CN212648490U - 一种双频天线及iot设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及天线技术领域，公开了一种双频天线及IOT设备，其中，所述双频天线通过将所述第一天线振子设计为线性结构，并呈回折状，所述第二天线振子与所述第一天线振子部分重合，从而，能减少所述第一天线振子和所述第二天线振子在所述基板上的布设面积，减小所需基板的面积，使得所述双频天线小巧紧凑。

Description

一种双频天线及IOT设备

技术领域

本实用新型实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种双频天线及IOT设备。

背景技术

随着双频段WiFi应用的普及，同时兼顾双频段的IOT(Internet of Things，物联网)设备得以推广，因此，对双频天线的需求越来越多。其中，双频段是指2.4GHz和5GHz两个频段，2.4GHz的频段为2400-2483MHz,5GHz的频段为5100-5800MHz。双频天线即为支持2.4GHz和5GHz这两个频段的天线。

目前，双频天线通常采用立体结构件分别设计2.4GHz和5GHz天线，立体结构件尺寸大，并只能安装在IOT设备的外部，不利于双频段IOT设备的小型化设计。

实用新型内容

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种双频天线及IOT设备，双频天线尺寸小，占用空间小，有利于IOT设备的小型化。

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型其中一实施例提供了一种双频天线，包括：

基板、第一天线振子、第二天线振子和馈电部；

所述第一天线振子、所述第二天线振子和所述馈电部均设置于所述基板上，所述馈电部与所述第一天线振子和所述第二天线振子其中之一电连接，所述馈电部用于与射频电缆的内导体连接；

所述第一天线振子为线性结构，并呈回折状；

所述第二天线振子与所述第一天线振子部分重合；

其中，所述第一天线振子的总阻抗满足所述双频天线在第一频段内发生谐振，所述第二天线振子的总阻抗满足所述双频天线在第二频段发生谐振，所述第一频段与所述第二频段为两个不同的频段。

在一些实施例中，所述第一天线振子包括第一L型天线振子以及直线形天线振子，所述直线形天线振子的长度大于所述第一L型天线振子的竖边长度，所述第一L型天线振子与所述直线形天线振子围成一不对称的U型结构，其中，所述直线形天线振子的至少一部分与所述第二天线振子重合。

在一些实施例中，所述第一天线振子的数量为两个，两个所述第一天线振子对称分布。

在一些实施例中，所述第一天线振子的总长度为30mm-37mm，所述第一天线振子的线宽为1mm-2mm。

在一些实施例中，所述第二天线振子的形状为矩形、梯形、三角形或锥形中的至少一种。

在一些实施例中，，所述第二天线振子的总长度为8mm-9mm，所述第二天线振子的宽度为6mm-9mm。

在一些实施例中，还包括第三天线振子和接地部，所述第三天线振子和所述接地部均设置于所述基板上，所述接地部用于与射频电缆的外导体连接；

所述第三天线振子位于所述馈电部的第一侧，所述第一天线振子和所述第二天线振子均位于所述馈电部的第二侧，所述第一侧和所述第二侧相对；

所述第三天线振子为线性结构，所述第三天线振子包括两个对称的第二L型天线振子，所述两个第二L型天线振子分别与所述接地部电连接。

在一些实施例中，还包括第一电连接线、第二电连接线和第三电连接线，所述第一电连接线、所述第二电连接线和所述第三电连接线均间隔设置于所述基板上，并且所述第一电连接线位于所述第二电连接线和所述第三电连接线的中间；

所述第一电连接线将所述馈电部与所述第一天线振子和所述第二天线振子其中之一电连接，所述第二电连接线将所述接地部与其中一个所述第二L型天线振子电连接，所述第三电连接线将所述接地部与另一个所述第二L型天线振子电连接。

在一些实施例中，所述双频天线的总体长度不超过40mm，总体宽度不超过10mm，总体厚度为0.2mm-1.0mm。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型另一实施例提供了一种IOT设备，包括如上第一方面所述的双频天线。

本实用新型实施例的有益效果：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供的双频天线，通过将所述第一天线振子设计为线性结构，并呈回折状，所述第二天线振子与所述第一天线振子部分重合，从而，能减少所述第一天线振子和所述第二天线振子在所述基板上的布设面积，减小所需基板的面积，使得所述双频天线小巧紧凑。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型其中一实施例提供的一种双频天线的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的一种双频天线的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种双频天线的结构示意图；

