CN115051146A - 天线和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线和电子设备，天线包括金属片，金属片上开设有第一孔、第二孔和连通第一孔和第二孔的连接开缝，连接开缝的宽度小于或等于第一孔和第二孔的最小宽度；第一孔、第二孔和连接开缝中的至少一者的内边延伸出至少一个谐振枝节，谐振枝节的等效延伸长度等于n/4倍的天线最小频率的波长，n为正奇数。本次技术改进的主要效果是大幅度缩小了天线的物理尺寸，且依旧是平面结构，加工简单，所使用的谐振枝节可以将天线设计成完全对称结构，从而可以避免方向图畸变的问题。大幅度缩小物理尺寸使得该天线可以在更紧凑的盒式路由器以及扁平化路由器中使用。

Description

天线和电子设备

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种天线和电子设备。

背景技术

缝隙天线广泛在工程实践中使用，具有低轮廓，易集成，电磁兼容性能好的优点。缝隙天线虽然电气性能优越，但其物理尺寸大一直是一个限制应用场景的要素。经典的中心馈电缝隙天线的特性由芭比捏原理扩展而来，最小的50Ω匹配的缝隙天线电尺寸为一倍波长(电尺寸的意思是天线的物理尺寸换算成工作波长的比值)。当缝隙天线应用到Wi-Fi领域时，由于工作频率为2.4GHz，对应波长约12cm，一个典型的用于2.4GHz的缝隙天线的缝隙长度约为90mm，这极大限制了缝隙天线在路由器上的应用。

天线的设计目标是部署在Wi-Fi路由器或无线接入点设备(Access Point,AP)这类设备上。该领域内缝隙天线并不是主流，主要原因是设备留给天线的部署空间大，使用的“大长条”外置天线设计能满足覆盖需求也没有明显缺点。但是对于设计紧凑的方盒形路由器，使用小型的半波长偶极子天线虽然尺寸小，但同尺寸电磁兼容性能不如缝隙天线。

因此，如何在保证天线性能的基础上缩小天线尺寸成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的天线设计目标是缩小缝隙天线的物理尺寸，以方便在紧凑型Wi-Fi路由器上部署。在这个领域，缝隙天线并不是主流，主要原因是主流的产品接受“大长条/长棍”外置天线设计，留给天线自身的空间大。但是对于设计紧凑的方盒形路由器，天线与电路板之间的距离非常近，电磁兼容问题以及对天线的尺寸限制问题就显得尤为突出；本发明通过引入电流引导结构，在保证天线性能的前提下大幅度缩小了天线的物理尺寸，解决了缝隙天线与小型设备集成的问题。本发明属于天线小型化技术的范畴。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种天线，包括金属片，所述金属片上开设有第一孔、第二孔和连通所述第一孔和所述第二孔的连接开缝，所述连接开缝的宽度小于或等于所述第一孔和所述第二孔的最小宽度；

所述第一孔、所述第二孔和所述连接开缝中的至少一者的内边延伸出至少一个谐振枝节，所述谐振枝节的等效延伸长度等于n/4倍的所述天线最小频率的波长，n为正奇数。

本发明实施例的天线通过设置谐振枝节，使得天线在工作时将电流强行引导“多走一段路”，从而在不改变天线物理尺寸的前提下延长了电流走过的路径，达到降低谐振频率的作用。因此，本发明实施例的天线现对于现有的天线实质上是缩小了尺寸，大幅度缩小物理尺寸使得该天线可以在更紧凑的盒式路由器以及扁平化路由器中使用。

可选地，所述金属片具有第一延伸部和与所述第一延伸部相对设置的第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部之间形成所述连接开缝。

