CN213340725U - 一种wifi天线结构和无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种WIFI天线结构和无线通信设备，其中WIFI天线结构包括：金属腔体、介质基板、工作于多个WIFI频段的天线和SMA接头；其中，介质基板设置于金属腔体上并构成金属腔体的任意一个表面；介质基板面向金属腔体内侧的内表面上设置有净空区域和地板区域；天线设置于净空区域并内置于金属腔体内侧，通过净空区域向金属腔体外侧辐射电磁波；SMA接头的第一端，固定于介质基板上并与天线相连，为天线进行馈电；SMA接头的第二端穿透金属腔体的一个表面并伸出金属腔体。本申请实施例中，减小了天线辐射能量的损失，降低了WIFI天线结构之外的器件等对天线造成的电磁干扰，提升了天线性能。

Description

一种WIFI天线结构和无线通信设备

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种WIFI天线结构和无线通信设备。

背景技术

随着科技水平和无线通信技术的不断发展，各种产品向无线化和智能化发展，相应的，天线成为了产品中不可或缺的关键器件。电小天线是天线的一种，其具有全向辐射特性，将电小天线应用于产品中时，会有一半的能量向产品内部辐射，不仅会造成辐射能量的损失，还会产生电磁干扰。并且，天线会受到产品中其他器件的干扰而性能下降。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种WIFI天线结构和无线通信设备，以解决当前电小天线的能量损失、易受干扰而性能下降等问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种WIFI天线结构，包括：金属腔体、介质基板、工作于多个WIFI频段的天线和SMA接头；

所述介质基板，设置于所述金属腔体上并构成所述金属腔体的任意一个表面；所述介质基板面向所述金属腔体内侧的内表面上设置有净空区域和地板区域；

所述天线，设置于所述净空区域并内置于所述金属腔体内侧，通过所述净空区域向所述金属腔体外侧辐射电磁波；

所述SMA接头的第一端，固定于所述介质基板上并与所述天线相连，为所述天线进行馈电；所述SMA接头的第二端穿透所述金属腔体的一个表面并伸出所述金属腔体。

第二方面，本申请实施例提供了一种无线通信设备，包括：本申请第一方面提供的WIFI天线结构；

所述WIFI天线结构中介质基板的外表面与净空区域相对应的区域，朝向所述设备由内向外的方向设置。

本申请实施例提供的WIFI天线结构，通过将介质基板设置于金属腔体上，构成金属腔体的一个表面；以及在介质基板面向金属腔体内侧的内表面上设置净空区域，在该净空区域中设置工作于多个WIFI频段的天线，使得该天线辐射的不同频段的电磁波可通过净空区域由金属腔体的内侧向金属腔体的外侧传播；因此，在将该WIFI天线结构设置于其他产品中时，将WIFI天线结构中介质基板的外表面与净空区域相对应的区域，朝向该其他产品由内向外的方向设置，并将该其他产品由内向外的方向所对应的壳体设置为非金属材质(如塑料材质)或掏空等，即可使电磁波通过净空区域由金属腔体的内侧向金属腔体的外侧传播后，继续沿着该其他产品由内向外的方向进行传播，而不再是向该其他产品的内部全向辐射，因而减小了能量的损失。并且由于WIFI天线结构设置有金属腔体，该金属腔体能够极大的降低WIFI天线结构之外的器件等对天线造成的电磁干扰，因此提升了天线性能，使得WIFI天线结构的应用场景更加广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种WIFI天线结构的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种介质基板的内表面的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种包括WIFI天线结构的产品的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种WIFI天线结构的***图；

图5为本申请实施例提供的另一种介质基板的内表面的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的倒F天线的无源辐射效率的曲线图；

图7为本申请实施例提供的腔体天线的无源辐射效率的曲线图。

附图标记说明：

1：金属腔体；

2：介质基板；

3：天线；

4：SMA接头；

5：接地共面波导；

6：阻抗变换传输线；

7：金属化通孔；

21：净空区域；

22：地板区域；

31：接地枝节；

32：第一辐射枝节；

33：第二辐射枝节；

81：导电泡棉；

82：装配槽；

91：连接孔；

92：螺钉；

93：第一螺孔；

100：第二螺孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请一个或多个实施例提供的一种WIFI天线结构的结构示意图，该WIFI天线结构可应用于AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)汽车、LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)显示屏等。图2为本申请一个或多个实施例提供的一种WIFI天线结构的介质基板的内表面的结构示意图。参见图1和图2，该WIFI天线结构包括金属腔体1、介质基板2、工作于多个WIFI频段的天线3和SMA接头4。

