CN114976654B - 一种导体屏后天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导体屏后天线，该天线的由多边形磁偶极子和矩形磁偶极子构成，能够覆盖802.11a以及802.11b两个频段，并且在多边形磁偶极子的上表面和下表面各开取两个矩形槽调节高次模式以实现带宽拓展，同时，通过在天线下表面加载寄生枝节，从而提高天线的正向辐射。该天线的剖面低、体积小，而且辐射性能不依赖于材料，能直接在空气介质中获得一定的均匀的屏前增益。可将其用于笔记本电脑屏幕等具有大面积导体的设备中，具有广泛的应用前景。

Description

一种导体屏后天线
技术领域
本发明涉及一种导体屏后天线，属于物联网与微波技术领域。
背景技术
随着现代无线技术、特别是近年来物联网技术的发展，各类触屏消费电子类产品日益广泛应用于人类的生产生活中。由于触摸屏是导体，需要把收发天线设置在导体屏后方并占用尽可能小的净空区域，在不导致产品外形突兀并保持美观的条件下，在屏前产生足够的辐射电平。因此，如何在大面积导体屏遮挡、设备***电路板净空区域趋于零的条件下，在触摸屏前实现相对均匀而又有一定方向性的无线覆盖特性，是天线设计领域极具挑战性的难题之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种导体屏后天线，通过调整磁偶极子的形状以及增加一定数量的寄生单元，使用低剖面的磁偶极子天线，就可以获得比较均匀的正向辐射特性，且此类天线能够覆盖802.11a以及802.11b两个频段，结构简单、易于制作，可将其用于笔记本电脑屏幕等具有大面积导体的设备中，具有广泛的应用前景。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种导体屏后天线，所述天线设置在导体屏后，与导体屏平行且保持一定间隙；所述天线包括矩形磁偶极子和多边形磁偶极子，所述矩形磁偶极子和多边形磁偶极子上分别设置一个同轴馈电点。所述矩形磁偶极子用于低频辐射，多边形磁偶极子用于高频辐射。
所述矩形磁偶极子包括两个相同的矩形贴片，两个所述矩形贴片平行放置，且两个所述矩形贴片中的一条长边通过第一短路壁连接形成开口向下的第一非封闭结构。
所述多边形磁偶极子包括两个相同的多边形贴片，两个所述多边形贴片平行放置，且两个所述多边形贴片中最长的一条边通过第二短路壁连接形成第二非封闭结构；所述多边形贴片由等腰直角三角形贴片在两个45°角处进行切角形成。
进一步地，所述矩形磁偶极子和多边形磁偶极子上分别设置有枝节。
进一步地，所述矩形磁偶极子上设置倒T型结构的枝节，所述枝节的顶端与远离所述导体屏的矩形贴片下边缘的中点相连，底部与远离所述导体屏的矩形贴片下边缘平行。
进一步地，所述多边形磁偶极子上设置有L型结构的第一枝节对和第二枝节对，所述第一枝节对中的两个枝节的一端分别连接远离所述导体屏的多边形贴片的直角边，且关于该多边形贴片的中轴线对称；所述第二枝节对中的两个枝节的一端分别连接远离所述导体屏的多边形贴片的直角边，且关于该多边形贴片的中轴线对称。
进一步地，所述多边形磁偶极子上设置有开槽。
进一步地，所述多边形磁偶极子中的多边形贴片分别设置有第一矩形槽对和第二矩形槽对；所述第一矩形槽对中的两个矩形槽分别设置在远离所述导体屏的多边形贴片的直角边上，且关于该多边形贴片的中轴线对称；所述第二矩形槽对中的两个矩形槽分别设置在靠近所述导体屏的多边形贴片的直角边上，且关于该多边形贴片的中轴线对称；第一矩形槽对和第二矩形槽对在所述导体屏上的投影重叠。
进一步地，所述矩形贴片的宽度范围为2.45GHz频率对应的波长的0.2至0.25倍，长度范围为2.45GHz频率对应的波长的0.5至0.6倍。
进一步地，所述多边形贴片由直角边长度为5.3GHz频率对应波长的1.13倍的等腰直角三角形在两个45°角处平行直角边截断5.3GHz频率对应波长的0.16倍形成。
进一步地，所述矩形磁偶极子和多边形磁偶极子距离所述导体屏3mm；所述多边形磁偶极子放置在导体屏左后方，其两条直角边分别距离所述导体屏左下角的直角边3mm；所述矩形磁偶极子的右边缘在所述导体屏上的投影与所述导体屏的中轴线重合，下边缘在所述导体屏上的投影与所述导体屏的底边重合。