可选地，所述第一延伸部呈长方形、“凸”字形、梯形或者具有倒角的长方形；和/或，所述第二延伸部呈长方形、“凸”字形、梯形或者具有倒角的长方形。

可选地，所述金属片左右对称，和/或，所述金属片上下对称。

可选地，所述第一孔和所述第二孔内均设置有所述谐振枝节，且所述谐振枝节呈U形或者“山”字形；或者，

所述连接开缝内设置有所述谐振枝节，所述谐振枝节呈U形或者V形。

可选地，所述第一孔和所述第二孔内均设置有所述谐振枝节；

所述第一孔内的谐振枝节包括钩形枝节和L形枝节，所述钩形枝节连接于第一孔的内边，所述L形枝节连接于所述钩形枝节；

所述第二孔内的谐振枝节包括钩形枝节和L形枝节，所述钩形枝节连接于第二孔的内边，所述L形枝节连接于所述钩形枝节。

可选地，所述第一孔和所述第二孔内均设置有所述谐振枝节；

所述第一孔内的谐振枝节包括长条枝节和U形枝节，所述长条枝节的一端连接于所述第一孔的内边，另一端连接于所述U形枝节的中部；

所述第二孔内的谐振枝节包括长条枝节和U形枝节，所述长条枝节的一端连接于所述第二孔的内边，另一端连接于所述U形枝节的中部。

可选地，所述述第一延伸部呈长方形，所述第二延伸部呈梯形；

所述第一延伸部的两侧分别设置有一个所述谐振枝节，位于所述第一延伸部两侧的谐振枝节呈钩状或者U形。

可选地，所述第二延伸部的两侧分别设置有一个所述谐振枝节，位于所述第二延伸部两侧的谐振枝节呈L形。

可选地，所述第一延伸部呈“凸”字形，所述第二延伸部呈梯形；

所述第一延伸部的两侧分别设置有所述谐振枝节，所述谐振枝节与所述第一延伸部之间具有钩形缝隙和连通所述钩形缝隙的L形缝隙。

可选地，所述第一孔和/或所述第二孔呈“凸”字形，所述第一孔和所述第二孔内均设置有所述谐振枝节，所述谐振枝节呈钩形。

可选地，所述第一延伸部和/或所述第二延伸部的边缘为曲线。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括本发明实施例的天线。本发明实施例的电子设备可以是手机、平板电脑、路由器等。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1-图10分别是本发明不同实施例中天线的金属片的结构示意图；

图11是本发明一实施例中天线的谐振枝节取不同长度时的仿真天线S11参数示意图。

附图标记：

100-金属片；101-第一延伸部；102-第二延伸部；

10-第一孔；20-第二孔；30-连接开缝；

40-谐振枝节；401-第三延伸部；41-钩形枝节；42-L形枝节；43-长条枝节；44-U形枝节。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

目前主流使用的Wi-Fi5技术，使用的工作频段是2.4GHz(2400MHz–2500MHz)以及5GHz(5150MHz–5850MHz)两个频段。这两年新出的Wi-Fi6E技术使用了新的6GHz频段(5950MHz-7150MHz)，本发明实施方式中提到的技术主要解决的是在如何在保证天线性能的前提下使天线尺寸小型化。

参阅图1-图10，本发明实施例的天线主要包括金属片100，天线的性能主要取决于金属片100的结构，这也是本申请的主要内容，因此本实施方式中将以金属片100为主介绍本发明实施例的天线。

具体地，金属片100上开设有第一孔10、第二孔20和连通第一孔10和第二孔20的连接开缝30，连接开缝30的宽度小于或等于第一孔10和第二孔20的最小宽度；连接开缝30的位置可以设置天线的馈电点。

第一孔10、第二孔20和连接开缝30中的至少一者的内边延伸出至少一个谐振枝节40，也就是说可以在第一孔10的内边延伸出至少一个谐振枝节40，也可以在第二孔20的内边延伸出至少一个谐振枝节40，也可以在连接开缝30的内边延伸出至少一个谐振枝节40，也可以在第一孔10和第二孔20的内边均延伸出至少一个谐振枝节40，也可以在第一孔10和连接开缝30的内边均延伸出至少一个谐振枝节40，也可以在第二孔20和连接开缝30的内边均延伸出至少一个谐振枝节40，也可以在第一孔10、第二孔20和连接开缝30中的内边均延伸出至少一个谐振枝节40。

其中，谐振枝节40的等效延伸长度等于n/4倍的天线最小频率的波长，n为正奇数，例如：n＝1、3、5、7等。也就是说谐振枝节40的等效延伸长度可以是1/4倍的天线最小频率的波长，也可以是3/4倍的天线最小频率的波长，天线最小频率即天线所有频段中频率最小的频段，例如在Wi-Fi5技术中，使用的工作频段是2.4GHz(2400MHz–2500MHz)以及5GHz(5150MHz–5850MHz)两个频段。那么最小频段即2.4GHz。

增加谐振枝节40的目的是使得天线在工作时将电流强行引导“多走一段路”，从而在不改变天线物理尺寸的前提下延长了电流走过的路径，达到降低谐振频率的作用。

在一些实施例中，2.4GHz缝隙天线尺寸为26mm×30mm，如果不设置上述谐振枝节40，按全波计算谐振天线的谐振频率为3.8GHz；引入额外加入的谐振枝节40，工作频率可以覆盖2.4GHz频段。图11是枝节取不同长度时的仿真天线S11参数(枝节长度影响谐振频率，枝节长度越长频率越低)。