介质基板2，设置于金属腔体1上并构成金属腔体1的任意一个表面；介质基板2面向金属腔体1内侧的内表面上设置有净空区域21和地板区域22；

天线3，设置于净空区域21并内置于金属腔体1内侧，通过净空区域21向金属腔体1的外侧辐射电磁波；

SMA接头4的第一端，固定于介质基板2上并与天线3相连，为天线3进行馈电；SMA接头4的第二端穿透金属腔体1的一个表面并伸出金属腔体1。

其中，介质基板2如PCB板，地板区域22上设置有金属层，如金属铜等。天线3可以工作于2.4GHz频段、5GHz频段等。考虑到现有的通过Cable线进行馈电的方式中，由于Cable线的布设需要人为手动操作，而人为手动操作容易产生误差，因此当批量生产天线结构时，各天线结构之间的一致性较差；基于此，本申请实施例中采用SMA接头进行馈电，并通过波峰焊的方式将SMA接头4的第一端固定于介质基板2上。由于波峰焊的过程中是通过机器操作将SMA接头4固定在介质基板2上，而机器操作的准确性高，不易产生误差，因此在批量生产天线结构时，确保了不同天线结构之间的一致性。通过将天线3内置于金属腔体1中，可通过金属腔体1极大的降低WIFI天线结构所处的外界环境对天线3的干扰，使得天线3的辐射性能不会随外界环境的改变而改变，因而使得WIFI天线结构具有较好的可复用性和稳定性。

需要指出的是，本申请中的附图仅用于示意而不用于限定，金属腔体1不限为长方体，还可以是正方体等其他立体结构。介质基板2设置于金属腔体1上可以构成金属腔体1的上表面、下表面、左表面、右表面、前表面、后表面等中的任意一个表面。净空区域21的形状还可以是正方形等。关于金属腔体1的立体结构和大小、介质基板2所构成的表面、净空区域的形状和大小等均可以在实际应用中根据需要自行设定。

本申请实施例提供的WIFI天线结构，通过将介质基板设置于金属腔体上，构成金属腔体的一个表面；以及在介质基板面向金属腔体内侧的内表面上设置净空区域，在该净空区域中设置工作于多个WIFI频段的天线，使得该天线辐射的不同频段的电磁波可通过净空区域由金属腔体的内侧向金属腔体的外侧传播。因此，在将该WIFI天线结构设置于其他产品(如AGV汽车等)中时，将WIFI天线结构中介质基板的外表面与净空区域相对应的区域，朝向该其他产品由内向外的方向设置，并将该其他产品由内向外的方向所对应的壳体设置为非金属材质(如塑料材质)或掏空等，即可使电磁波通过净空区域由金属腔体的内侧向金属腔体的外侧传播后，继续沿着该其他产品由内向外的方向进行传播，而不再是向该其他产品的内部全向辐射，因而减小了能量的损失。并且由于WIFI天线结构设置有金属腔体，该金属腔体能够极大的降低WIFI天线结构之外的器件等对天线造成的电磁干扰，因此提升了天线性能，使得WIFI天线结构的应用场景更加广泛。

本申请的一个或多个实施例中，天线3可以包括工作于不同WIFI频段的倒F天线和腔体天线。如图2所示，倒F天线可以包括：接地枝节31和第一辐射枝节32；其中，接地枝节31的第一端电连接于地板区域22，接地枝节31的第二端与第一辐射枝节32的第一端相连，接地枝节31用于调节第一辐射枝节32的阻抗；第一辐射枝节32的两端均固定于净空区域21，用于辐射2.4GHz的电磁波。也就是说，倒F天线可工作于2.4GHz的WIFI频段。进一步的，接地枝节31的粗细、第一辐射枝节32的粗细和弯曲程度等均可以在实际应用中根据需要自行设定，对此本申请中不作具体限定。进一步的，倒F天线即电小天线的一种，具有全向辐射的特性；本申请实施例中通过将倒F天线设置于净空区域21，且由于金属腔体1内的空间很小，电磁波也很难穿透金属腔体1，使得倒F天线辐射的电磁波几乎全部通过净空区域21向金属腔体1的外侧传播，因此，当将该WIFI天线结构设置于其他产品(如AGV汽车等)中时，只要该其他产品的壳体与净空区域21相对应的部分设置为非金属材质或被掏空等，即可使电磁波通过净空区域21由金属腔体1的内侧向金属腔体1的外侧传播后，继续通过该非金属材质或被掏空的区域由该其他产品的内测向外侧进行传播，而不再是向该其他产品的内部全向辐射，因而减小了能量的损失。作为示例，包括该WIFI天线结构的产品如图3所示，其中区域A是与净空区域21相对应的区域，区域A采用采用非金属材质即可使WIFI天线结构辐射的电磁波向该产品的外部辐射。

