WO2024067109A1 - 天线结构及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种天线结构及电子设备,其中,该天线结构包括电路板、多组天线单元和馈电点;其中,馈电点位于电路板上;每组天线单元包括:辐射枝节和传输线,各组天线单元的辐射枝节均沿着电路板的外周侧间隔设置;传输线的第一端与馈电点电连接,传输线的第二端与辐射枝节的第一端电连接,辐射枝节的第二端与相邻组的辐射枝节的第一端之间具有第一间隔;且辐射枝节的第二端为开放端,或者,辐射枝节的第二端通过低通高阻元件与电路板上的接地点电连接。
Description
本申请要求于2022年09月28日提交中国专利局、申请号为202211190439.6、申请名称为“天线结构及电子设备”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请实施例涉及天线技术领域,特别涉及一种天线结构及电子设备。
随着人们生活水平的提高,人们经常出去游玩,而在游玩时,由于人流量较大,不仅同行的人会经常走散,身上较为重要的东西也经常丢失。特别是在有老人、孩子或宠物的情况下,孩子和老人特别容易走散,从而对人们的人身安全造成安全隐患。另外,一些贵重的物品丢失也会给人们的生活带来不便。
为了方便寻找丢失的物品以及走散的人或宠物,无线的防丢器应运而生。相关技术中的无线的防丢器通常包括天线单元,其中,该天线单元上设置有低频辐射体和高频辐射体,低频辐射体和高频辐射体沿着天线单元的厚度方向间隔设置,以使该天线单元可以接收或发射低频和高频信号。从而可以使手机可以对无线的防丢器进而定位,进而解决一些寻找丢失物品以及人物或宠物的问题。
此外,随着WIFI技术的发展,WIFI频段越来越多,需要设计多频段而且可以全向覆盖的WIFI天线。
然而,相关技术中的无线的防丢器和WIFI设备中的天线结构结构复杂,导致体积较大。
发明内容
本申请提供一种天线结构及电子设备,该天线结构的体积小、方便携带,可以解决相关技术中无线防丢器结构复杂、不易携带的技术问题。
第一方面,本申请提供一种天线结构,该天线结构包括电路板、多组天线单元和馈电点;其中,所述馈电点位于所述电路板上;每组所述天线单元包括:辐射枝节和传输线,各组所述天线单元的所述辐射枝节均沿着所述电路板的外周侧间隔设置;所述传输线的第一端与所述馈电点电连接,所述传输线的第二端与所述辐射枝节的第一端电连接,所述辐射枝节的第二端与相邻组的所述辐射枝节的第一端之间具有第一间隔;且所述辐射枝节的第二端为开放端,或者,所述辐射枝节的第二端通过低通高阻元件与所述电路板上的接地点电连接,所述低通高阻元件用于通低频阻高频。
本申请实施例提供的天线结构,通过设置电路板、多组天线单元和馈电点,以使该天线结构具有发射或接收电磁波的功能;通过将传输线第一端与馈电点电连接,传输线的第二端与的辐射枝节的第一端电连接,辐射枝节的第二端为开放端,或者,辐射枝节的第二端通过低通高阻元件与电路板上的接地点电连接,可以使该辐射枝节可以更容易激励出第二谐振模式(3/4波长模式),以便增加带宽;通过在辐射枝节的第二端设置低通高阻元件,并将低通高阻元件的一端与在辐射枝节的第二端电连接,低通高阻元件的另一端与电路板上的接地点电连接,以使该天线结构可以形成左右手组合模式,覆盖低频段。通过在每个天线单元中设置一个辐射枝节,就可以覆盖低频段以及高频段,相对于相关技术中需要设置单独的低频辐射体和高频辐射体,本申请实施例中提供的天线结构可以通过一个辐射枝节覆盖高频段和低频段,从而使天线结构的结构简单,体积小,进而可以减小设置有该天线结构的防丢标签的体积,进而使该防丢标签更加方便携带。
在一种可能的实现方式中,每组所述天线单元的所述辐射枝节均包括:第一辐射枝节和第二辐射枝节,各组所述天线单元的所述第一辐射枝节和所述第二辐射枝节均沿着所述电路板的外周侧间隔设置;所述传输线的第一端与所述馈电点电连接,所述传输线的第二端与同一组的所述第一辐射枝节的第一端电连接,所述第一辐射枝节的第二端与同一组的所述第二辐射枝节的第一端之间具有缝隙,所述第二辐射枝节的第二端与相邻组的所述第一辐射枝节的第一端之间具有第一间隔;在所述辐射枝节的周向上,
所述缝隙的间距小于所述第一间隔。
在一种可能的实现方式中,所述低通高阻元件的一端与同一组的所述第二辐射枝节的第二端电连接,所述低通高阻元件的另一端与所述电路板上的接地点电连接。
通过将每组天线单元的辐射枝节设计成包括第一辐射枝节和第二辐射枝节的结构,并在同一组的第一辐射枝节和第二辐射枝节设置缝隙,可以激励每组辐射枝节的第一谐振(1/2波长模式)和第二谐振(3/4波长模式),以使该天线结构可以覆盖高频段中的第一频段和第二频段,其中,第一频段对应的频率范围小于第二频段对应的频率范围。相对于相关技术中,只能覆盖一个第一频段来说,本申请实施例中的天线结构覆盖的频率带宽更宽,从而可以允许更多的电子设备(例如,频率较高的电子设备)与该天线结构之间可以通信连接,进而提高天线结构的适用性。可以理解的是,频率带宽有部重叠的天线之间才可以建立无线通信关系,所以当增加了天线结构的频率带宽后,则可以增加与其连接设备的数量,提高了该天线结构的适用性。另外,通过设置缝隙可以增大辐射枝节的长度,进而使辐射枝节可以在更大的区域内辐射,进而提高辐射效率。
在一种可能的实现方式中,各组所述天线单元中的所述低通高阻元件包括电感、分布式电感或滤波器。
通过将该低通高阻元件设置为包括电感、分布式电感或滤波器的结构,将辐射枝节的第二端接地,由于电感具有低通高阻的特性,从而可以使该辐射枝节可以激励其第三谐振,使该天线结构可以覆盖第三频段,其中该第三频段为低频段,其中该第三频段的频率范围低于第一频段和第二频段。从而使该天线结构可以覆盖低频段和高频段,进而增加该天线结构的带宽,提高适用性。另外,电感的结构简单,可以简化该天线结构的结构,从而可以缩小使用该天线结构的防丢标签的体积,以使该防丢标签更加方便携带。
在一种可能的实现方式中,各组所述天线单元中的所述低通高阻元件为电感,各组所述天线单元中的所述电感的感值相同。
通过将各组天线单元中的电感设置的电感值均相同,可以使该天线结构可以为旋转对称结构,从而使该辐射枝节激励出第三谐振,覆盖第三频段,且具有较低的方向性系数。
在一种可能的实现方式中,各组所述天线单元中的所述低通高阻元件为电感,各组所述天线单元中至少两组所述天线单元中的所述电感的感值不同。
通过将各组天线单元中的至少两组天线单元的电感的感值设置的不同,从而可以激励出不同的谐振,进而覆盖不同的低频段范围,形成更宽的低频段带宽,以满足天线结构对低频带宽的要求,以适应不同的需求,提高该天线结构的适用性。
在一种可能的实现方式中,每组所述天线单元中的所述辐射枝节的所述第二辐射枝节,在所述辐射枝节周向上的长度均小于λ/2,λ为1/2波长模式下谐振频率的中心频率对应的介质波长。
通过将第二辐射枝节在辐射枝节周向上的长度小于λ/2,进而防止该缝隙位于辐射枝节的第一端,例如,辐射枝节与传输线连接的一端。以保证该辐射枝节更容易激励出第二谐振(3/4波长模式),从而使该天线单元可以覆盖高频段中的第二频段,进而使天线结构可以覆盖更宽的频率范围,以便提高该天线结构的适用性。
在一种可能的实现方式中,在所述辐射枝节周向上,每组所述天线单元中的所述辐射枝节的所述第一辐射枝节的长度与所述辐射枝节的长度的比值大于等于1/3且小于等于1/2。
通过将每组天线单元中的辐射枝节的第一辐射枝节的长度与辐射枝节的长度的比值设置的大于等于1/3且小于等于1/2,可以使缝隙位于辐射枝节上电流较弱的位置,以便更容易激励出第二谐振(3/4波长模式),从而使该天线单元可以覆盖高频段中的第二频段,进而使天线结构可以覆盖更宽的频率范围,以便提高该天线结构的适用性。
在一种可能的实现方式中,至少一组所述天线单元中的所述传输线上具有弯折段。