图4为本实用新型又一实施例提供的一种双频天线的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，所述双频天线100包括基板10、第一天线振子20、第二天线振子30和馈电部40，所述第一天线振子20、所述第二天线振子30和所述馈电部40均设置于所述基板10上，所述馈电部40与所述第一天线振子20和所述第二天线振子30其中之一电连接，所述馈电部40用于与射频电缆(图未示)的内导体连接。此外，所述第一天线振子20和所述第二天线振子30部分重合，即电连通。从而，所述第一天线振子20和所述第二天线振子30均可通过所述馈电部40馈电，即通过所述馈电部40与馈电装置或馈电网络电连接。

基于天线的工作原理是利用天线振子接收并传播信号，而天线振子的阻抗影响了天线的谐振频率(即天线所能工作的频段)，因此，所述天线振子的总阻抗应该满足天线在工作频段内发生谐振。对于双频天线100，则应满足两个不同的频段：第一频段和第二频段，即分别在第一频段内发生谐振以及分别在第二频段内发生谐振，从而，所述第一天线振子20的总阻抗应该满足所述双频天线100在第一频段内发生谐振，所述第二天线振子30的总阻抗应该满足所述双频天线100在第二频段发生谐振，馈电时，所述双频天线100才能产生第一频段的谐振和第二频段的谐振。例如，所述第一频段为2.4GHz-2.5GHz，所述第二频段为5.15GHz-5.825GHz，为了满足2.4GHz-2.5GHz和5.15GHz-5.825GHz这两个频段，所述第一天线振子20的总阻抗满足所述双频天线100在2.4GHz-2.5GHz频段内发生谐振，所述第二天线振子30的总阻抗满足所述双频天线100在5.15GHz-5.825GHz频段发生谐振。从而，馈电时，双频天线100可产生2.4GHz-2.5GHz频段的谐振和5.15GHz-5.825GHz频段的谐振。由于天线振子的阻抗由天线振子的材料、尺寸及形态等因素决定，在实现本实施例的过程中，应综合考虑这些因素，以最终使所述第一天线振子20的总阻抗满足所述双频天线100在第一频段内发生谐振，使所述第二天线振子30的总阻抗满足所述双频天线100在第二频段内发生谐振。

此外，所述第一天线振子20为线性结构，并呈回折状，所述第二天线振子30与所述第一天线振子20部分重合，从而，能减少所述第一天线振子20和所述第二天线振子30在所述基板10上的布设面积，减小所需基板10的面积，使得所述双频天线100小巧紧凑。

在一些实施例中，所述第一天线振子20包括第一L型天线振子21以及直线形天线振子22，所述直线形天线振子22的长度大于所述第一L型天线振子21的竖边长度，所述第一L型天线振子21与所述直线形天线振子22围成一不对称的U型结构，其中，所述直线形天线振子22的至少一部分与所述第二天线振子30重合。具体的，将所述第一天线振子20的主框架设计成不对称的U型结构，U型结构的两侧边不等长，长度较长的侧边(直线形天线振子22)与所述第二天线振子30重合。从而，所述第二天线振子30能收容于所述不对称的U型结构的U型口处，能减小其布设面积。另一方面，所述第一L型天线振子21的弯折改变了所述第一天线振子20的布设方向，能减小所述第一天线振子20的整体布设长度。可以理解的是，如图1中所示，所述直线形天线振子22的重合部分可以在所述第二天线振子30的上表面，在其他实施例中，所述直线形天线振子22的重合部分也可以在所述第二天线振子30的下表面，在此对所述第一天线振子20和所述第二天线振子30的上下层关系不做任何限定，只需满足重合连通即可。可以理解的是，请参阅图2，为了进一步减小所述第一天线振子20的整体布设长度，所述第一L型天线振子21的竖边可为具有多道弯折23的弯曲形。

在又一些实施例中，所述第一天线振子20的数量为两个，两个所述第一天线振子20可提高所述双频天线100在第一频段内的增益，即将辐射信号集中于某一方向，从而，信号的功率集中辐射。并且，两个所述第一天线振子20对称分布，从而，使得所述双频天线100的整体设计比较均匀，进而便于在所述基板10上排布所述第二天线振子30和所述馈电部40。在本实施例中，如图1所示，其中一所述第一天线振子20中的直线形天线振子22紧靠另一所述第一天线振子20中的直线形天线振子22，使得双频天线100在宽度上更为紧凑。可以理解的是，在一些实施例中，如图3所示，两个所述第一天线振子20也可间隔预设距离，具体可根据实际的排布情况而确定。

