CN105811100A - 一种插件天线、插件天线组件和通讯设备 - Google Patents

Abstract

一种插件天线、插件天线组件和通讯设备，插件天线设置于天线基板上，所述天线基板具有上表面和与所述上表面相对的下表面，其特征在于，所述插件天线包括设置于所述上表面的第一天线单元和设置于所述下表面的第二天线单元；所述第一天线单元包括多个第一主辐射体，所述第二天线单元包括多个第二主辐射体；所述上表面上的所述第一主辐射体的首尾端部分别与所述下表面上相邻的所述第二主辐射体的首尾端部通过导电过孔电连接，形成“弓”字型有效辐射臂。采用了在普通PCB介质板上的“弓”字形弯折走线结构，大大缩小了天线的高度和体积，在保证天线优良性能的同时实现了小型化设计目标。

Description

一种插件天线、插件天线组件和通讯设备

技术领域

本发明涉及天线技术，特别是涉及一种插件天线、插件天线组件和通讯设备。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，市场对电子设备的智能化、小型化、便携化追求越来越明显，而无线设备留给天线的布局空间自然也越来越小。在许多情况下，采用常规的天线结构已经难以满足设备对于小尺寸和高性能的追求，因此需要开发一些新的天线形式，使其在保证性能的前提下，占用空间尽可能的小。

目前，常见的PCB板载天线主要有金属插件天线、印制天线和陶瓷天线等形式。

普通金属插件天线：金属插件天线虽然所需板上禁空面积较小，但其在三维空间中占据的体积一般较大，对于一些紧凑型壳体而言并不适用。此外，当天线周围存在较大金属器件时，其驻波和辐射方向图会受到较大影响，难以满足目标性能，这给硬件布局造成了一定限制。

印制天线：印制天线的结构可以根据实际使用环境进行调节，但其驻波和辐射方向图受接地板和周围金属器件的影响十分显著，因此通常需要较大的禁铺区间来保证其性能，对于一些壳体紧凑，板面布局紧张的机型而言，普通印制天线显然并不适用。

陶瓷天线：陶瓷天线虽然本身尺寸极小，但在PCB板上占用的禁空面积却并不小。此外，相对于其他板载天线而言，陶瓷天线的成本一般较高，辐射效率相对较低，并且很难根据实际使用环境对天线结构进行调整。

发明内容

本发明目的在于提供一种插件天线，旨在解决传统的通讯设备内置天线占用合理空间与优良天线性能不能兼顾的问题。

本发明提供了一种插件天线，设置于天线基板上，所述天线基板具有上表面和与所述上表面相对的下表面，所述插件天线包括设置于所述上表面的第一天线单元和设置于所述下表面的第二天线单元；

其中，所述第一天线单元包括：

第一主辐射体，为弯折型，且具有多个，并并排设置；

第一馈电焊盘，与首个或末个所述第一主辐射体藕接；

第一接地部，通过可调走线长度的接地走线与所述第一馈电焊盘藕接；

其中，所述第二天线单元包括：

第二主辐射体，为弯折型，且具有多个，并并排设置；所述上表面上的所述第一主辐射体的首尾端部分别与所述下表面上相邻的所述第二主辐射体的首尾端部通过导电过孔电连接，形成“弓”字型有效辐射臂。

所述第二天线单元还包括至少一幅短路片，所述短路片藕接在相邻的两个所述第一主辐射体之间，和/或藕接在相邻的两个所述第二主辐射体的同侧端部之间。

优选地，与所述第一馈电焊盘藕接的第一主辐射体为接入主辐射体，所述接入主辐射体的走线长度比其他所述第一主辐射体的走线长度短，所述第一馈电焊盘与所述接入主辐射体藕接后落在所述第一主辐射体的排列轴线上。

优选地，所述第二天线单元还包括第二接地部，所述第二接地部与所述第二主辐射体间隔并排相对设置。

优选地，所述第一接地部包括与所述第一馈电焊盘藕接的第一接地走线、与所述第一馈电焊盘间隔相对的第一接地焊盘以及与所述第一接地焊盘藕接的第二接地走线；

所述第二接地部包括与所述第二主辐射体间隔相对设置的第三接地走线和与所述第三接地走线间隔相对设置的第二接地焊盘；

所述第三接地走线的两端分别与所述第一接地走线和所述第二接地走线通过导电过孔电连接。

优选地，所述天线基板包括相互连接的辐射部和插接部，所述辐射部上设置所述第一主辐射体、所述第二辐射主体和所述第一馈电焊盘，所述插接部上设置所述第一接地部和第二接地部。