通过在至少一组天线单元中的传输线上设置弯折段,以便对该天线单元的谐振模式进行调节,从而使第一谐振(1/2波长模式)可以覆盖第一频段,第二谐振(3/4波长模式)可以覆盖第二频段,以提高天线结构所覆盖频率带宽的精确度,以便于电子设备之间更容易建立通信连接。
在一种可能的实现方式中,所述天线单元为四组,且四组所述天线单元中相邻两组所述天线单元相对所述馈电点90°旋转对称。
通过设置四组天线单元,并将四组天线单元中相邻两组天线单元相对馈电点90°旋转对称,可以使天线结构的四组天线单元可以辐射均匀,进而降低方向性系数。
在一种可能的实现方式中,各组所述天线单元的所述第一辐射枝节和所述第二辐射枝节位于所述电路板的外周边缘的外侧,且各组所述天线单元的所述第一辐射枝节和所述第二辐射枝节与所述电路板的外周边缘之间在所述电路板的径向方向上具有相同或不同的第二间隔。
通过将各组天线单元的第一辐射枝节和第二辐射枝节位于电路板的外周边缘的外侧,从而可以在电路板上预留更多的空间,以便在电路板上放置其他器件;另外,通过在各组天线单元的第一辐射枝节和第二辐射枝节与电路板的外周边缘之间在电路板的径向方向上设置第二间隔,可以使第一辐射枝节和第二辐射枝节具有更多的辐射空间,从而提高辐射效率。
在一种可能的实现方式中,所述第二间隔在0.5-2mm的范围内。
在一种可能的实现方式中,所述第一间隔大于1mm。
通过将第一间隔设置的大于或等于1mm,以使第一间隔可以将相邻的两个天线单元之间分隔开,进而方式相邻天线单元之间出现信号干扰。
在一种可能的实现方式中,在所述辐射枝节的周向上,所述缝隙的间距小于或等于1mm。
通过将缝隙设置的大于或等于1mm,保证第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间可以耦合连接,从而实现更多天线模式。
在一种可能的实现方式中,所述低通高阻元件的感值在3-15nH的范围内。
第二方面,本申请提供一种电子设备,包括上述的天线结构。
本申请实施例提供的电子设备,通过设置第一方面的天线结构,由于该天线结构的体积小,方便装配,并且覆盖的带宽较大,所以可以使设置有该天线结构的该电子设备可以实现多频段全向覆盖的性能。
在一种可能的实现方式中,所述电子设备为防丢标签,所述天线结构包括超带宽UWB天线。
本申请实施例中的电子设备为防丢标签时,通过设置第一方面的天线结构,由于该天线结构的结构简单、体积小,所以该防丢标签的体积也可以设置的较小,进而可以减小防丢标签的体积,以使该防丢标签方便携带。由于第一方面的天线结构覆盖的频率带宽较大,所以可以适应更多的电子设备,可以和更多不同频率范围的电子设备连接,从而增加该防丢标签的适用性。另外,由于该天线结构的带宽很宽,所以可以配合电子设备进行准确定位,从而可以方便寻找带有该防丢标签的人或物,有利于寻找丢失的物品或走散的人或宠物等。
图1为本申请实施例提供的防丢标签的框架结构示意图;
图2为本申请实施例提供的天线结构的结构示意图;
图3A为图2中所示结构的俯视图;
图3B为申请实施例提供的天线结构的另一种结构示意图;
图4为图2中所示结构的S参数图;
图5A为图2中所示结构的不同谐振模式对应的电流分布示意图;
图5B为图2中所示结构的不同谐振模式对应的电流分布示意图;
图5C为图2中所示结构的不同谐振模式对应的电流分布示意图;
图6为本申请实施例提供的天线结构的另一种俯视图;
图7为图2和图6中所示结构的S参数图的对比图;
图8A为图6中所示结构的不同谐振模式对应的电流分布示意图;
图8B为图6中所示结构的不同谐振模式对应的电流分布示意图;
图8C为图6中所示结构的不同谐振模式对应的电流分布示意图;
图9为本申请实施例提供的天线结构的另一种结构示意图;
图10为图9中所示结构的俯视图;
图11为本申请实施例提供的天线结构设置在基板上的第一面的结构示意图;
图12为本申请实施例提供的天线结构设置在基板上的第二面的结构示意图;
图13为图6和图9中所示结构的S参数图的对比图;
图14为图9中所示结构的第三谐振模式的电流分布示意图;
图15为图9中所示结构的天线方向示意图;
图16为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同和不同时的S参数图的对比图;
图17为本申请实施例提供的天线结构中的电感的感值相同时天线方向示意图;
图18为本申请实施例提供的天线结构中的电感的感值不同时天线方向的另一示意图;
图19为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同和不同的S参数图的对比图;
图20为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同和不同时的辐射效率曲线的对比图;
图21为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同和不同时的系统效率曲线的对比图;
图22为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同和不同时的S参数图的对比图;
图23为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同时的天线方向示意图;
图24为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值不同时的天线方向示意图;
图25为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值相同时的天线方向示意图;
图26为本申请实施例提供的天线结构的中的电感的感值不同时的天线方向示意图。
附图标记说明:
1000-防丢标签;100-天线结构;200-蓝牙芯片;300-UWB芯片;
400-上层处理芯片;500-标签本体;
110-天线单元;120-馈电点;130-电路板;140-支撑板;
111-辐射枝节;111a-辐射枝节的第一端;111b-辐射枝节的第二端;
1111-第一辐射枝节;1112-第二辐射枝节;1113-缝隙;
112-传输线;112a-传输线的第一端;112b-传输线的第二端;1121-弯折;
113-第一间隔;114-第二间隔;115-低通高阻元件。
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1111-第一辐射枝节;1112-第二辐射枝节;1113-缝隙;
112-传输线;112a-传输线的第一端;112b-传输线的第二端;1121-弯折;
113-第一间隔;114-第二间隔;115-低通高阻元件。
本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释,而非旨在限定本申请。
防丢标签(Tag)是一种通过无线通信的方法,对物体进行定位,进而发现物体的电子设备。它的一般尺寸较小,可以方便携带,进而对设置有该防丢标签的物件进行定位,以便寻找携带防丢标签丢失的物品,或携带防丢标签的人或宠物。
一般而言,防丢标签需要在三个频段具有发射电磁波的能力,低频段(蓝牙频段)、高频段UWB CH5频段和UWB CH9,其中,低频段(蓝牙频段)的频率范围可以例如是2400MHz-2483.5MHz,高频段可以采用超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术,高频段可以包括UWB CH5频段和UWB CH9频段,UWB CH5频段的频率范围可以例如是6240MHz-6739.2MHz,UWB CH9频段的频率范围可以例如是7737.6MHz-8236.8MHz。
其中,蓝牙可以使得防丢标签具有低功耗的连接能力,而UWB技术,由于使用了很宽的带宽,可以和终端设备配合使用,例如,通过将防丢标签和终端设备之间进行通信连接,就可以对防丢标签精确定位,例如,手机与防丢标签连接后,手机就可以实现对防丢标签精准的定位,进而帮助人们发现丢失的物体,或走散的人或宠物。
