平行设置。此时，陶瓷天线30与第一主板10通过传输线实现电性连接。

需要说明的是，传输线既可以是单纯的具有信号传输功能的线体，也可以是软板(例如柔性电路板)，该软板包含具有信号传输功能的线体。

进一步地，第二主板20的上表面凸设有柔性电路板40，该柔性电路板40位于陶瓷天线30与第二主板20的夹持区域之外。该柔性电路板40大致呈长条形，其宽度的延伸方向与本实施例定义的上下方向相同，其长度的延伸方向与本实施例定义的前后方向相同，即该柔性电路板40的板面41面向陶瓷天线30设置。

此时，如图2和图3所示，陶瓷天线30与柔性电路板40形成耦合电容C1，陶瓷天线30与第二主板20形成耦合电容C2，第二主板20与第一主板10形成耦合电容C3。由于第一主板10的面积大于第二主板20的面积，所以耦合电容C3大于耦合电容C2。耦合电容C1的大小可以通过柔性电路板40与陶瓷天线30之间的距离以及柔性电路板40的宽度来调节。请进一步参阅图3，下面将对本发明蓝牙天线100谐振模式的原理进行介绍：

陶瓷天线30等效为电感L1，柔性电路板40等效为电感L2，陶瓷天线30与第一主板10和第二主板20的耦合电容总合为C2+C3。因此，整个系统所能产生的谐振包含一个串联谐振和一个并联谐振，

串联谐振的谐振频率的计算公式为：

并联谐振的谐振频率的计算公式为：

请进一步参阅图4，本发明蓝牙天线100串联谐振的谐振频率f1在2.4GHz与2.5GHz之间，本发明蓝牙天线100并联谐振的谐振频率f2在3GHz左右。因此，当本发明蓝牙天线100应用于蓝牙传送时，可利用串联谐振。

本发明蓝牙天线100的优势在于：

第一，本发明蓝牙天线100，在将陶瓷天线30作为辐射体的同时，进一步引入了柔性电路板40作为辅助辐射体，两辐射体发生耦合作用，有效提高了陶瓷天线30的效率。相关数据表明，单纯的陶瓷天线30的效率仅为10％左右，而本发明蓝牙天线100则可使得陶瓷天线30的效率达到40％以上。也即，本发明蓝牙天线100，通过将柔性电路板40与陶瓷天线30耦合使用，可在超小型蓝牙设备中实现较高的天线效率。

第二，本发明蓝牙天线100，实现了陶瓷天线30的灵活设计；并且，可以通过灵活设计柔性电路板40与陶瓷天线30之间的耦合电容的大小，来实现谐振频率的控制；同时，还可以通过灵活设计第一主板10与第二主板20之间的耦合电容的大小，将无用的并联谐振移到带外甚至3.5GHz以上；此外，还可通过灵活设计柔性电路板40或选用等效电感更高的陶瓷天线30，使并联谐振与串联谐振均谐振在蓝牙频段，而成为宽带宽蓝牙天线100。

此外，需要说明的是，柔性电路板40可以为第二主板20的连接器件，如MIC、电池等功能柔性电路板40。

如图1所示，在本发明蓝牙天线100一实施例中，所述柔性电路板40的板面41与所述陶瓷天线30的侧面31相对设置。具体地，柔性电路板40的板面41与陶瓷天线30的侧面31平行设置。如此，可有效增强柔性电路板40与陶瓷天线30之间的耦合作用的稳定性，保障柔性电路板40与陶瓷天线30的耦合量，提升蓝牙天线100的一致性，从而达到优化蓝牙天线100工作性能的目的。

进一步地，柔性电路板40在第二主板20上的起始位置与陶瓷天线30的侧面31平行设置，即第二主板20表面用于与柔性电路板40连接的引入点和输出点之间的连线与陶瓷天线30的侧面31平行设置，以方便焊接和布置，保障柔性电路板40与陶瓷天线30之间的耦合作用的稳定性。

进一步地，所述柔性电路板40凸起于所述第二主板20板面的高度不超过所述陶瓷天线30凸起于所述第二主板20板面的高度，以保障陶瓷天线30为辐射主体。具体地，可采用例如支架、卡扣等起支撑、定位作用的辅助部件，对柔性电路板40和陶瓷天线30的位置进行限位固定，从而使柔性电路板40凸起于第二主板20板面的高度不超过陶瓷天线30凸起于第二主板20板面的高度。此时，陶瓷天线30的高度更高，其作为辐射主体进行工作；柔性电路板40的高度略低，其与陶瓷天线30发生耦合，起增强陶瓷天线30性能的作用。

如图1至图3所示，在本发明蓝牙天线100一实施例中，定义所述柔性电路板40沿所述第二主板20的板面延伸设置的长度为L，25mm≤L≤50mm。如此，柔性电路板40的长度介于1/4个波长至半个波长之间，这样，可有效增强蓝牙天线100与电磁波的耦合能力，从而使得蓝牙天线100的发射和接收效果得以提升。