优选地，所述辐射部的高度和宽度小于等于5mm，厚度小于等于1mm。

优选地，所述“弓”字型有效辐射臂的走线总长大于预设频率的1/4波长。

本发明还提供了一种插件天线组件，包括天线基板和电路基板，上述的插件天线设置于所述天线基板上，所述电路基板上开设有插接口，且于所述插接口的边缘设置有第三接地焊盘和第二馈电焊盘；

所述天线基板插接于所述电路基板上插接口后，所述天线基板上的第一馈电焊盘与所述电路基板上的第二馈电焊盘相对可焊接，所述天线基板上的第一接地部与所述电路基板上的第三接地焊盘相对可焊接。

优选地，所述电路基板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二馈电焊盘和第三接地焊盘分别设置于所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面上还设有与所述第二馈电焊盘藕接的馈电微带。

优选地，所述插接口开设于所述电路基板的角落。

本发明还提供了一种通讯设备，上述的插件天线，或上述的插件天线组件。

上述的插件天线采用了在普通PCB介质板上的“弓”字形弯折走线结构，大大缩小了天线的高度和体积，在保证天线优良性能的同时实现了小型化设计目标。另外，该技术对天线的生产工艺和制造成本要求都不高，具有较强的实用价值。还有，在馈电焊盘和接地部之间引入了接地走线，通过调节该走线的位置和长度，可以在不增加天线有效高度的情况下，方便的调节其输入阻抗，完成与50Ω微带线的匹配。

上述的插件天线组件天线插脚处接地焊盘的设置不仅完成了与电路基板接地面的相接，还起到了固定天线的作用。

附图说明

图1为本发明第一实施例中插件天线的透视结构示意图；

图2为图1所示插件天线的第一天线单元结构示意图；

图3为图1所示插件天线的第二天线单元结构示意图；

图4为本发明第二实施例中插件天线的第一天线单元结构示意图；

图5为本发明第二实施例中插件天线的第二天线单元结构示意图；

图6为本发明较佳实施例中插件天线组件的电路基板的第一表面结构示意图；

图7为本发明较佳实施例中插件天线组件的电路基板的第二表面结构示意图；

图8为本发明较佳实施例中插件天线组件的组装结构示意图；

图9为图1、2和3所示插件天线的回波损耗曲线图；

图10为图4和图5所示插件天线的回波损耗曲线图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、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，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图3，本发明较佳实施例中一种插件天线，插件天线设置于天线基板10上，介质板的材质可以是FR-4、FR-1、PTFE、CEM-1等常用材质，但不限于这些材质，这里以FR-4为例。天线基板10具有上表面11和与上表面11相对的下表面12，插件天线包括设置于上表面11的第一天线单元20和设置于下表面12的第二天线单元30。

第一天线单元20包括第一主辐射体21、第一馈电焊盘22和第一接地部23。

第一主辐射体21为弯折型，且具有多个，并并排间隔设置；第一馈电焊盘22与首个或末个第一主辐射体21藕接，即与并排间隔设置的边缘的第一主辐射体21的端部藕接；第一接地部23通过可调走线长度的接地走线与第一馈电焊盘22藕接。

第二天线单元30包括第二主辐射体31。第二主辐射体31为弯折型，且具有多个，并并排间隔设置；天线基板10的上表面11上的第一主辐射体21的首尾端部分别与下表面12上相邻的第二主辐射体31的首尾端部通过导电过孔40电连接，形成“弓”字型有效辐射臂50。具体是在天线基板10的空间上立体的“弓”字型有效辐射臂50

插件天线采用了在普通PCB介质板上的“弓”字形弯折走线结构，大大缩小了天线的高度和体积，在保证天线优良性能的同时实现了小型化设计目标。另外，该技术对天线的生产工艺和制造成本要求都不高，具有较强的实用价值。还有，在馈电焊盘和接地部之间引入了接地走线，通过调节该走线的位置和长度，可以在不增加天线有效高度的情况下，方便的调节其输入阻抗，完成与50Ω微带线的匹配。