然而,相关技术中提供的无线防丢器只能覆盖低频段(蓝牙频段)和高频段的UWB CH5频段,而无法覆盖UWB CH9频段,从而导致该无线防丢器的带宽不足,带宽不足就会导致只有部分满足条件的终端设备才能与该无线防丢器连接,例如,当终端设备为手机时,由于无线防丢器的带宽不足,则只有满足无线防丢器的带宽的型号的手机,才能与该无线防丢器连接,也就是说,有一些型号的手机,由于辐射带宽不在无线防丢器的带宽的范围内,所以无法建立通信连接,也就是说,相关技术中的无线防丢器无法做到普遍适用性,从而导致该无线防丢器的适用性较低。
另外,由于UWB占用了很宽的带宽,因此,需要对其发射的射频电磁波的能量有严格的限制,才能避免对其他共存的无线应用产生干扰。一般而言,设备的等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)要在法规限制以下,例如,EIRP小于-41.3dBm/MHz。其中,EIRP为射频线传导功率和天线系统效率以及天线方向性系数三个参数的乘积。因此,采用较小的天线方向性系数的天线,则可以获得较小的EIRP,进而避免该防丢标签对其他共存的无线应用产生干扰。其中,其他共存的无
线引用可以为手机、平板电脑、智能屏、智能音箱等电子设备。
相关技术中的无线防丢器的天线单元包括低频辐射体和高频辐射体,并且低频辐射体和高频辐射体分开设置,这样就导致相关技术中的无线防丢器的结构复杂,且占用空间较大,不利于装配,不利于无线防丢器的小型化发展。此外,随着WIFI技术的发展,WIFI的所需频段越来越多,需要多频段而且可以全向覆盖的WIFI天线。
为了解决上述技术问题,本申请实施例提供一种天线结构的方案,该天线结构的体积小,方便装配,并且覆盖的带宽较大,可以多频段全向覆盖。应用于防丢器中,可以提升手机或其它终端设备定位标签的位置的能力,也就是说,可以适应更多的终端设备,普遍适用性较好。也可以应用于WIFI设备中,实现WIFI多频段使用。其中,WIFI设备可以为路由器、笔记本电脑,手机,IPAD等支持WIFI输入或输出的设备。
如图1所示,本实施例提供一种电子设备,该电子设备可以为防丢标签1000,该防丢标签1000可以包括天线结构100、芯片和标签本体500,其中,天线结构100和芯片均设置在标签本体500上。示例性的,芯片包括蓝牙芯片200、UMB芯片300和上层处理芯片400,其中,上层处理芯片400分别与蓝牙芯片200和UWB芯片300电连接,蓝牙芯片200和UWB芯片300均与天线结构100电连接。
本申请实施例中提供的防丢标签1000,在使用时,可以直接放置在需要定位的物体上或人物上,然后用手机等终端设备与该电子标签通信连接,这样当需要寻找该物质时,可以通过手机等终端设备对该防丢标签1000进行定位。示例性的,可以将防丢标签1000放置在钱包内,或者是将防丢标签1000挂在钥匙扣上,这样当钱包或钥匙丢失时,则可以利用手机或终端设备对设置在钱包或钥匙扣上的防丢标签1000进行定位,从而可以通过该防丢标签1000寻找到钱包或钥匙。
需要说明的是,该防丢标签1000的形状不构成对本申请实施例保护范围的限制,例如,防丢标签1000的形状可以使圆形、方形或其它异形结构,例如,可以做成具有卡通形象的圆形结构等。
本申请实施例中的防丢标签1000通过设置天线结构100,由于该天线结构100的结构简单、体积小,所以该防丢标签1000的体积也可以设置的较小,进而可以减小防丢标签1000的体积,以使该防丢标签1000方便携带。由于第一方面的天线结构100覆盖的频率带宽较大,所以可以适应更多的电子设备,可以和更多不同频率范围的电子设备连接,从而增加该防丢标签1000的适用性。另外,由于该天线结构100的带宽很宽,所以可以配合电子设备进行准确定位,从而可以方便寻找带有该防丢标签1000的人或物,有利于寻找丢失的物品或走散的人或宠物等。
以下结合附图对本申请实施例的天线结构进行详细介绍。
如图2所示,本申请实施例中提供的天线结构100,该天线结构100可以包括电路板130、多组天线单元110和馈电点120;其中,馈电点120可以位于电路板130的中心,当然在其他实施例中,馈电点120也可以位于电路板130的其他位置,在本申请实施例中不作进一步限定;每组天线单元110包括:辐射枝节111和传输线112,各组天线单元110的辐射枝节111均沿着电路板130的外周侧间隔设置;传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与辐射枝节的第一端111a电连接,辐射枝节的第二端111b与相邻组的辐射枝节的第一端111a之间具有第一间隔113,辐射枝节的第二端111b为开放端。
需要说明的是,各组天线单元110的辐射枝节111均沿着电路板130的外周侧间隔设置,包括当辐射枝节111与电路板130共面时,辐射枝节111位于电路板130的外周侧;还包括当辐射枝节111与电路板130不共面时,也就是说,辐射枝节111和电路板130在天线结构100的厚度方向上存在一定间距时,辐射枝节111在天线结构100的厚度方向上的正投影位于电路板130的外周侧;还包括当辐射枝节111与电路板130不共面时,辐射枝节111在天线结构100的厚度方向上的正投影的至少一部分位于电路板130的外周侧。
在一种可能的实现方式中,天线单元110为四组,且四组天线单元110中相邻两组天线单元110相对馈电点120九十度旋转对称。通过设置四组天线单元110,并将四组天线单元110中相邻两组天线单元110相对馈电点120九十度旋转对称,可以使天线结构的四组天线单元110可以辐射均匀,进而降低方向性系数。
当然,在另外一些实施例中,多组天线单元110可以为两组天线单元110、三组天线单元110五组天线单元110或者更多组天线单元110,其中,多组天线单元110可以围绕馈电点120呈旋转对称结构,以使各组天线单元110的不同位置可以辐射均匀,进而降低天线结构100的方向性系数,以满足EIRP的限制。
另外,通过设置不同组天线单元110,可以改变天线结构的体积,示例性的,当天线结构100的体积
较小时,则可以设置两组天线单元110,两组天线单元110呈一百八十度旋转对称;当天线结构100的体积较大时,则可以设置五组天线单元110,五组天线单元110呈七十二度旋转对称,这样可以增加天线结构100的适用性。
需要说明的是,旋转对称指的是天线单元的辐射枝节111、缝隙1113、第一间隔113的设置位置等,大体旋转对称,而非数学严格意义上的对称,还可以包括传输线的旋转对称。其中,九十度旋转对称、一百八十度旋转对称以及七十二度旋转对称中的具体角度均是在允许一定偏移的误差范围内的角度,在一些实施例中,该误差范围可以为-10°到10°中的任一值,例如,九十度旋转对称的具体角度可以在八十度到一百度之间,一百八十度旋转对称的具体角度可以在一百七十度到一百九十度之间,七十二度旋转对称的具体角度可以在六十二度到八十二度之间。
需要说明的是,在本实施例中,辐射枝节111为该天线的辐射体。其中,辐射体:是天线中用于接收/发送电磁波辐射的装置。在某些情况下,狭义来理解“天线”就是辐射体,其将来自发射机的导波能量较变为无线电波,或者将无线电波转换为导波能量,用来辐射和接收无线电波。发射机所产生的已调制的高频电流能量(或导波能量)经馈电线传输到发射辐射体,通过辐射体将其转换为某种极化的电磁波能量,并向所需方向辐射出去。接收辐射体将来自空间特定方向的某种极化的电磁波能量又转换为已调制的高频电流能量,经馈电线输送到接收机输入端。
辐射体可以是具有特定形状和尺寸的导体,例如线状、或片状等,本申请不限定具体的形状。在一些实施例中,片状辐射体可以由导电/金属片实现,例如铜片等。在一个实施例中,片状辐射体可以由导电涂层实现,例如银浆天线等。片状辐射体的形状可以包括圆形、矩形、环形等,本申请不限定具体的形状。另外,辐射体也可以包括形成在导体上的槽或者缝隙。例如,在本实施例中,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间的耦合间隙,就是辐射体上的缝隙。在一些实施例中,缝隙形状可以是长条形的。在一些实施例中,缝隙上激励有射频电磁场,并向空间辐射电磁波。