进一步地，所述导体屏完全遮挡矩形磁偶极子和多边形磁偶极子，所述枝节突出所述导体屏的边缘之外，净空区域的范围分别为5.3GHz频率对应波长的0.05至0.055倍和0.035至0.04倍，2.45GHz频率对应的波长的0.045至0.05倍。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明采用矩形磁偶极子和多边形磁偶极子的双频双天线结构，增加了物理带宽的上限，保障了天线通信的稳定性，并且该天线的剖面低、缩小体积，而且辐射性能不依赖于材料、可直接用空气介质实现，同时能在空气介质中获得一定的均匀的屏前增益。可将其用于笔记本电脑屏幕等具有大面积导体的设备中，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是导体屏后天线仰视图结构示意图；
图2是导体屏后天线三维立体结构示意图；
图3是采用HFSS软件计算的2.45GHz天线反射系数示意图；
图4是采用HFSS软件计算的5.3GHz天线反射系数示意图；
图5是采用HFSS软件画出的2.45GHz对应的ZX面辐射方向图；
图6是采用HFSS软件画出的2.45GHz对应的YZ面辐射方向图；
图7是采用HFSS软件画出的5.3GHz对应的ZX面辐射方向图；
图8是采用HFSS软件画出的5.3GHz对应的YZ面辐射方向图；
图中的标号，1、1’、1”分别为导体屏、带有枝节的矩形磁偶极子和带有枝节、矩形槽的多边形磁偶极子，2、2’、7、7’是矩形槽，3、3’是同轴馈电点，4、4’、5、5’、6是枝节。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提出一种导体屏后天线，如图1和2所示，采用矩形磁偶极子和多边形磁偶极子的构成双频双天线结构，增加了物理带宽的上限，保障了天线通信的稳定性，并且该天线的剖面低、缩小体积，而且辐射性能不依赖于材料、可直接用空气介质实现，同时能在空气介质中获得一定的均匀的屏前增益。可将其用于笔记本电脑屏幕等具有大面积导体的设备中，具有广泛的应用前景。
本发明中的磁偶极子为矩形和多边形结构，该单元天线的剖面高度不大于0.1倍波长，并且单元天线放置在距离导体屏3mm的位置。
矩形磁偶极子和多边形磁偶极子的贴片上可设置模式扰动装置(加枝节、开槽或加枝节与开槽的组合)，以调谐其工作模式。模式扰动装置的个数，取决于主振子工作的谐振模式。
在一个实施例中，设定矩形磁偶极子中远离导体屏的矩形贴片为下表面，靠近导体屏的矩形贴片为上表面。上表面和下表面之间的间距为5mm，上表面和下表面完全相同且长宽分别为69mm和29mm，其所连枝节与下表面共面部分的长宽分别为6mm和1mm，而与垂直短路壁平行部分的长宽分别为24mm和3mm。
在一个实施例中，设定多边形磁偶极子中远离导体屏的多边形贴片为下表面，靠近导体屏的多边形贴片为上表面。上表面和下表面之间的间距为5mm，上下表面是由直角边为0.6个波长的等腰直角三角形在两个45°角处平行截掉0.07个波长。上下表面的直角边各开了一个长宽分别为6.5mm和0.5mm的矩形槽。其下表面连接的了两对枝节，与下表面共面部分长短枝节的尺寸分别为5mm和1.5mm、6mm和1.5mm，与下表面垂直部分长短枝节的尺寸分别为8mm和0.5mm、15.5mm和0.5mm。两对枝节均匀连接在下表面的中轴线两侧的直角边上。
在一个实施例中，采用空气介质，一个同轴馈电点设置在多边形磁偶极子的中轴线上距离直角边6mm处，另一个同轴馈电点在矩形磁偶极子的中轴线上距离带有枝节的一边8mm处，且同轴馈电点半径为0.65mm。
在一个实施例中，借助HFSS软件并采用对两个馈电点分别增加激励的方式进行仿真。首先对矩形磁偶极子的馈电点增加激励，该天线对应低频。2.45GHz天线反射系数，如图3所示；计算得到的导体屏后天线的ZX面辐射方向图，如图5所示，其中实线为实测数据绘出的方向图，虚线为仿真数据绘出的方向图；计算得到的导体屏后天线的YZ面辐射方向图，如图6所示，其中实线为实测数据绘出的方向图，虚线为仿真数据绘出的方向图。
在一个实施例中，对多边形磁偶极子的馈电点增加激励，该天线对应高频。5.3GHz天线反射系数，如图4所示；计算得到的导体屏后天线的ZX面辐射方向图，如图7所示，其中实线为实测数据绘出的方向图，虚线为仿真数据绘出的方向图；计算得到的导体屏后天线的YZ面辐射方向图，如图8所示，其中实线为实测数据绘出的方向图，虚线为仿真数据绘出的方向图。