优选地，“弓”字型有效辐射臂50的走线总长大于预设频率的1/4λ(λ为天线预设频率的波长)，且小于1/2λ。插件天线的辐射单元印制在介质板两面形成平面印刷结构，由“弓”字形弯折走线构成，两面相邻走线之间通过导电过孔40相连，弯折走线总长在1/4λ到1/2之间，这里的走线总长是指从微带馈电接入点A到辐射体(第二主辐射体31)末端B的长度。通过采用这种“弓”字型曲折振子代替传统直线型振子，再加上基板介质加载带来的小型化效应，可以在保证天线辐射臂总长大于1/4λ的条件下，大大缩小天线的高度和体积。实现了小型化设计目标。在常用WIFI频段2.4GHz～2.5GHz内，此天线的有效高度可以缩小至5mm(约为1/25λ)，且其超出硬件PCB的尺寸也可缩减为5mm*5mm*1mm(约为1/25λ*1/25λ*1/125λ)。

在同样尺寸下，主辐射体21和31弯折走线越密，天线的谐振频率会越低，但相邻走线间的耦合效应会加强，导致天线辐射效率降低，工作带宽变窄。因此考虑到天线性能和工艺要求的限制，走线宽度一般在0.3mm～0.6mm之间，具体可根据需要进行调整，同时调整走线宽度可以对天线阻抗进行微调。

第二天线单元30还包括第二接地部32，第二接地部32与第二主辐射体31间隔并排相对设置。具体地，第一接地部23包括与第一馈电焊盘22藕接的第一接地走线231、与第一馈电焊盘22间隔相对的第一接地焊盘232以及与第一接地焊盘232藕接的第二接地走线233；第二接地部32包括与第二主辐射体31间隔相对设置的第三接地走线321和与第三接地走线321间隔相对设置的第二接地焊盘322；第三接地走线321的两端分别与第一接地走线231和第二接地走线233通过导电过孔40电连接。

为了便于调谐，该插件天线采用了PIFA天线的原理，第一馈电焊盘22上设有微带馈电点A，在微带馈电点A附近引出了一条接地走线(第一接地走线231、第二接地走线233以及第三接地走线321)连接到插脚上的接地焊盘(第一接地焊盘232)，最终通过焊接于被该插件天线插接的电路基板上的接地面相连。对于插件天线而言，其输入阻抗会随着周围使用环境的变化而变化，尤其是受电路基板上的接地面形状和天线周围较大金属器件影响显著。

对于一个固定的使用环境，本方案提出的插件天线可以十分方便的通过调整接地走线的接入点位置和走线长度(这里指从接入点C到末端D的长度)调节天线的输入阻抗，使其与50Ω微带线相匹配。此外，这种接地走线的设置在提高天线性能的同时，并未增加天线的有效高度，而是充分利用了插脚上的空间(即天线基板10的厚度)，实现了小型化设计。

对比图1至图3示例中的接地走线和图4和图5的接地走线，图1至图3示例中的第一接地走线231是从第一馈电焊盘22的下端引出，图4和图5中的第一接地走线231是从第一馈电焊盘22的上端引出，相比而言，使得图1至图3示例中第三接地走线321较图4和图5中第三接地走线321短，即图1至图3示例中的接地走线的总长比图4和图5的接地走线总长短，实现接地走线的长度可调的目的。

在本实施例中，天线基板10包括相互连接的辐射部13和插接部14，辐射部13上设置第一主辐射体21、第二辐射主体31和第一馈电焊盘22，插接部14上设置第一接地部23和第二接地部32。

实施例中的插件天线均以2.4～2.45GHz为例，如是其他频段，可以按比例调整天线尺寸。请参阅图3，辐射部13的高度和宽度小于等于5mm，厚度小于等于1mm。即，天线基板10由两个尺寸长方体拼接而成。辐射部13为5mm*5mm*1mm的长方体，插接部14为3mm*2.5mm*1mm的长方体。请参阅图8，天线基板10的上半部分是插件天线露出电路基板100的有效辐射臂50，高度为5mm(约为1/25波长)；天线基板10的下半部分是插件天线***到电路基板100上的插脚，高度为2.5mm。特别适合于壳体紧凑，天线设计空间受限的机型上面使用。与普通板载印制天线相比，本方案的插件天线所需的禁铺面积仅为3.5mm*5mm，很大程度上减小了硬件布板的压力；与陶瓷天线相比，本方案的插件天线不仅所需的禁铺面积较小，而且对工艺和成本的要求也较低，实用性较强。