在一些实施例中,电路板130可以是印刷电路板(printed circuit board,PCB),例如具有8、10、12、13或14层导电材料的8层、10层或12至14层板,或者通过诸如玻璃纤维、聚合物等之类的介电层或绝缘层隔开和电绝缘的元件。一个实施例中,电路板包括介质基板、接地层和走线层,走线层和接地层通过过孔进行电连接。一个实施例中,诸如不同芯片等部件可以安装在电路板上或连接到电路板;或者电连接到电路板中的走线层和/或接地层。例如,传输线112和馈电点120可以设置于走线层。
传输线,又叫馈电线,指天线的收发机与辐射体之间的连接线。传输线的特点是其横向尺寸远小于工作波长。当然,传输线不一定指线装,也可以是直条形导体,例如,宽度小于2mm。类似地,馈电线做类似理解。传输线可随频率和形式不同,直接传输电流波或电磁波。辐射体上与传输线相连的连接处通常称为馈电点。传输线包括导线传输线、同轴线传输线、波导、或微带线等。传输线根据实现形式不同可以包括支架天线体、或玻璃天线体等。传输线根据载体不同可以由LCP(Liquid Crystal Polymer,液晶聚合物材料)、FPC(Flexible Printed Circuit,柔性印刷电路板)、或PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)等来实现。
本申请实施例提供的天线结构,通过设置电路板130、多组天线单元110和馈电点120,以使该天线结构具有发射或接收电磁波的功能,进而激励每组辐射枝节111的第一谐振(1/2波长模式)和第二谐振(3/4波长模式),其中,第一谐振对应的谐振频段可以为第一频段(6240MHz-6739.2MHz),第二谐振对应的谐振频段可以为第二频段(7737.6MHz-8236.8MHz),本申请实施例中的天线结构可以覆盖高频段中的第一频段(6240MHz-6739.2MHz)和第二频段(7737.6MHz-8236.8MHz)。
相对于相关技术中,只能激励出UWB CH5(6240MHz-6739.2MHz)频段,无法激励出UWB CH9(7737.6MHz-8236.8MHz)频段,本申请实施例中的天线结构的带宽更大,从而增加了与该天线结构连接的电子设备的频率范围,从而可以使更多的电子设备与之通信连接,进而提高该天线结构的适用性。可以理解的是,频率带宽有部重叠的天线之间才可以建立无线通信关系,所以当增加了天线结构的频率带宽后,则可以增加与其连接设备的数量,提高了该天线结构的适用性。
需要说明的是,一般的天线结构可以激励出1/4波长模式和1/2波长模式,而3/4波长模式需要特殊的边界条件,例如,需要一端开路,另一个端低阻抗的边界条件才可以激励出3/4波长模式的谐振。本申请实施例中,辐射枝节的第一端111a与传输线112电连接,而传输线112与馈电点连接,则满足了低阻抗的边界条件;辐射枝节的第二端111b为开放端,满足一端开路的边界条件,满足3/4波长模式的边界条
件,从而可以激励出3/4波长模式的谐振,也就是第二谐振。
为了方便描述,在本实施例中,UWB CH5频段作为第一频段(6240MHz-6739.2MHz),UWB CH9频段作为第二频段(7737.6MHz-8236.8MHz),低频段作为第三频段(2400MHz-2483.5MHz)。
如图3A所示,每组天线单元110的辐射枝节111均包括:第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112,各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112均沿着电路板130的外周侧间隔设置;传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与同一组的第一辐射枝节1111的第一端电连接,第一辐射枝节1111的第二端与同一组的第二辐射枝节1112的第一端之间具有缝隙1113,第二辐射枝节1112的第二端与相邻组的第一辐射枝节1111的第一端之间具有第一间隔113。
需要说明的是,第一辐射枝节1111的第一端与辐射枝节的第一端111a为同一端,第一辐射枝节1111的第二端为第一辐射枝节1111远离辐射枝节的第一端111a的一端;第二辐射枝节1112的第一端为靠近第一辐射枝节1111的第二端的一端,第二辐射枝节1112的第二端与辐射枝节的第二端111b为同一端。
在本实施例中,通过将传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与同一组的第一辐射枝节1111的第一端电连接,以使第一辐射枝节1111的第一端满足低阻抗的边界条件;通过第一辐射枝节1111的第二端与同一组的第二辐射枝节1112的第一端之间具有缝隙1113,相当于第一辐射枝节1111的第二端和第二辐射枝节1112的第一端之间电连接,也就是说,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112可以看成是一个整体,而第二辐射枝节1112的第二端111b与相邻组的第一辐射枝节1111的第一端之间具有第一间隔113,进而使第二辐射枝节1112的第二端满足一端开路的边界条件,也就是说,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112可以构成的一个整体的辐射枝节111的一端开路,另一端低阻抗的边界条件,因此可以激励出3/4波长模式。
在一些实施例中,如图3B所示,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间具有耦合间隙,其中,传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与同一组的第二辐射枝节1112的第一端电连接,第二辐射枝节1112的第二端与相邻组的第一辐射枝节1111的第一端之间具有第一间隔113;第一辐射枝节1111的第二端与同一组的第二辐射枝节1112的第一端之间具有缝隙1113,第一辐射枝节1111的第一端与相邻的第二辐射枝节1112之间具有第一间隔。
如图3B所示,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间具有耦合间隙,所以第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间是可以耦合连接的,所以第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112可以看成一个整体。其中,传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与同一组的第二辐射枝节1112的第一端电连接,使得第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112具有了低阻抗的边界条件;然而,第一辐射枝节1111的第一端与相邻的第二辐射枝节1112之间具有第一间隔113,且第二辐射枝节1112的第二端与相邻组的第一辐射枝节1111的第一端之间具有第一间隔113,使得第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112构成的整个辐射枝节111具有两个开路端,所以不能满足3/4波长模式的边界条件,因此不能激励3/4波长模式。
