CN116231283A - 一种天线及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种天线及应用，天线包括第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部和第四辐射部，第二辐射部和第三辐射部分别一体连接于第一辐射部的两端，第四辐射部与第三辐射部耦合；第一辐射部具有与电极部连接的信号馈点区域；第二辐射部具有与地线连接的地馈点区域。该天线可用于电子产品无线通信传输中，应用时信号馈点区域通过一电极部与电路板电性连接；地馈点区域连接于USB连接器的金属外壳上。本发明将第四辐射部与第三辐射部耦合改善天线的方向性，增加天线覆盖范围，在应用时，本发明将USB连接器的金属外壳作为地馈点，可以有效解决现有天线中带宽窄、效率低、增益小的问题。

Description

一种天线及应用
技术领域：
本发明涉及耳机产品技术领域，特指一种天线及应用。
背景技术：
2.4GHz无线通讯是一种短距离无线传输技术，其中所述的2.4GHz为一个工作频段，在此频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力，目前2.4GHz无线通讯技术被广泛应用于各种家用及商用领域中的短距离无线传输和传导领域。蓝牙、WiFi技术也是工作在这一频段。由于蓝牙、WiFi技术已经在各种电子产品中广泛应用。例如，对于蓝牙耳机而言，为了实现蓝牙信号的无线传输，就需要设置用于信号传输的蓝牙天线。
见图1所示，这是目前耳机中常见的一种天线，该天线5主体呈倒F造型，其虽然结构简单，安装方便，但是其存在的缺点是：带宽窄、效率低、增益小、方向性较差的问题。
无线传输技术中，天线的造型设置主要是基于更好的覆盖无线传输的频段，减少天线本身的损耗，从而提高天线的效率。例如：见中国专利号为：201020213676.6，专利名称为：一种手机单级天线通信装置的发明专利，该专利文献中就公开了一种用于手机产品中、且大致呈G形的天线。见中国专利号为：202020472305.3,专利名称为：用于无线耳机的耳机天线和无线耳机。该专利文献中采用共形方式将无线耳机里辐射吸收和干扰部分的麦克风组件和充电顶针及其柔性电路板构成为共形天线。
为了改善现有天线不足，本发明人通过不断测试，提出以下技术方案。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种天线及应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种天线包括：第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部和第四辐射部，所述的第二辐射部和第三辐射部分别一体连接于第一辐射部的两端，第四辐射部与第三辐射部耦合；所述的第一辐射部具有信号馈点区域；所述的第二辐射部具有与地线连接的地馈点区域。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第二辐射部呈L形，并且构成L形的两个辐射臂中，其中一个辐射臂与第一辐射部一体连接，与地线连接的地馈点区域位于另一辐射臂上。
进一步而言，上述技术方案中，所述的地馈点区域与辐射部主体之间形成有一个折弯部。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第三辐射部呈U形，所述的第四辐射部与第三辐射部中U形折弯位置耦合，且所述的第四辐射部具有多级阶梯状的耦合梯。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第三辐射部包括依次连接并呈U形设置的前段辐射臂、中段连接臂和后段辐射臂，其中所述的前段辐射部与第一辐射部一体连接，所述的第四辐射部与中段连接部耦合，所述的后段辐射臂平行设置于前段辐射臂内侧。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第四辐射部中耦合梯呈相互独立并位于不同水平面的阶梯分布，其中位于最远端的耦合梯位于最低点的水平面。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第四辐射部中的耦合梯中，最远端的耦合梯与其他一个或多个耦合梯一体成型。
进一步而言，上述技术方案中，本发明的天线用于电子产品的2.4GHz频段短距离无线通信传输中，该电子产品内设置有具有USB连接器的电路板；所述第一辐射部的信号馈点区域通过一电极部与电路板电性连接；所述第二辐射部的地馈点区域连接于USB连接器的金属外壳上。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第一辐射部通过电极部悬置于电路板上方，令天线与电路板之间形成空间距离。