另外，与第一馈电焊盘22藕接的第一主辐射体21为接入主辐射体210，接入主辐射体210的走线长度比其他第一主辐射体21的走线长度短，第一馈电焊盘22与接入主辐射体210藕接后落在第一主辐射体21的排列轴线上。而实际上，本实施例中，第一主辐射体21、第一馈电焊盘22及第一接地焊盘232是同轴线间隔并排排列的，第二主辐射体31、第二接地焊盘322是也是同轴线间隔并排排列的。

在另一个优选的实施例中，第二天线单元30还包括至少一幅短路片33，短路片33藕接在相邻的两个第一主辐射体21之间，和/或藕接在相邻的两个第二主辐射体31之间。具体是藕接在相邻的两个第一主辐射体21的同侧端部之间，和/或藕接在相邻的两个第二主辐射体31的同侧端部之间。请参阅图1至图3，短路片33为一幅，连接在中间两个第二主辐射体31的同侧端部之间。

请参阅图4和图5，短路片33为两幅，一幅连接在首个第二主辐射体31和第二个第二主辐射体31的一侧端部之间，另一幅连接在首个第三个第二主辐射体31和第四个第二主辐射体31的另一侧端部之间。

本方案在插件天线弯折走线的适当位置引入了短路片33，这不仅可以调节天线的谐振频率，而且还通过增大辐射单元表面电流分布面积的方法增加了天线的工作带宽和辐射效率。短路片33的引入会使天线的谐振频率往高频偏移，并且引入的短路片33越多、其接入点E越往下(即越靠近馈电端)，则频率偏移越明显。由于尺寸限制，这种采用弯折走线实现小型化的天线很难通过改变自身结构以使谐振频率恰好落在目标频段附近，而在适当位置引入短路片33则可以较好的解决了这个问题。总体而言，引入的短路片越多、短路片接入点越靠近馈电端，天线的谐振频率会越往高频偏移，依靠这种方法，可以在不改变弯折走线结构的情况下，便利的调节天线的谐振频率。

请参阅图6至8，一种插件天线组件，包括天线基板10和用于设置电路元件的电路基板100，上述的插件天线设置于天线基板10上，电路基板100上开设有插接口101，且于插接口101的边缘设置有第三接地焊盘102和第二馈电焊盘103；天线基板10的插接部14插接于电路基板100上插接口101后，天线基板10上的第一馈电焊盘22与电路基板100上的第二馈电焊盘103相对可焊接，天线基板10上的第一接地部23(具体是第一接地焊盘232)和/或第二接地部32(具体是第一接地焊盘322)与电路基板100上的第三接地焊盘102相对可焊接。

优选地，插接口101开设于电路基板100的角落。该天线放置在电路基板100的角落使用，此时可以得到较好的驻波性能；若是放置在PCB板的中间使用，则天线的驻波较难调节，且工作带宽会变窄。

优选地，电路基板100具有第一表面110和与第一表面110相对的第二表面120，第二馈电焊盘103和第三接地焊盘102分别设置于第一表面110和第二表面120，第一表面110上还设有与第二馈电焊盘103藕接的馈电微带104。本方案中的插件天线采用了双面焊接的方式，即在电路基板100正面进行50Ω微带馈电的焊接，在电路基板100背面进行接地固定焊接，天线基板10和电路基板100上均设置了相应的馈电焊盘和接地焊盘。

为了实际加工方便，插件天线基板10表面可以在除馈电焊盘和接地焊盘以外的区域覆盖一层绝缘层，起到绝缘和防氧化的作用。

此示例天线的尺寸仅为推荐尺寸，具体可以根据实际情况修改，重点主要是：采用弯折走线和介质加载实现天线的小型化；通过改变接地走线的设置来调节天线的输入阻抗；通过在合适位置引入短路片33来调节天线的谐振频率。总体而言，插件天线的有效高度越高，其工作带宽会越宽，辐射效率也会有所增加，因此可以根据实际机型预留的设计空间来调节天线的结构。