进一步地，定义所述柔性电路板40凸起于所述第二主板20板面的高度为H，3mm≤H≤6mm。如此，在有效保障本发明蓝牙天线100高效率的同时，还可有效降低本发明蓝牙天线100的高度，实现蓝牙天线100的小体积，节省装配空间，降低生产成本。

如图1所示，在本发明蓝牙天线100一实施例中，所述第一主板10的面积大于所述第二主板20的面积。如此，便可由第一主板10开始向外传递能量，这样，可有效降低第二主板20对能量的阻耗，降低电磁能的传输损耗，使得本发明蓝牙天线100的能量转化效率得以有效提升。

进一步地，所述蓝牙天线100还包括蓝牙芯片，所述蓝牙芯片设于所述第一主板10。如此，可有效缩短本发明蓝牙天线100的信号传输路径的长度，降低电磁能的传输损耗，从而使得本发明蓝牙天线100的能量转化效率得以有效提升。

如图1所示，在本发明蓝牙天线100一实施例中，所述陶瓷天线30通过软板50与所述第一主板10电性连接。这样，结构简单，生产制造方便，并且可使得本发明蓝牙天线100具有一定的形变能力，从而有效提升本发明蓝牙天线100的结构稳定性，保障本发明蓝牙天线100的优异工作性能。

进一步地，所述软板50包括射频信号线和地线，所述射频信号线和所述地线形成微带线，所述射频信号线与所述陶瓷天线30和所述第一主板10电性连接。具体地，地线由第一主板10引出并随微带线向陶瓷天线30延伸，但是，地线并不与陶瓷天线30电性连接。如此，有效保障了微带线50Ω的阻抗特性，保障了工作频段信号的传输能力，使得蓝牙天线100的工作性能和工作稳定性进一步得以提升。

此外，第二主板20也通过软板50与第一主板10电性连接。这样，结构简单，生产制造方便，并且可使得本发明蓝牙天线100具有一定的形变能力，从而有效提升本发明蓝牙天线100的结构稳定性，保障本发明蓝牙天线100的优异工作性能。

需要说明的是，本发明蓝牙天线100还设置有辅助定位的塑料支架(未图示)，以增强本发明蓝牙天线100的结构稳定性。

在本发明蓝牙天线100一实施例中，所述陶瓷天线30为单极天线。这样，不仅可进一步简化、优化本发明蓝牙天线100的结构，使得其生产制造更加方便，而且还可利用单极天线优异的工作性能，使得本发明蓝牙天线100的工作性能得以有效提升。

本发明还提出一种蓝牙设备，该蓝牙设备包括蓝牙天线100，该蓝牙天线100的具体结构参照前述实施例。由于本蓝牙设备采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，蓝牙设备包括蓝牙耳机、智能穿戴设备(例如：智能手表、智能手环、智能眼镜等)、手机，笔记本电脑、平板电脑、相机等。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明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发明的专利保护范围内。

Claims

一种蓝牙天线，其特征在于，包括：

第一主板；

第二主板，所述第二主板与所述第一主板相对设置，并与所述第一主板电性连接；

陶瓷天线，所述陶瓷天线设于所述第二主板的背离所述第一主板的一侧，并与所述第二主板相对设置，所述陶瓷天线与所述第一主板电性连接；以及

柔性电路板，所述柔性电路板凸设于所述第二主板的背离所述第一主板的板面，并位于所述陶瓷天线与所述第二主板的夹持区域之外，所述柔性电路板与所述第二主板电性连接。
如权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述柔性电路板的板面与所述陶瓷天线的侧面相对设置。
如权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，所述柔性电路板凸起于所述第二主板板面的高度不超过所述陶瓷天线凸起于所述第二主板板面的高度。
如权利要求1所述的蓝牙天线，其特征在于，定义所述柔性电路板沿所述第二主板的板面延伸设置的长度为L，25mm≤L≤50mm；

且/或，定义所述柔性电路板凸起于所述第二主板板面的高度为H，3mm≤H≤6mm。
如权利要求1至4中任一项所述的蓝牙天线，其特征在于，所述第一主板的面积大于所述第二主板的面积。
如权利要求5所述的蓝牙天线，其特征在于，所述蓝牙天线还包括蓝牙芯片，所述蓝牙芯片设于所述第一主板。
如权利要求1至4中任一项所述的蓝牙天线，其特征在于，所述陶瓷天线通过软板与所述第一主板电性连接。
如权利要求7所述的蓝牙天线，其特征在于，所述软板包括射频信号线和地线，所述射频信号线和所述地线形成微带线，所述射频信号线与所述陶瓷天线和所述第一主板电性连接。
如权利要求8所述的蓝牙天线，其特征在于，所述陶瓷天线为单极天线。
一种蓝牙设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的蓝牙天线。