进一步而言，上述技术方案中，所述的电子产品为蓝牙耳机，所述的USB连接器采用的Type-C连接器。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
首先，本发明的天线中，第四辐射部与第三辐射部耦合，通过这种耦合有效改善天线的方向性，增加天线覆盖范围。进一步而言是在第三辐射部的U形折弯位置增加作为第四辐射部的多级阶梯状的耦合梯。
其次，本发明应用在电子产品的2.4GHz频段短距离无线通信传输中，利用设置在电路板上USB连接器的金属外壳接地、体积大、与电路板连接稳定的特点，将其作为地馈点，可以有效解决现有天线中带宽窄、效率低、增益小的问题。
本发明可完全覆盖Bluetooth、WiFi、Zigbee等2.4GHz网络频段，同时其具有较深的回波损耗，能减小天线本身的损耗，使得天线可以将更多的能量辐射到空间中，具有效率高，天线覆盖范围广的优点。
附图说明：
图1为现有技术中倒F造型天线的示意图。
图2为本发明实施例一的立体结构图；
图3为本发明实施例一中辐射片立体图；
图4为本发明实施例二中辐射片立体图；
图5为本发明实施例三中辐射片立体图；
图6为本发明实施例四中辐射片立体图；
图7为本发明实施例一与现有技术测试中回波损耗图；
图8为本发明实施例一与现有技术测试中的效率图；
图9为本发明实施例一测试中的E面辐射图；
图10为本发明实施例一测试中的H面辐射图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
结合图3所示，本发明的天线主体是一个金属薄片制作的辐射片4，其包括：第一辐射部41、第二辐射部42、第三辐射部43和第四辐射部44。其中，所述的第二辐射部42和第三辐射部43分别一体连接于第一辐射部41的两端，第四辐射部44与第三辐射部43耦合。
本发明为一种天线，可以应用在2.4GHz短距离无线通信中。见图2所示，这是本发明应用在无线耳机中的立体图。其包括：电路板1、设置在电路板1上的USB连接器2、电性连接于电路板1上的电极部3，以及作为本发明天线的辐射片4。在安装时，需要通过电极部3将辐射片4与耳机中对应电路板1电性连接，电极部3可采用弹簧针、弹簧片、导电柱、导电棉、导电硅胶中的任意一种。如图2所示，本实施例一中的电极部1采用的弹簧针。
本发明中，所述的第一辐射部41具有与电极部3连接的信号馈点区域411，该第一辐射部41的宽度大于辐射片4其他位置的宽度。整个辐射片4通过电极部3悬置于电路板1上方，与电路板1形成一定的空间距离，这样有利于信号的传输。
所述的第二辐射部42主体呈L形，构成L形的两个辐射臂中，其中一个辐射臂与第一辐射部41一体连接，与地线连接的地馈点区域421位于另一辐射臂上。本实施例一中，地馈点区域421连接于设置在电路板1上的USB连接器的金属外壳上。即本实施例一中，将USB连接器2的金属外壳作为接地位置，采用这种设置具有以下优点：
1、由于USB连接器2的金属外壳与电路板1的地线连接，所以地馈点区域421直接与USB连接器2的金属外壳连接，就无需再额外设置接地导接件。
2、USB连接器2的金属外壳与地馈点区域421直接连接，该技术外壳可同时作为天线的辐射区域，增加辐射面积。
3、由于USB连接器2与电路板1之间的连接相对稳固，这样也可确保辐射片4的整体稳定。
4、USB连接器2金属壳体体积较大，例如本实施例一的图2中所采用的Type-C连接器，将Type-C连接器金属外壳作为辐射片4的地馈点，USB可有效解决天线带宽窄和效率低的问题。
为了进一步增加稳定性和接触面积，本实施例一中，所述的地馈点区域421长度与USB连接器的金属外壳宽度对应。另外，为了便于安装和对位，所述的地馈点区域421与辐射部42主体之间形成有一个折弯部。
所述的第三辐射部43呈U形，具体而言，所述的第三辐射部43包括依次连接并呈U形设置的前段辐射臂431、中段连接臂432和后段辐射臂433，其中所述的前段辐射部431与第一辐射部41一体连接，所述的第四辐射部44与中段连接部432耦合，所述的后段辐射臂433平行设置于前段辐射臂431内侧。
所述的第四辐射部44与第三辐射部43中U形折弯位置的中段连接臂432耦合。在第三辐射部43中U形折弯位置设置耦合的第四辐射部44是为了改善天线的方向性。传统的倒F形天线在接收无线信号时，经常出现不同方向接收信号的能力差异较大，其方向性较差。所以，为了改善本发明天线的方向性，在第三辐射部43中U形折弯位置增加了具有多级耦合梯的第四辐射部44，该第四辐射部44与中段连接部432之间不接触，形成有一定的水平间隙，较佳的该水平间隙不超过3mm。