对于2.4GWIFI频段而言，该插件天线的有效高度可以缩小至5mm(约为1/25λ)，此时其工作带宽在80MHz左右，如图1至图3示例天线所示，见图9。但此示例的尺寸仅仅是为了说明该天线的极限小型化效果，实际上插件天线的有效高度越高，其工作带宽会越宽，辐射效率也会有所增加。因此在实际工程设计过程中，可以根据目标机型给天线预留的空间来调节天线的结构和有效高度。

为了说明增加天线的有效高度会给辐射性能带来的优化效果，这里给出了图4和图5示例天线(有效高度为8mm，约为1/15λ)，将该天线二代替图1至图3示例天线一插接在电路基板100上，其驻波性能见图10，此时该天线的工作带宽为260M左右，约为图4和图5示例天线的3倍。因此在实际中设计这款小型化PCB插件天线时，可以在条件允许范围内尽量加大天线高度，以提高其辐射性能。

此外，还公开了一种通讯设备，上述的插件天线，或上述的插件天线组件。

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

Claims (11)

1.一种插件天线，设置于天线基板上，所述天线基板具有上表面和与所述上表面相对的下表面，其特征在于，所述插件天线包括设置于所述上表面的第一天线单元和设置于所述下表面的第二天线单元；

其中，所述第一天线单元包括：

第一主辐射体，为弯折型，且具有多个，并并排设置；

第一馈电焊盘，与首个或末个所述第一主辐射体藕接；

第一接地部，通过可调走线长度的接地走线与所述第一馈电焊盘藕接；

其中，所述第二天线单元包括：

第二主辐射体，为弯折型，且具有多个，并并排设置；所述上表面上的所述第一主辐射体的首尾端部分别与所述下表面上相邻的所述第二主辐射体的首尾端部通过导电过孔电连接，形成“弓”字型有效辐射臂。

2.如权利要求1所述的插件天线，其特征在于，所述第二天线单元还包括至少一幅短路片，所述短路片藕接在相邻的两个所述第一主辐射体之间，和/或藕接在相邻的两个所述第二主辐射体之间。

3.如权利要求1或2所述的插件天线，其特征在于，与所述第一馈电焊盘藕接的第一主辐射体为接入主辐射体，所述接入主辐射体的走线长度比其他所述第一主辐射体的走线长度短，所述第一馈电焊盘与所述接入主辐射体藕接后落在所述第一主辐射体的排列轴线上。

4.如权利要求1或2所述的插件天线，其特征在于，所述第二天线单元还包括第二接地部，所述第二接地部与所述第二主辐射体间隔并排相对设置。

5.如权利要求4所述的插件天线，其特征在于，所述第一接地部包括与所述第一馈电焊盘藕接的第一接地走线、与所述第一馈电焊盘间隔相对的第一接地焊盘以及与所述第一接地焊盘藕接的第二接地走线；

所述第二接地部包括与所述第二主辐射体间隔相对设置的第三接地走线和与所述第三接地走线间隔相对设置的第二接地焊盘；

所述第三接地走线的两端分别与所述第一接地走线和所述第二接地走线通过导电过孔电连接。

6.如权利要求4所述的插件天线，其特征在于，所述天线基板包括相互连接的辐射部和插接部，所述辐射部上设置所述第一主辐射体、所述第二辐射主体和所述第一馈电焊盘，所述插接部上设置所述第一接地部和第二接地部。

7.如权利要求1或2所述的插件天线，其特征在于，所述“弓”字型有效辐射臂的走线总长大于预设频率的1/4波长。

8.一种插件天线组件，包括天线基板和电路基板，其特征在于，权利要求1至7任一项所述的插件天线设置于所述天线基板上，所述电路基板上开设有插接口，且于所述插接口的边缘设置有第三接地焊盘和第二馈电焊盘；

所述天线基板插接于所述电路基板上插接口后，所述天线基板上的第一馈电焊盘与所述电路基板上的第二馈电焊盘相对可焊接，所述天线基板上的第一接地部与所述电路基板上的第三接地焊盘相对可焊接。

9.如权利要求8所述的插件天线组件，其特征在于，所述电路基板具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二馈电焊盘和第三接地焊盘分别设置于所述第一表面和所述第二表面，所述第一表面上还设有与所述第二馈电焊盘藕接的馈电微带。

10.如权利要求8所述的插件天线组件，其特征在于，所述插接口开设于所述电路基板的角落。

11.一种通讯设备，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的插件天线，或权利要求8至10任一项所述的插件天线组件。