所以,在本实施例中,通过将传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与同一组的第一辐射枝节1111的第一端电连接,第一辐射枝节1111的第二端与同一组的第二辐射枝节1112的第一端之间具有缝隙1113,第二辐射枝节1112的第二端与相邻组的第一辐射枝节1111的第一端之间具有第一间隔113,可以满足辐射枝节111一端低阻抗,一端开路的边界条件,进而可以激励3/4波长模式,以增加带宽,提高适用性。
通过将每组天线单元110的辐射枝节111设计成包括第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112的结构,并在同一组的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112设置缝隙1113,可以使该天线结构的辐射枝节111的尺寸变大,进而使辐射枝节111可以在更大的区域内辐射,进而提高辐射效率。
在一些实施例中,如图3所示,每组天线单元110中的辐射枝节111的第二辐射枝节1112,在辐射枝节111周向上的长度L2均小于λ/2,λ为1/2波长模式下谐振频率的中心频率对应的介质波长。
需要说明的是,谐振频率又叫共振频率。谐振频率可以有一个频率范围,例如,发生共振的频率范围。谐振频率可以是回波损耗特性小于-6dB的频率范围。共振最强点对应的频率就是中心频率-点频率。中心频率的回波损耗特性可以小于-20dB。谐振频段:谐振频率的范围是谐振频段,谐振频段内任一频点的回波损耗特性可以小于-6dB或-5dB。
其中,在一些实施例中,辐射枝节111在周向上的长度L1为λ/2,λ为1/2波长模式下谐振频率的中
心频率对应的介质波长。所以通过将第二辐射枝节1112在辐射枝节111周向上的长度L2小于λ/2,进而防止该缝隙1113位于辐射枝节的第一端111a,也就是辐射枝节111与传输线112连接的一端。以保证该辐射枝节111更容易激励出第二谐振(3/4波长模式),从而使该天线单元110可以覆盖高频段中的第二频段,进而使天线结构100可以覆盖更宽的频率范围,以便提高该天线结构100的适用性。
在一种可能的实现方式中,在辐射枝节111周向上,每组天线单元110中的辐射枝节111的第一辐射枝节1111的长度L3与辐射枝节111的长度L1的比值大于等于1/3且小于等于1/2。
通过将每组天线单元110中的辐射枝节111的第一辐射枝节1111的长度L3与辐射枝节111的长度L1的比值设置的大于等于1/3且小于等于1/2,可以使缝隙1113位于辐射枝节111上电流较弱的位置(参考图5B所示,颜色浅的位置代表电流较弱,颜色深的位置代表电路较强),以便更容易激励出第二谐振(3/4波长模式),从而使该天线单元110可以覆盖高频段中的第二频段,进而使天线结构100可以覆盖更宽的频率范围,以便提高该天线结构100的适用性。
在一些实施例中,为了保证第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间可以耦合连接,所以该缝隙1113在该辐射枝节111周向上的间距不宜过大,示例性的,缝隙1113在辐射枝节111周向上的间距可以为小于1mm的任意值,例如,缝隙1113在辐射枝节111周向上的间距可以为0.2mm、0.25mm、0.3mm等。
当然,在一些实施例中,也可以将缝隙1113在该辐射枝节111周向上的间距做大,为了保证第一辐射枝节1111可以和第二辐射枝节1112之间可以耦合连接,可以在缝隙1113两侧的第一辐射枝节1111的端部和第二辐射枝节1112的端部设置相对的辐射板结构,其中该辐射板结构可以沿着垂直与辐射枝节111的方向延伸,这样可以增加缝隙1113位置相对的辐射结构的面积,进而使第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间也可以实现耦合连接。因此,对于缝隙1113在辐射枝节111周向上的间距不作进一步限定,只要是可以使第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之间可以耦合连接即可。
需要说明的是,在辐射枝节111周向上,缝隙1113的间距小于第一间隔113,示例性的,第一间隔113可以为1mm以上的任意值,例如,第一间隔113可以为1.5mm、1.6mm或者更大。第一间隔113可以将相邻的两个天线单元110之间分隔开,进而方式相邻天线单元110之间出现信号干扰。
另外,通过设置缝隙1113可以增大辐射枝节111的长度,进而使辐射枝节111可以在更大的区域内辐射,进而提高辐射效率。在本实施例中,每个辐射枝节111上设置有一个缝隙1113,当然,在另外一些实施例中,还可以设置多个缝隙1113,进而可以使该天线结构的辐射体积更大,例如,该辐射枝节111可以包括第一辐射枝节1111、第二辐射枝节1112和第三辐射枝节111,在第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112之前设置有一个缝隙1113,在第二辐射枝节1112和第三辐射枝节111之间设置有一个缝隙1113,这样可以使该辐射枝节111在周向上的长度变大,从而可以扩大辐射区域;另外,通过设置多个缝隙1113,还可以是第一间隔113变小,这样可以使辐射枝节111辐射的更加均匀一些,进而降低天线结构的方向性系数。在另外一些实施例中,还可以设置多个缝隙1113,对于每组天线单元110上的辐射枝节111上设置缝隙1113的数量以及尺寸,在本实施例中,不作进一步限定。
继续参见图3A所示,各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112位于电路板130的外周边缘的外侧,且各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112与电路板130的外周边缘之间在电路板130的径向方向上具有第二间隔114。
其中,各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112位于电路板130的外周边缘的外侧,包括第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112位于电路板130共面时,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112位于电路板130的外周边缘的外侧,其中,各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112与电路板130的外周边缘之间在电路板130的径向方向上具有第二间隔114;还包括第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112位于电路板130不共面时,也就是说,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112和电路板130沿天线结构100的厚度方向间隔设置时,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112沿天线结构100厚度方向的正投影位于电路板130的外周边缘的外侧,其中,第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112沿天线结构100厚度方向的正投影,与电路板130的外周边缘之间在电路板130的径向方向上具有第二间隔114。
通过将各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112位于电路板130的外周边缘的外侧,从而可以在电路板130上预留更多的空间,以便在电路板130上放置其他器件;另外,通过在各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112与电路板130的外周边缘之间在电路板130的径向方