当所述第一频段为2.4GHz-2.5GHz时，基于所述第一天线振子20的形态，为了使其总阻抗满足所述双频天线100在2.4GHz-2.5GHz频段发生谐振，在一些实施例中，所述第一天线振子20的总长度为30mm-37mm，所述第一天线振子20的线宽为1mm-2mm。其中，第一天线振子20的总长度(30mm-37mm)为2.4GHz-2.5GHz频段谐振波长的1/4，可使得所述第一天线振子20的反射和接收转换效率最高。当所述第一天线振子20的总长度、形状、馈电位置和材料特征阻抗确定时，可通过其所需的总阻抗逆向计算出所述线宽的范围，具体可通过HFSS等软件仿真确定。在本实施例中，所述第一天线振子20的线宽为1mm-2mm，从而，可使得所述第一天线振子20的工作频段为2.4GHz-2.5GHz，即在2.4GHz-2.5GHz频段发生谐振。

值得说明的是，所述第一天线振子20的直线形天线振子22可在3.3GHz-3.4GHz频段发生谐振，也即，在此实施例中，所述第一天线振子20的谐振频段包括2.4GHz-2.5GHz和3.3GHz-3.4GHz。此外，上述第一天线振子20的尺寸及对应的谐振频段为本申请的发明人通过大量实验仿真后的结果。

值得说明的是，在所述第一天线振子20中，所述第一L型天线振子21的长度加上所述直线形状介质22的长度的总和在30mm-37mm范围内，例如，当所述第一天线振子20的总长度为35mm时，所述第一L型天线振子21的整体长度可为15mm，所述直线形天线振子22的长度为20mm，所述第一L型天线振子21和所述直线形天线振子22之间的长度分配具体可根据所述双频天线100的整体长宽比确定。可以理解的是，所述第一天线振子20的总长度和宽度还可以是其他数值，只要所述第一天线振子20的总阻抗满足其工作频段即可。

对于上述第二天线振子30，在一些实施例中，所述第二天线振子30的形状为矩形、梯形、三角形或锥形中的至少一种。例如，所述第二天线振子30为矩形或者矩形和三角形的组合。如图1所示，所述第二天线振子30的形状为矩形和三角形的组合，所述三角形部分可作为所述第一天线振子20的辐射结构并可以调节其总阻抗，以增加所述第一天线振子20的工作频段的带宽，可使得所述双频天线100的稳定性更优。

当所述第二频段为5.15GHz-5.825GHz，基于所述第二天线振子30的形态，为了使其总阻抗满足所述双频天线100在5.15GHz-5.825GHz频段发生谐振，在一些实施例中，所述第二天线振子30的总长度为8mm-9mm，所述第二天线振子30的宽度为6mm-9mm。同理，所述第二天线振子30的总长度也是根据所述第二天线振子30的工作频段(5.15GHz-5.825GHz)而确定的，所述第二天线振子30的宽度也是根据所述第二天线振子30的总长度、形状、馈电位置和材料特征阻抗，通过其所需的总阻抗逆向计算出其宽度的范围，具体可通过HFSS等软件仿真确定。

为了使得所述直线形天线振子22和所述第二天线振子30的重合部位尽可能多，以减小布设面积，所述第二天线振子30的长度方向与所述直线形天线振子22的方向平行，并且，所述直线形天线振子22位于所述第二天线振子30长度方向的中心轴上。从而，所述直线形天线振子22和所述第二天线振子30的重合部位多，所需的布设面积小，所述双频天线100更为紧凑。

为了增加所述双频天线100的增益和全向性，请参阅4，在一些实施例中，所述双频天线100还包括第三天线振子50和接地部70，所述第三天线振子50和所述接地部70均设置于所述基板10上，所述接地部70用于与射频电缆的外导体连接。所述第三天线振子50位于所述馈电部40的第一侧，所述第一天线振子20和所述第二天线振子30位于所述馈电部40的第二侧，所述第一侧和所述第二侧相对，从而，形成一个偶极双频天线100，具有偶极天线的特点，例如，实现较优的增益和全向性，消除方向图副瓣，易于与馈电网络匹配等优点。