在一些实施例中，这条谐振枝节需要达到谐振才能有引导电流的作用，在5GHz频段，这条长出来的新的谐振枝节40长度变为半波长结构，此时电路上等效于断开，谐振枝节40上的电流大幅度减小，不再有引导电流的效果。所以引入的谐振枝节可以降低低频频点的谐振频率而对高频谐振点的影响不大。同时，由于谐振枝节属于缝隙天线自身金属延伸，所以实际长度有可能会略短于四分之一波长，例如实施例中谐振枝节40的长度是18.5mm，所在介质板的等效介电常数为1.52，计算得约为五分之一波长，略短于四分之一波长。

由于只需要能到谐振的目的即可，所以所设置的谐振枝节40限制较少。具体而言主要具有以下几个特点：

1.谐振枝节40的延伸始点可以位于电流零点的位置。整波长缝隙天线的电流分布是明确的，导流结构只是把零点附近幅值小的部分导流到新加上的谐振枝节40上。这样设计的话谐振枝节40上电流较弱，谐振枝节40的形状、布局对原天线的性能影响最小。即使有些偏移，只是会影响天线的匹配，但不会影响缩小尺寸的效果。

2.谐振枝节40的数量和方位可以有多种情况，可以是多条对称，也可以是多条不对称。由于谐振枝节40主要起到引流作用，即使只有一条谐振枝节40也能起到引流作用，上下左右使用的谐振枝节40长得形状不同也不影响(对称设计能具有更好的辐射方向图)。缝隙的形状会因为优化匹配性能而变化，形状上没有限制，并不要求一定是三角渐变。缝隙上下左右并不一定对称。额外增加的谐振枝节40并不需要与天线的金属主体部分有拉开得很远只要等效长度满足上述要求即可。

3.只要总电尺寸(即等效延伸长度)不变，枝节上可以再长枝节，多枝节不影响结果。

下面将结合几个具体的实施例介绍本发明的天线结构。

参阅图1-图10，在一些实施例中，金属片100具有第一延伸部101和与第一延伸部101相对设置的第二延伸部102，第一延伸部101和第二延伸部102之间形成连接开缝30。

第一延伸部101和第二延伸部102的形状可以有多种示例，例如：第一延伸部101呈长方形、“凸”字形、梯形或者具有倒角的长方形；第二延伸部102也可以呈长方形、“凸”字形、梯形或者具有倒角的长方形。

在一些实施例中，参阅图1-图10，金属片100可以左右对称，参阅图1-图5以及图10，金属片100在左右对称的同时还可以上下对称。

参阅图1，第一孔10和第二孔20内均设置有谐振枝节40，且谐振枝节40呈U形，参阅图4，第一孔10和第二孔20内均设置有谐振枝节40，且谐振枝节40呈“山”字形。

参阅图2，连接开缝30内设置有谐振枝节40，，谐振枝节40呈U形，且在U形内设置有第三延伸部401，这里的第三延伸部401为长方形；

参阅图3，连接开缝30内设置有谐振枝节40，谐振枝节40呈V形，且在V形内设置有第三延伸部401，这里的第三延伸部401为三角形。

参阅图5，第一孔10和第二孔20内均设置有谐振枝节40；第一孔10内的谐振枝节40包括钩形枝节41和L形枝节42，钩形枝节41连接于第一孔10的内边，L形枝节42连接于钩形枝节41；第二孔20内的谐振枝节40包括钩形枝节41和L形枝节42，钩形枝节41连接于第二孔20的内边，L形枝节42连接于钩形枝节41。这是结构属于直接上在长枝节的情况。在此基础上还可以继续增加枝节的数量，也可以改变枝节的形状。

参阅图4，第一孔10和第二孔20内均设置有谐振枝节40；第一孔10内的谐振枝节40包括长条枝节43和U形枝节44，长条枝节43的一端连接于第一孔10的内边，另一端连接于U形枝节44的中部，长条枝节43和U形枝节44组成“山”字形；第二孔20内的谐振枝节40包括长条枝节43和U形枝节44，长条枝节43的一端连接于第二孔20的内边，另一端连接于U形枝节44的中部，长条枝节43和U形枝节44组成“山”字形。

参阅图6，第一延伸部101呈长方形，第二延伸部102呈梯形；第一延伸部101的两侧分别设置有一个谐振枝节40，位于第一延伸部101两侧的谐振枝节40呈钩状或者U形。

在一些实施例中，参阅图7，第一延伸部101呈长方形，第二延伸部102呈梯形；第一延伸部101的两侧分别设置有一个谐振枝节40，位于第一延伸部101两侧的谐振枝节40呈钩状；第二延伸部102的两侧分别设置有一个谐振枝节40，位于第二延伸部102两侧的谐振枝节40呈L形。

在一些实施例中，参阅图8，第一延伸部101呈长方形，第二延伸部102呈梯形；第一延伸部101的两侧分别设置有谐振枝节40，谐振枝节40与第一延伸部101之间具有钩形缝隙和连通钩形缝隙的U形缝隙。