向上设置第二间隔114,可以使第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112具有更多的辐射空间,从而提高辐射效率。
在一种可能的实现方式中,第二间隔114可以为0.5-2mm中的任一值,例如,可以为0.5mm、0.6mm、1mm、1.5mm、2mm等。具体可以根据具体情况设置。当然,可以理解的是,上述数值均可以为允许误差范围之内的数值。
如图4所示,在本实施例中,该曲线A1上具有三个谐振波段。从低频到高频分别为1/4波长模式、1/2波长模式和3/4波长模式的谐振波段。对应图5A、图5B、图5C中电流分布示意图可知,在1/4波长模式对应的谐振频率的中心频率为4.3GHz(图中表示为1/4mode@4.3GHz),1/2波长模式对应的谐振频率的中心频率为6.5GHz(图中表示为1/2mode@6.5GHz),3/4波长模式对应的谐振频率的中心频率为8.6GHz(图中表示为3/4mode@8.6GHz)。其中,1/2波长模式对应的谐振频率的中心频率为6.5GHz,结合图4中的数据可以认为第一谐振可以覆盖第一频段,3/4波长模式对应的谐振频率的中心频率为8.6GHz,结合图4中可知本申请实施例可以激励3/4波长模式,增加天线结构的带宽。
其中,S参数图中的横坐标Frequency/GHz代表频率,单位是GHz;纵坐标代表回波损耗特性,单位是dB。
在一些实施例中,为了使第二谐振可以更接近第二频段(7737.6MHz-8236.8MHz),如图6所示,可以在传输线112上设置弯折1121。示例性的,每组天线单元110中的传输线112上均设置有一个弯折1121,当然,在其他实施例中,也可以在每组天线单元110中的传输线112上均设置有多个弯折1121,在本实施例中,对于每组天线单元110中的传输线112上设置的弯折1121的数量、位置以及弯折1121的方向,不作进一步限定。另外,在另一些实施例中,也可以只在部分天线单元110的传输线112上设置弯折1121,在本申请实施例中对此不作进一步限定。
需要说明的是,弯折1121可以设置在传输线112上电流较强的位置,这样相当于在传输线112上串联了一个电感,从而可以使谐振向低频偏移。
如图7所示,在本实施例中,参加曲线A2,该辐射枝节111可以激励出三个谐振波段,从低频到高频分别为1/4波长模式、1/2波长模式和3/4波长模式的谐振波段,其中,1/2波长模式在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为5.8GHz-6.8GHz,可以覆盖第一频段,3/4波长模式在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为7.5GHz-8.2GHz,可以覆盖第二频段。对应图8A、图8B、图8C中电流分布示意图可知,在1/4波长模式对应的谐振频率的中心频率为4.0GHz(图中表示为1/4mode@4GHz),1/2波长模式对应的谐振频率的中心频率为6.3GHz(图中表示为1/2mode@6.3GHz),3/4波长模式对应的谐振频率的中心频率为7.9GHz(图中表示为3/4mode@7.9GHz)。
也就是说,通过在天线单元110中的传输线112上设置弯折1121,可以增加以便对该天线单元110的谐振模式进行调节,从而使第一谐振(1/2波长模式)可以覆盖第一频段,第二谐振(3/4波长模式)可以覆盖第二频段,以提高天线结构100所覆盖频率带宽的精确度,以便于电子设备之间更容易建立通信连接。
在另外一些实施例中,如图9和图10所示,本申请实施例中提供的天线结构100,该天线结构100可以包括电路板130、多组天线单元110和馈电点120;其中,馈电点120位于电路板130的中心,当然在其他实施例中,馈电点120也可以位于电路板130的其他位置,在本申请实施例中不作进一步限定;每组天线单元110包括:辐射枝节111、低通高阻元件115和传输线112,各组天线单元110的辐射枝节111均沿着电路板130的外周侧间隔设置;传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与辐射枝节的第一端111a电连接,辐射枝节的第二端111b与相邻组的辐射枝节的第一端111a之间具有第一间隔113,低通高阻元件115的一端与在辐射枝节的第二端111b电连接,低通高阻元件115的另一端与电路板130上的接地点电连接,低通高阻元件115用于通低频阻高频。
需要说明的是,端:天线辐射体的第一端/馈电端/接地端/开放端/封闭端中的“端”,并不能狭义的理解为一定是一个点,还可以认为是天线辐射体上包括第一端点的一段辐射体,第一端点是该天线辐射体在第一缝隙处的端点。例如,天线辐射体的第一端可以认为是距离该第一端点八分之一个第一波长范围内的一段辐射体,或者是距离第一端点5mm范围内的一段辐射体,其中,第一波长可以是天线结构的工作频段对应的波长,可以是工作频段的中心频率对应的介质波长,或者,谐振点对应的波长。示例性的,在本实施例中,辐射枝节的第一端可以包括一段辐射枝节,例如,辐射枝节的第一端包括端点
的5mm以内的区间。
每组天线单元110的辐射枝节111均包括:第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112,各组天线单元110的第一辐射枝节1111和第二辐射枝节1112均沿着电路板130的外周侧间隔设置;传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与同一组的第一辐射枝节1111的第一端电连接,第一辐射枝节1111的第二端与同一组的第二辐射枝节1112的第一端之间具有缝隙1113,第二辐射枝节1112的第二端与相邻组的第一辐射枝节1111的第一端之间具有第一间隔113。并且,在每组天线单元110的传输线112上均设置有弯折1121。
另外,在本实施例中,如图11和图12所示,该天线结构还可以包括支撑板140,该支撑板140可以用于承载带天线结构的电路板130以及天线单元110,其中,该天线结构的天线单元110、电路板130和馈电点120均设置在该支撑板140上。其中,该天线结构的电路板130和天线单元110上的辐射体位于该支撑板140的第一面,该天线结构的天线单元110的馈电线位于该支撑板140的第二面。其中,该支撑板140可以用于固定该天线结构,示例性的,该支撑板140可以为绝缘材质制成的板状结构。
本申请实施例中,如图13所示,如曲线A3所示,该辐射枝节111可以激励出四个谐振波段,从低频到高频分别为左右手组合模式、1/4波长模式(不太明显)、1/2波长模式和3/4波长模式的谐振波段,其中,左右手组合模式对应的谐振频率的中心频率约为2.4GHz,1/2波长模式在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为6.1GHz-7.2GHz,可以覆盖第一频段,3/4波长模式在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为7.8GHz-8.5GHz,可以覆盖第二频段,相对于不设置低通高阻元件115向高频方向移动了一部分,并且激励了新的第三谐振(左右手组合模式),使该天线结构可以覆盖第三频段,第三频段为低频段,该第三频段的频率范围低于第一频段和第二频段。
需要说明的是,在一些实施例中可以激励1/4波长模式,但是在一些实施例中,天线结构可以只覆盖低频段(蓝牙频段)、高频段UWB CH5频段和UWB CH9,就可以满足与其他电子设备连接的调节,因此对于1/4波长模式激励的谐振频率,在本实施例中不作进一步说明。当然,天线结构可以激励的带宽越宽越容易与其他电子设备连接。