所述第三天线振子50为线性结构，所述第三天线振子50包括两个对称的第二L型天线振子50，所述两个第二L型天线振子50分别与所述接地部70电连接。其中，所述第二L型天线振子50的弯折，能减小所述第三天线振子50的整体长度。可以理解的是，为了进一步减小所述第三天线振子50的整体长度，所述第二L型到电介质的竖边可为多道弯折的弯曲形(图未示)。在一些实施例中，所述第二L型天线振子50的长度为16mm-20mm，所述第二L型天线振子的线宽为1mm，即，此长度范围内的第二L型天线振子，能使所述双频天线100具有较高的增益和全向性，又不占用太多的布设面积。值得说明的是，上述第二L型天线振子50的尺寸为本申请的发明人通过大量实验仿真后的结果。

为了方便所述射频电缆分别与所述馈电部40和接地部70焊接，在一些实施例中，非接地的天线振子(第一天线振子20和所述第二天线振子30)通过连接线与所述馈电部40连接，接地的天线振子(第三天线振子50)通过另外的连接线与所述接地部70连接，以使所述馈电部40和接地部70位于所述双频天线100的边缘，方便焊接射频电缆的第一端，也方便所述射频电缆的第二端与其它输入输出端口连接。

具体的，请参阅图4，所述双频天线100还包括第一电连接线61、第二电连接线62和第三电连接线63，所述第一电连接线61、所述第二电连接线62和所述第三电连接线63均间隔设置于所述基板10上，所述第一电连接线61位于所述第二电连接线62和所述第三电连接线63的中间。所述第一电连接线61将所述馈电部40与所述第一天线振子20和所述第二天线振子30其中之一电连接，图4中，所述第一电连接线61将所述馈电部40与所述第二天线振子30电连接。所述第二电连接线62将所述接地部70与其中一个所述第二L型天线振子50电连接，所述第三电连接线63将所述接地部70与另一个所述第二L型天线振子50电连接。

在此实施例中，通过将第一电连接线61布设于所述第二电连接线62、第三电连接线63之间，可使所述馈电部40和所述接地部70位于所述双频天线100的边缘时，还能分别与相应的天线振子连接，使得连接线、两个所述第二L型天线振子50对称分布，排布简单整齐，结构规整。

可以理解的是，所述第一天线振子20、第二天线振子30、第三天线振子50可以均为微带振子，从而，所述第一天线振子20、第二天线振子30、第三天线振子50以及第一电连接线61、第二电连接线62、第三电连接线63均可通过印刷的方式印制于所述基板10的表面，得到平面式的双频天线100。在其它实施例中，所述所述第一天线振子20、第二天线振子30、第三天线振子50还可以是其他形式，例如导电带或导电贴片等，在此不做特别的限制，只需天线振子满足上述结构和频段即可。相对于传统的立体天线，所述双频天线安装时只需占用较小的空间，而且，安装简单，例如只需粘贴在IOT产品内侧壁即可。当然，为了保证双频天线100不受干扰，可使所述基板10印制有天线振子的一面与周围元件的距离至少为10mm。

其中，所述基板10的材料可为FPC、FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、BT或PTFE等绝缘材料，而且，上述任一材料还具有耐热性、耐潮性及机械加工性，从而，有利于所述双频天线100被广泛推广于IOT设备。当然，所述基板10还可以选用其它绝缘材料制成，在此不做特别的限定。

所述第一天线振子20、第二天线振子30、第三天线振子50的材料可为铜。例如，可采用铜印制而成或采用铜箔贴片加工而成，铜的导电性好，信号衰减程度小。可以理解的是，所述第一电连接线61、第二电连接线62、第三电连接线63也均可采用铜印制而成或采用铜箔贴片加工而成。当然，本申请中的天线振子和电连接线也可以选用其它导电材料制成，在此不做特别的限定。

可以理解的是，本申请在设计所述双频天线100之前，可提前为双频天线100设置一个总限定尺寸，即所述基板10的尺寸，例如，所述双频天线100的总体长度不超过40mm，总体宽度不超过10mm，总体厚度为0.2mm-1.0mm，以作为后续双频天线100的尺寸设计标准。具有上述尺寸范围的双频天线100，能适应小尺寸IOT设备或者多天线IOT设备。