进一步的，如图2所示，腔体天线包括第二辐射枝节33；第二辐射枝节33的第一端固定于净空区域21，第二辐射枝节33的第二端电连接于地板区域22；第二辐射枝节33向金属腔体1内侧辐射的电磁波经金属腔体反射后形成5GHz的电磁波。也就是说，腔体天线工作于5GHz的WIFI频段。第二辐射枝节33的粗细、弯曲程度等均可在实际应用中根据需要自行设定，对此本申请中不作具体限定。

需要指出的是，本申请实施例提供的WIFI天线结构，不仅能够工作于2.4GHz频段和5GHz频段，还可以通过改变天线配置使WIFI天线结构工作于6GHz频段甚至更高的频段；天线配置的改变方式可以在实际应用中根据需要自行设定，例如增加第二辐射枝节33的数量、增加第二辐射枝节33的宽度等。可见，本申请实施例提供的WIFI天线结构可工作于多个不同的WIFI频段，具有更广阔的应用场景。

为了获得更好的信号增益，以及实现信号的传输，本申请一个或多个实施例中，如图2所示，WIFI天线结构还包括设置于净空区域21的接地共面波导5和阻抗变换传输线6；其中，接地共面波导5的第一端与SMA接头4的第一端相连，接地共面波导5的第二端与阻抗变换传输线6的第一端相连；阻抗变换传输线6的第二端与倒F天线相连，用于调节倒F天线的阻抗。更加具体的，阻抗变换传输线6的第二端与第一辐射枝节32的第二端相连，用于与接地枝节31共同调节第一辐射枝节32的阻抗，使第一辐射枝节32的阻抗与接地共面波导5的阻抗相匹配。进一步的，由于在天线结构的制作过程中，首先调节第一辐射枝节32的阻抗，然后调节第二辐射枝节33的阻抗，且第二辐射枝节33的阻抗受第一辐射枝节32的阻抗的影响，因此，可认为阻抗变换传输线6和接地枝节31对第二辐射枝节33的阻抗具有间接的调节作用。

进一步的，SMA接头4通过接地共面波导5和阻抗变换传输线6为倒F天线直连馈电并为腔体天线耦合馈电。更加具体的，SMA接头4通过接地共面波导5和阻抗变换传输线6为第一辐射枝节32直连馈电，并通过第一辐射枝节32对第二辐射枝节33耦合馈电。

本申请一个或多个实施例中，通过PCB(Printed Circuit Board，印制电路板又称印刷线路板)制造工艺将阻抗变换传输线6设置于净空区域21。通过PCB工艺的分布式走线形式实现阻抗变换，相较于现有的通过分立器件的方式实现阻抗变换，由于减少了分立器件方式中的SMT(Surface Mount Technology，表面贴装技术)贴片工艺，因此降低了天线结构的制作成本。

本申请一个或多个实施例中，与介质基板2的内表面相背的介质基板2的外表面上设置有金属层，如图2所示，介质基板2上还设置有金属化通孔7，地板区域22与外表面上的金属层通过金属化通孔7导通。

考虑到金属腔体1和介质基板2在相关的制作工艺中可能发生微形变，因此，在将介质基板2设置于金属腔体1上时，介质基板2可能与金属腔体1不能充分接触，因而不能确保天线结构的接地性。基于此，本申请一个或多个实施例中，介质基板2的内表面设置有导电泡棉81，金属腔体1上设置有装配槽82；介质基板2设置于金属腔体1上，并使导电泡棉81嵌入至装配槽82中。其中，导电泡棉81的数量可以在实际应用中根据需要自行设定，为了确保介质基板2与金属腔体1的充分接触，保障接地的充分性，优选地，导电泡棉81至少设置两个。以导电泡棉81设置两个为例，导电泡棉81的结构示意图如图5(未示出天线3等结构)所示，相应的如图4所示，在金属腔体1的两个长侧壁上分别设置有装配槽82。