通过在辐射枝节的第二端111b设置低通高阻元件115,并将低通高阻元件115的一端与在辐射枝节的第二端111b电连接,低通高阻元件115的另一端与电路板130上的接地点电连接,以使该天线结构可以形成左右手组合模式,覆盖低频段(蓝牙频段)。这样可以增加天线结构的带宽,进而提高该天线结构的适用性,并且这样只需要在每个天线单元110中设置一个辐射枝节111,就可以覆盖高频段以及低频段,相对于相关技术中需要设置单独的低频辐射体和高频辐射体,本申请实施例中提供的天线结构的结构简单,体积小,进而设置在防丢标签上时,可以减小防丢标签的体积,使该防丢标签更加方便携带。
另外,由于低通高阻元件115可以通低频阻高频,所以低通高阻元件115的一端与在辐射枝节的第二端111b电连接,在高频谐振的情况下,相当于开路。也就是说,传输线的第一端112a与馈电点120电连接,传输线的第二端112b与辐射枝节的第一端111a电连接,可以使该辐射枝节的第一端111a具有低阻抗的边界条件,辐射枝节的第二端111b与相邻组的辐射枝节的第一端111a之间具有第一间隔113,低通高阻元件115的一端与在辐射枝节的第二端111b电连接,低通高阻元件115的另一端与电路板130上的接地点电连接,可以使该辐射枝节的第二端111b具有开路的边界条件,进而可以激励出3/4波长模式。
需要说明的是,左右手组合模式为一种谐振模式,可以激励第三谐振,低频谐振。如图14所示,天线结构的左右手组合模式对应的谐振频率的中心频率为2.4GHz(图中表示为CRLHmode@2.4GHz),并且地板被激励,使天线结构的带宽更宽;如图15所示,在谐振频率的中心频率为2.4GHz时,该天线结构的辐射信号在各个方向比较均匀,所以方向性系数相对较低,也就是说,在天线结构中增加了低通高阻元件115后,天线结构的方向性系数可以保持在较小的范围。
在一些实施例中,各组天线单元110中的低通高阻元件115可以为电感、分布式电感或滤波器。对于各组天线单元110中的低通高阻元件115的种类在本申请实施例中不作进一步限定。
通过将该低通高阻元件115设置为电感、分布式电感或滤波器,就可以辐射枝节的第二端111b接地,由于电感具有低通高阻的特性,从而可以使该辐射枝节111激励其第三谐振,且对第一谐振和第二谐振影响很小,所以该天线结构可以覆盖第一频段、第二频段和第三频段,也就是说,该天线结构可以覆盖低频段(蓝牙频段)、高频段UWB CH5频段和UWB CH9,进而使该天线结构可以满足精确定位的条件,并且方向性系数低可以满足EIRP的要求。另外,该天线结构的带宽较宽,所以可以和更多的电子设备
之间连接,进而提高了该天线结构的适用性,且该天线结构的结构简单,从而可以缩小使用该天线结构的防丢标签的体积,以使该防丢标签更加方便携带。
在一些实施例中,可以将各组天线单元110中的电感的感值均相同,图14中对应的天线结构中的每组天线单元110均设置一个低通高阻元件115,该低通高阻元件115为电感,且感值均为6.2nH。当然,在另外一些实施例中,各组天线单元110中的低通高阻元件115的感值还可以为其它数值,在一些实施例中,低通高阻元件115的感值可以为3-15nH中的任一值,在另外一些实施例中,低通高阻元件115的感值可以为4-10nH中的任一值,示例性的,可以为3nH、4nH、5nH、6nH、7nH、8nH、9nH、10nH、11nH、12nH、15nH等,在本实施例中不再一一列举。
另外,各组天线单元110中的低通高阻元件115的感值也可以不同,例如,各组天线单元110中的低通高阻元件115为电感,且各组中的电感的感值不同,为了方便描述,在本实施例中,将四组天线单元110中的电感的感值分别作为L1、L2、L3和L4。
如图16所示,在本实施例中,参见曲线A4所示,当L1=4.9nH,L2=L3=5.8nH,L4=6.4nH,且为理想器件仿真的情况下,电感的感值不同时,可以使第三谐振的回波损耗特性更小,并且使第三谐振的带宽更宽,其中,左右手组合模式(第三谐振)在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为2.4GHz-2.5GHz,可以覆盖第三频段,1/2波长模式在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为6.1GHz-7.2GHz,可以覆盖第一频段,3/4波长模式在回波损耗特性小于-6dB时对应的带宽约为7.8GHz-8.5GHz,可以覆盖第二频段。
如图17所示,在谐振频率的中心频率为2.4GHz时,该天线结构的辐射信号在各个方向比较均匀,所以方向性系数相对较低,如图18所示,在谐振频率的中心频率为2.5GHz时,但是相对于图17中所示的方向性系数要大一些,也就是说,电感的感值对低频段的方向性系数有一些影响,但是影响不大。由上述数据可知,增加低通高阻元件115不会对第一频段和第二频段产生影响,并且通过将L1、L2、L3和L4设置的不同,可以增加第三频段的带宽,并且增加天线结构的带宽,进而可以提高该天线结构的适用性。
当然,在一些实施例中,如图19所示,还可以将L1、L2、L3和L4设置为其它值,例如,图19中的曲线A5中对应的L1、L2、L3和L4的数量关系为L1=L2=L3=L4=6.8nH;曲线A6中对应的L1、L2、L3和L4的数量关系为L1=L2=6.8nH,L3=L4=5.6nH;曲线A7中对应的L1、L2、L3和L4的数量关系为L1=4.7nH,L2=L3=5.6nH,L4=6.8nH;如图19所示,曲线A5显示,该天线结构可以激励一个第三谐振,带宽较小;曲线A6显示,该天线结构可以激励两个谐振,例如,第三谐振和第四谐振,带宽增大;曲线A7显示,该天线结构可以激励三个谐振,例如,第三谐振、第四谐振和第五谐振,带宽进一步增大,因此,可以通过将不同组的天线单元110上的低通高阻元件115的感值设置的不同,可以提高低频的带宽,而不会影响高频的带宽,综合来说就是增加了整体的带宽,提高了适用性。
在一些实施例中,第三频段可以为低频段。通过将各组天线单元110的电感值设置的均不相同,可以使该天线结构100形成不对称结构,从而可以激励多个谐振,覆盖第四频段,形成更宽的低频段带宽,以满足天线结构100对低频带宽的要求。
另外,如图20、图21和图22所示,B5、C5和D5对应图19中的A5的方案,B6、C6和D6对应图19中的A6的方案,B7、C7和D7对应图19中的A7的方案,由图20-图22可知,当不同天线单元110中的低通高阻元件115的感值不同时,阻抗特性不同,且可以增大辐射效率和系统效率。其中,图20和图21中的横坐标Frequency/GHz可以代表频率,单位是GHz;纵坐标可以代表辐射效率和系统效率,单位是dB。
如图23和图24所示,在谐振频率为6.5GHz时,电感的感值相同和不同的情况下对天线的方向性系数影响很小为,其中,谐振频率为6.5GHz时,感值相同时,方向性系数为1.0dBi,感值不同时,方向性系数为1.17dBi。如图25和图26所示,在谐振频率为8GHz时,电感的感值相同和不同的情况下对天线的方向性系数影响也很小,其中,谐振频率为8GHz时,感值相同时,方向性系数为2.35dBi,感值不同时,方向性系数为2.36dBi。所以说,天线单元110中的低通高阻元件115对高频的影响很小。
图23中,@6.5GHz,代表谐振频率为6.5GHz,D=1.0dBi,代表方向性系数为1.0dBi;图24中,@6.5GHz,代表谐振频率为6.5GHz,D=1.17dBi,代表方向性系数为1.17dBi。图25中,@8GHz,代表谐振频率为8GHz,D=2.35dBi,代表方向性系数为2.35dBi;图26中,@8GHz,代表谐振频率为8GHz,D=2.36dBi,代表方向性系数为2.36dBi。
需要说明的是,在本实施例中,对于各组天线单元110中各组天线单元110中的电感的感值是限定的,