本发明所述的第四辐射部44采用的是多级耦合梯，见图3所示，本实施例一中采用了四级耦合梯，这四级耦合梯呈阶梯造型分布。较佳的方式是将四级耦合梯呈位于不同水平面的阶梯分布，其中这四级耦合梯之间的水平间距不超过2mm，垂直间距不超过3mm。为了便于安装，可以将位于最远端、长度较长的耦合梯设置于电路板1上，直接通过电路板1承载，其他三个耦合梯的形状大小一致并通过泡棉支撑。
本发明中的多级耦合梯也可采用其他方式实现，见图4所示，与上述实施例一区别在于，本实施例二中的第四辐射部44虽然采用四级耦合梯，但是最远端耦合梯与之邻近的耦合梯一体成型。
见图5所示，与上述实施例一区别在于，本实施例三中的四级耦合梯中，位于中间的三级耦合梯一体成型。
见图6所示，与上述实施例一区别在于，本实施例四中的四级耦合梯采用一体成型。本实施例四中的第四辐射部44可与所述的第三辐射部43位于同一水平面。
见图7至图10所示，这是对本发明较佳实施例一的天线的测试图。具体说明如下：
见图7所示，本实施例一的天线的谐振频率在2.4647GHz处，回波损耗达到了-35.295dB,-10dB以上天线带宽有201.1MHz，完全覆盖了Bluetooth、WiFi、Zigbee等2.4GHz网络频段。较深的回波损耗能减小天线本身的损耗，使得天线可以将更多的能量辐射到空间中。现有技术中的倒F天线的谐振频率在2.4598GHz处，回波损耗-24.4865dB,-10dB以上天线带宽仅有26.7MHz，天线带宽较窄。
见图8所示，本实施例一在2.4GHz处，天线效率为93.793％；在2.45GHz处，天线效率达到97.078％；在2.5GHz处，天线效率为95.962％；天线平均效率为95.611％。倒F天线，在2.4GHz处，天线效率为18.579％；在2.45GHz处，天线效率为80.846％；在2.5GHz处，天线效率为45.152％；天线平均效率为48.192％，天线效率较低。
见图9所示，本实施例一在E平面(电场最大所在的平面)的增益方向图，其增益达到2.96dBi。现有技术中倒F天线，E平面的增益方向图，其增益为0.162dBi，增益较小。
见图10所示，本实施例一天线在H平面(磁场最大所在的平面)的增益方向图，其增益达到2.69dBi。现有技术的倒F天线，H平面的增益方向图，其增益为-0.461dBi，增益较小。
综上可知，本发明的天线具有带宽宽、效率高、增益大、方向性较好的特点。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种天线，包括：第一辐射部、第二辐射部、第三辐射部和第四辐射部，其特征在于：所述的第二辐射部和第三辐射部分别一体连接于第一辐射部的两端，第四辐射部与第三辐射部耦合；
所述的第一辐射部具有信号馈点区域；
所述的第二辐射部具有与地线连接的地馈点区域。
2.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于：所述的第二辐射部呈L形，并且构成L形的两个辐射臂中，其中一个辐射臂与第一辐射部一体连接，与地线连接的地馈点区域位于另一辐射臂上。
3.根据权利要求2所述的一种天线，其特征在于：所述的地馈点区域与辐射部主体之间形成有一个折弯部。
4.根据权利要求1所述的一种天线，其特征在于：所述的第三辐射部呈U形，所述的第四辐射部与第三辐射部中U形折弯位置耦合，且所述的第四辐射部具有多级阶梯状的耦合梯。
5.根据权利要求4所述的一种天线，其特征在于：所述的第三辐射部包括依次连接并呈U形设置的前段辐射臂、中段连接臂和后段辐射臂，其中所述的前段辐射部与第一辐射部一体连接，所述的第四辐射部与中段连接部耦合，所述的后段辐射臂平行设置于前段辐射臂内侧。
6.根据权利要求4所述的一种天线，其特征在于：所述的第四辐射部中耦合梯呈相互独立并位于不同水平面的阶梯分布，其中位于最远端的耦合梯位于最低点的水平面。
7.根据权利要求4所述的一种天线，其特征在于：所述的第四辐射部中的耦合梯中，最远端的耦合梯与其他一个或多个耦合梯一体成型。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种天线，其特征在于：该天线用于电子产品的2.4GHz频段短距离无线通信传输中，该电子产品内设置有具有USB连接器的电路板；
所述第一辐射部的信号馈点区域通过一电极部与电路板电性连接；
所述第二辐射部的地馈点区域连接于USB连接器的金属外壳上。
9.根据权利要求8所述的一种天线，其特征在于：所述的第一辐射部通过电极部悬置于电路板上方，令天线与电路板之间形成空间距离。
10.根据权利要求8所述的一种天线，其特征在于：所述的电子产品为蓝牙耳机，所述的USB连接器采用的Type-C连接器。
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