本发明公开了一种导体屏后天线，属于天线与微波技术以及物联网领域。该天线的由多边形磁偶极子和矩形磁偶极子构成，能够覆盖802.11a以及802.11b两个频段，并且在多边形磁偶极子的上表面和下表面各开取两个矩形槽调节高次模式以实现带宽拓展，同时，通过在天线下表面加载寄生枝节，从而提高天线的正向辐射。该天线的剖面低、体积小，而且辐射性能不依赖于材料，能直接在空气介质中获得一定的均匀的屏前增益。可将其用于笔记本电脑屏幕等具有大面积导体的设备中，具有广泛的应用前景。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非类似这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种导体屏后天线，其特征在于，所述天线设置在导体屏（1）后，与导体屏（1）平行且保持一定间隙；
所述天线包括矩形磁偶极子（1’）和多边形磁偶极子（1’’），所述矩形磁偶极子（1’）和多边形磁偶极子（1’’）上分别设置一个同轴馈电点（3，3’）；
所述矩形磁偶极子（1’）包括两个相同的矩形贴片，两个所述矩形贴片平行放置，且两个所述矩形贴片中的一条长边通过第一短路壁连接形成开口朝向所述导体屏（1）的底边的第一非封闭结构；
所述多边形磁偶极子（1’’） 包括两个相同的多边形贴片，两个所述多边形贴片平行放置，且两个所述多边形贴片中最长的一条边通过第二短路壁连接形成第二非封闭结构；所述多边形贴片由等腰直角三角形贴片在两个45°角处进行切角形成。
2.根据权利要求1所述的导体屏后天线，其特征在于，所述矩形磁偶极子（1’）和多边形磁偶极子（1’’） 上分别设置有枝节。
3.根据权利要求2所述的导体屏后天线，其特征在于，所述矩形磁偶极子（1’）上设置倒T型结构的枝节（6），所述枝节（6）的顶端与远离所述导体屏（1）的矩形贴片中靠近所述导体屏（1）的底边的长边的中点相连，底部与远离所述导体屏（1）的矩形贴片中靠近所述导体屏（1）的底边的长边平行。
4.根据权利要求2所述的导体屏后天线，其特征在于，所述多边形磁偶极子（1’’）上设置有L型结构的第一枝节对和第二枝节对，所述第一枝节对中的两个枝节（4，4’）的一端分别连接远离所述导体屏（1）的多边形贴片的直角边，且关于该多边形贴片的中轴线对称；所述第二枝节对中的两个枝节（5，5’）的一端分别连接远离所述导体屏（1）的多边形贴片的直角边，且关于该多边形贴片的中轴线对称。
5.根据权利要求1所述的导体屏后天线，其特征在于，所述多边形磁偶极子（1’’） 上设置有开槽。
6.根据权利要求5所述的导体屏后天线，其特征在于，所述多边形磁偶极子（1’’） 中的多边形贴片分别设置有第一矩形槽对和第二矩形槽对；所述第一矩形槽对中的两个矩形槽（2，2’）分别设置在远离所述导体屏（1）的多边形贴片的直角边上，且关于该多边形贴片的中轴线对称；所述第二矩形槽对中的两个矩形槽（7，7’）分别设置在靠近所述导体屏（1）的多边形贴片的直角边上，且关于该多边形贴片的中轴线对称；第一矩形槽对和第二矩形槽对在所述导体屏（1）上的投影重叠。
7.根据权利要求1所述的导体屏后天线，其特征在于，所述矩形贴片的宽度范围为2.45GHz频率对应的波长的0.2至0.25倍，长度范围为2.45GHz频率对应的波长的0.5至0.6倍。
8.根据权利要求1所述的导体屏后天线，其特征在于，所述多边形贴片由直角边长度为5.3GHz频率对应波长的1.13倍的等腰直角三角形在两个45°角处平行直角边截断5.3GHz频率对应波长的0.16倍形成。
9. 根据权利要求1所述的导体屏后天线，其特征在于， 所述矩形磁偶极子（1’）和多边形磁偶极子（1’’）距离所述导体屏（1）3mm；所述多边形磁偶极子（1’’）放置在导体屏左后方，其两条直角边分别距离所述导体屏（1）左下角的直角边3mm；所述矩形磁偶极子（1’）的右边缘在所述导体屏（1）上的投影与所述导体屏（1）的中轴线重合，下边缘在所述导体屏（1）上的投影与所述导体屏（1）的底边重合。
10.根据权利要求4所述的导体屏后天线，其特征在于，所述导体屏(1)完全遮挡矩形磁偶极子(1’)和多边形磁偶极子(1’’)，所述枝节（4，4’，5，5’，6）突出所述导体屏(1)的边缘之外，净空区域的范围分别为5.3GHz频率对应波长的0.05至0.055倍和0.035至0.04倍，2.45GHz频率对应的波长的0.045至0.05倍。
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