可以根据具体情况具体设定。通过将各组天线单元110中的至少一个天线单元110的电感的感值设置的不同,从而可以激励出不同的谐振,进而覆盖不同的低频段范围,以适应不同的需求,以提高该天线结构的适用性。
第二方面,本申请实施例提供一种电子设备,该电子设备中设置有第一方面的天线结构,该电子设备可以为防丢标签,该防丢标签可以与其它电子设备之间实现无线连接,从而可以对防丢标签进行定位,进而对携带防丢标签的人或物进行定位,从而起到寻找丢失人或物的作用。
本申请实施例提供的技术方案适用于采用以下一种或多种通信技术的电子设备:蓝牙(blue-tooth,BT)通信技术、全球定位系统(global positioning system,GPS)通信技术、无线保真(wireless fidelity,WiFi)通信技术、全球移动通讯系统(global system for mobile communications,GSM)通信技术、宽频码分多址(wideband code division multiple access,WCDMA)通信技术、长期演进(long term evolution,LTE)通信技术、5G通信技术以及未来其他通信技术等。本申请实施例中的电子设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能家居、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。电子设备还可以是具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备,5G网络中的电子设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(public land mobile network,PLMN)中的电子设备等,本申请实施例对此并不限定。
本申请的实施例中,天线的某种波长模式(如二分之一波长模式等)中的波长可以是指该天线辐射的信号的波长。例如,悬浮金属天线的二分之一波长模式可产生1.575GHz频段的谐振,其中二分之一波长模式中的波长是指天线辐射1.575GHz频段的信号的波长。应理解的是,辐射信号在空气中的波长可以如下计算:波长=光速/频率,其中频率为辐射信号的频率。辐射信号在介质中的波长可以如下计算:波长=(光速/√ε)/频率,其中,ε为该介质的相对介电常数,频率为辐射信号的频率。以上实施例中的缝隙、槽中可以填充绝缘介质。
地/地板/接地点:可泛指天线结构内任何接地层、或接地板、或接地金属层等的至少一部分,或者上述任何接地层、或接地板、或接地部件等的任意组合的至少一部分,“地/地板”可用于天线结构内元器件的接地。上述任何接地层、或接地板、或接地金属层由导电材料制得。一个实施例中,该导电材料可以采用以下材料中的任一者:铜、铝、不锈钢、黄铜和它们的合金、绝缘基片上的铜箔、绝缘基片上的铝箔、绝缘基片上的金箔、镀银的铜、绝缘基片上的镀银铜箔、绝缘基片上的银箔和镀锡的铜、浸渍石墨粉的布、涂覆石墨的基片、镀铜的基片、镀黄铜的基片和镀铝的基片。本领域技术人员可以理解,接地层/接地板/接地金属层也可由其它导电材料制得。
耦合:可理解为直接耦合和/或间接耦合,“耦合连接”可理解为直接耦合连接和/或间接耦合连接。直接耦合又可以称为“电连接”,理解为元器件物理接触并电导通;也可理解为线路构造中不同元器件之间通过印制电路板(printed circuit board,PCB)铜箔或导线等可传输电信号的实体线路进行连接的形式;“间接耦合”可理解为两个导体通过隔空/不接触的方式电导通。在一个实施例中,间接耦合也可以称为电容耦合,例如通过两个导电件间隔的间隙之间的耦合形成等效电容来实现信号传输。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。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申请实施例中的具体含义。
本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
Claims (17)
- 一种天线结构,其特征在于,所述天线结构包括电路板、多组天线单元和馈电点;其中,所述馈电点位于所述电路板上;每组所述天线单元包括:辐射枝节和传输线,各组所述天线单元的所述辐射枝节均沿着所述电路板的外周侧间隔设置;所述传输线的第一端与所述馈电点电连接,所述传输线的第二端与所述辐射枝节的第一端电连接,所述辐射枝节的第二端与相邻组的辐射枝节的第一端之间具有第一间隔;且所述辐射枝节的第二端为开放端,或者,所述辐射枝节的第二端通过低通高阻元件与所述电路板上的接地点电连接,所述低通高阻元件用于通低频阻高频。
- 根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,每组所述天线单元的所述辐射枝节均包括:第一辐射枝节和第二辐射枝节,各组所述天线单元的所述第一辐射枝节和所述第二辐射枝节均沿着所述电路板的外周侧间隔设置;所述传输线的第一端与所述馈电点电连接,所述传输线的第二端与同一组的所述第一辐射枝节的第一端电连接,所述第一辐射枝节的第二端与同一组的所述第二辐射枝节的第一端之间具有缝隙,所述第二辐射枝节的第二端与相邻组的所述第一辐射枝节的第一端之间具有所述第一间隔;在所述辐射枝节的周向上,所述缝隙的间距小于所述第一间隔。
- 根据权利要求2所述的天线结构,其特征在于,所述低通高阻元件的一端与同一组的所述第二辐射枝节的第二端电连接,所述低通高阻元件的另一端与所述电路板上的接地点电连接。
- 根据权利要求3所述的天线结构,其特征在于,所述低通高阻元件包括电感、分布式电感或滤波器。
- 根据权利要求4所述的天线结构,其特征在于,各组所述天线单元中的所述低通高阻元件为电感,各组所述天线单元中的所述电感的感值相同。
- 根据权利要求4所述的天线结构,其特征在于,各组所述天线单元中的所述低通高阻元件为电感,各组所述天线单元中至少两组所述天线单元中的所述电感的感值不同。
- 根据权利要求2-6任一所述的天线结构,其特征在于,每组所述天线单元中的所述辐射枝节的所述第二辐射枝节,在所述辐射枝节周向上的长度均小于λ/2,λ为1/2波长模式下谐振频率的中心频率对应的介质波长。
- 根据权利要求2-7任一所述的天线结构,其特征在于,在所述辐射枝节周向上,每组所述天线单元中的所述辐射枝节的所述第一辐射枝节的长度与所述辐射枝节的长度的比值大于等于1/3且小于等于1/2。
- 根据权利要求2-8任一所述的天线结构,其特征在于,在所述辐射枝节的周向上,所述缝隙的间距小于或等于1mm。
- 根据权利要求1-9任一所述的天线结构,其特征在于,所述第一间隔大于或等于1mm。
- 根据权利要求1-10任一所述的天线结构,其特征在于,至少一组所述天线单元中的所述传输线上具有弯折段。
- 根据权利要求1-11任一项所述的天线结构,其特征在于,所述天线单元为四组,且四组所述天线单元中相邻两组所述天线单元相对所述馈电点90°旋转对称。
- 根据权利要求1-12任一所述的天线结构,其特征在于,各组所述天线单元的所述辐射枝节与所述电路板的外周边缘之间,在所述电路板的径向方向上具有相同或不同的第二间隔。
- 根据权利要求13所述的天线结构,其特征在于,所述第二间隔在0.5-2mm的范围内。
- 根据权利要求1-14任一所述的天线结构,其特征在于,所述低通高阻元件的感值在3-15nH的范围内。
- 一种电子设备,其特征在于,至少包括权利要求1-15任一所述的天线结构。
- 根据权利要求16所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备为防丢标签,所述天线结构包括超带宽UWB天线。
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