综上所述，通过将所述第一天线振子20设计为线性结构，并呈回折状，所述第二天线振子30与所述第一天线振子20部分重合，从而，能减少所述第一天线振子20和所述第二天线振子30在所述基板10上的布设面积，减小所需基板10的面积，使得所述双频天线100小巧紧凑。

本实用新型另一实施例还提供了一种IOT设备(图未示)，包括上述任一实施例中的双频天线100，所述双频天线100可安装于所述IOT设备的外部天线杆中，作为外置天线使用，也可安装于所述IOT设备的内部，作为内置天线使用。优选的，为了保证所述双频天线100不受干扰，所述基板10设置有天线振子的一面与周围元件的距离至少为10mm。所述IOT设备中的双频天线100具有与上述双频天线100相同的结构和功能，在此不再一一赘述。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双频天线(100)，其特征在于，包括：

基板(10)、第一天线振子(20)、第二天线振子(30)和馈电部(40)；

所述第一天线振子(20)、所述第二天线振子(30)和所述馈电部(40)均设置于所述基板(10)上，所述馈电部(40)与所述第一天线振子(20)和所述第二天线振子(30)其中之一电连接，所述馈电部(40)用于与射频电缆的内导体连接；

所述第一天线振子(20)为线性结构，并呈回折状；

所述第二天线振子(30)与所述第一天线振子(20)部分重合；

其中，所述第一天线振子(20)的总阻抗满足所述双频天线(100)在第一频段内发生谐振，所述第二天线振子(30)的总阻抗满足所述双频天线(100)在第二频段发生谐振，所述第一频段与所述第二频段为两个不同的频段。

2.根据权利要求1所述的双频天线(100)，其特征在于，所述第一天线振子(20)包括第一L型天线振子(21)以及直线形天线振子(22)，所述直线形天线振子(22)的长度大于所述第一L型天线振子(21)的竖边长度，所述第一L型天线振子(21)与所述直线形天线振子(22)围成一不对称的U型结构，其中，所述直线形天线振子(22)的至少一部分与所述第二天线振子(30)重合。

3.根据权利要求1所述的双频天线(100)，其特征在于，所述第一天线振子(20)的数量为两个，两个所述第一天线振子(20)对称分布。

4.根据权利要求1所述的双频天线(100)，其特征在于，所述第一天线振子(20)的总长度为30mm-37mm，所述第一天线振子(20)的线宽为1mm-2mm。

5.根据权利要求1所述的双频天线(100)，其特征在于，所述第二天线振子(30)的形状为矩形、梯形、三角形或锥形中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的双频天线(100)，其特征在于，所述第二天线振子(30)的总长度为8mm-9mm，所述第二天线振子(30)的宽度为6mm-9mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的双频天线(100)，其特征在于，还包括第三天线振子(50)和接地部(70)，所述第三天线振子(50)和所述接地部(70)均设置于所述基板(10)上，所述接地部(70)用于与射频电缆的外导体连接；

所述第三天线振子(50)位于所述馈电部(40)的第一侧，所述第一天线振子(20)和所述第二天线振子(30)均位于所述馈电部(40)的第二侧，所述第一侧和所述第二侧相对；

所述第三天线振子(50)为线性结构，所述第三天线振子(50)包括两个对称的第二L型天线振子，所述两个第二L型天线振子分别与所述接地部(70)电连接。

8.根据权利要求7所述的双频天线(100)，其特征在于，还包括第一电连接线(61)、第二电连接线(62)和第三电连接线(63)，所述第一电连接线(61)、所述第二电连接线(62)和所述第三电连接线(63)均间隔设置于所述基板(10)上，并且所述第一电连接线(61)位于所述第二电连接线(62)和所述第三电连接线(63)的中间；

所述第一电连接线(61)将所述馈电部(40)与所述第一天线振子(20)和所述第二天线振子(30)其中之一电连接，所述第二电连接线(62)将所述接地部(70)与其中一个所述第二L型天线振子电连接，所述第三电连接线(63)将所述接地部(70)与另一个所述第二L型天线振子电连接。

9.根据权利要求1所述的双频天线(100)，其特征在于，所述双频天线(100)的总体长度不超过40mm，总体宽度不超过10mm，总体厚度为0.2mm-1.0mm。

10.一种IOT设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的双频天线(100)。

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