在一些实施例中，参阅图9，第一延伸部101呈“凸”字形，第二延伸部102呈梯形；第一延伸部101的两侧分别设置有谐振枝节40，谐振枝节40与第一延伸部101之间具有钩形缝隙和连通钩形缝隙的L形缝隙。

在一些实施例中，第一孔10和/或第二孔20呈“凸”字形，例如：参阅图10，第一孔10和第二孔20均呈“凸”字形，第一孔10和第二孔20内均设置有谐振枝节40，谐振枝节40呈钩形。

进一步地，第一延伸部101和/或第二延伸部102的边缘为曲线。

上述各个实施例的天线保留了缝隙天线的高辐射效率、电磁兼容性好等优点。本次技术改进的主要效果是大幅度缩小了天线的物理尺寸，且依旧是平面结构，加工简单，所使用的谐振枝节40可以将天线设计成完全对称结构，从而可以避免方向图畸变的问题。大幅度缩小物理尺寸使得该天线可以在更紧凑的盒式路由器以及扁平化路由器中使用。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括上述任一实施例的天线。该电子设备可以是手机、平板电脑、路由器等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

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“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种天线，其特征在于，包括金属片(100)，所述金属片(100)上开设有第一孔(10)、第二孔(20)和连通所述第一孔(10)和所述第二孔(20)的连接开缝(30)，所述连接开缝(30)的宽度小于或等于所述第一孔(10)和所述第二孔(20)的最小宽度；

所述第一孔(10)、所述第二孔(20)和所述连接开缝(30)中的至少一者的内边延伸出至少一个谐振枝节(40)，所述谐振枝节(40)的等效延伸长度等于n/4倍的所述天线最小频率的波长，n为正奇数。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述金属片(100)具有第一延伸部(101)和与所述第一延伸部(101)相对设置的第二延伸部(102)，所述第一延伸部(101)和所述第二延伸部(102)之间形成所述连接开缝(30)。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一延伸部(101)呈长方形、“凸”字形、梯形或者具有倒角的长方形；和/或，所述第二延伸部(102)呈长方形、“凸”字形、梯形或者具有倒角的长方形。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述金属片(100)左右对称，和/或，所述金属片(100)上下对称。

5.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述第一孔(10)和所述第二孔(20)内均设置有所述谐振枝节(40)，且所述谐振枝节(40)呈U形或者“山”字形；或者，

所述连接开缝(30)内设置有所述谐振枝节(40)，所述谐振枝节(40)呈U形或者V形。

6.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述第一孔(10)和所述第二孔(20)内均设置有所述谐振枝节(40)；

所述第一孔(10)内的谐振枝节(40)包括钩形枝节(41)和L形枝节(42)，所述钩形枝节(41)连接于第一孔(10)的内边，所述L形枝节(42)连接于所述钩形枝节(41)；

所述第二孔(20)内的谐振枝节(40)包括钩形枝节(41)和L形枝节(42)，所述钩形枝节(41)连接于第二孔(20)的内边，所述L形枝节(42)连接于所述钩形枝节(41)。

7.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述第一孔(10)和所述第二孔(20)内均设置有所述谐振枝节(40)；

所述第一孔(10)内的谐振枝节(40)包括长条枝节(43)和U形枝节(44)，所述长条枝节(43)的一端连接于所述第一孔(10)的内边，另一端连接于所述U形枝节(44)的中部；

所述第二孔(20)内的谐振枝节(40)包括长条枝节(43)和U形枝节(44)，所述长条枝节(43)的一端连接于所述第二孔(20)的内边，另一端连接于所述U形枝节(44)的中部。

8.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述述第一延伸部(101)呈长方形，所述第二延伸部(102)呈梯形；

所述第一延伸部(101)的两侧分别设置有一个所述谐振枝节(40)，位于所述第一延伸部(101)两侧的谐振枝节(40)呈钩状或者U形。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第二延伸部(102)的两侧分别设置有一个所述谐振枝节(40)，位于所述第二延伸部(102)两侧的谐振枝节(40)呈L形。

10.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述第一延伸部(101)呈“凸”字形，所述第二延伸部(102)呈梯形；

所述第一延伸部(101)的两侧分别设置有所述谐振枝节(40)，所述谐振枝节(40)与所述第一延伸部(101)之间具有钩形缝隙和连通所述钩形缝隙的L形缝隙。

11.根据权利要求2-4任一项所述的天线，其特征在于，所述第一孔(10)和/或所述第二孔(20)呈“凸”字形，所述第一孔(10)和所述第二孔(20)内均设置有所述谐振枝节(40)，所述谐振枝节(40)呈钩形。

12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，所述第一延伸部(101)和/或所述第二延伸部(102)的边缘为曲线。

13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的天线。

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