为了使介质基板2稳定的设置于金属腔体1上，本申请一个或多个实施例中，WIFI天线结构还包括第一连接结构，介质基板2通过第一连接结构固定于金属腔体1上。在一个具体的实施例中，如图4和图5所示，第一连接结构包括设置于介质基板2上的连接孔91、螺钉92、设置于金属腔体1上第一螺孔93，其中，螺钉92通过连接孔91螺旋连接至第一螺孔93，从而将介质基板2固定于金属腔体1上，第一螺孔93具有防呆设计，确保了与螺钉92的正确装配。需要指出的是，连接孔91、螺钉92、第一螺孔93的数量和位置均可根据需要自行设定。第一连接结构的连接方式也不限于此，还可以如通过锁扣、卡扣等方式将介质基板2固定于金属腔体1上。

进一步的，考虑到在将WIFI天线结构设置于其他产品(如AGV汽车、LED商业显示屏等)中时，WIFI天线结构可能随该其他产品的晃动而晃动，从而影响天线性能。为了避免WIFI天线结构在该其他产品中晃动，且便于将WIFI天线结构设置于该其他产品中，本申请一个或多个实施例中，金属腔体1上还设置有第二连接结构，WIFI天线结构通过该第二连接结构固定于包括WIFI天线结构的产品中。在一个具体的实施例中，如图4所示，第二连接结构包括第二螺孔100，通过与第二螺孔100相匹配的螺钉(图4中未示出)将WIFI天线结构固定于相应的产品中。需要指出的是，第二连接结构也不限于此，还可以在金属腔体1的外表面上设置定位柱等结构，以将WIFI天线结构固定于相应的产品中。

在一个或多个实施例中，本申请的WIFI天线结构的无源辐射效率如图6和图7所示，其中，图6示出了倒F天线无源辐射效率的曲线图，图7示出了腔体天线无源辐射效率的曲线图。图6和图7中的横轴数值表示频率，单位为MHz。如图6所示，倒F天线在2.4-2.5GHz频段之间的无源辐射效率能够处于40％-50％之间；如图7所示，腔体天线在5.15-2.58GHz频段之间的无源辐射效率能够处于50％-70％之间。在有效的减小了WIFI天线结构之外的其他金属对天线的干扰的情况下，能够满足当前所需的WIFI天线的通讯需求。

本申请提供的WIFI天线结构，通过将介质基板设置于金属腔体上，构成金属腔体的一个表面；以及在介质基板面向金属腔体内侧的内表面上设置净空区域，在该净空区域中设置工作于多个WIFI频段的天线，使得该天线辐射的电磁波可通过净空区域由金属腔体的内侧向金属腔体的外侧传播。因此，在将该WIFI天线结构设置于其他产品(如AGV汽车等)中时，将WIFI天线结构中介质基板的外表面与净空区域相对应的区域，朝向该其他产品由内向外的方向设置，并将该其他产品由内向外的方向所对应的壳体设置为非金属材质(如塑料材质)或掏空等，即可使电磁波通过净空区域由金属腔体的内侧向金属腔体的外侧传播后，继续沿着该其他产品由内向外的方向进行传播，而不再是向该其他产品的内部全向辐射，因而减小了能量的损失。并且由于WIFI天线结构设置有金属腔体，该金属腔体能够极大的降低WIFI天线结构之外的器件等对天线造成的电磁干扰，因此提升天线性能，使得WIFI天线结构的应用场景更加广泛。

基于上述实施例提供的WIFI天线结构，本申请实施例还提供了一种无线通信设备，该无线通信设备包括上述实施例提供的WIFI天线结构；其中，WIFI天线结构中介质基板的外表面与净空区域相对应的区域，朝向该无线通信设备由内向外的方向设置。

其中，无线通信设备包括手机、平板电脑、阅读器、智能穿戴设备、路由器、遥控器等。可以理解的是，该无线通信设备具有WIFI天线结构所具有的一切技术效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种WIFI天线结构，其特征在于，包括：金属腔体、介质基板、工作于多个WIFI频段的天线和SMA接头；

所述介质基板，设置于所述金属腔体上并构成所述金属腔体的任意一个表面；所述介质基板面向所述金属腔体内侧的内表面上设置有净空区域和地板区域；

所述天线，设置于所述净空区域并内置于所述金属腔体内侧，通过所述净空区域向所述金属腔体外侧辐射电磁波；

所述SMA接头的第一端，固定于所述介质基板上并与所述天线相连，为所述天线进行馈电；所述SMA接头的第二端穿透所述金属腔体的一个表面并伸出所述金属腔体。

2.根据权利要求1所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述天线包括：工作于不同WIFI频段的倒F天线和腔体天线。

3.根据权利要求2所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述WIFI天线结构还包括：设置于所述净空区域的接地共面波导和阻抗变换传输线；

所述接地共面波导的第一端与所述SMA接头的第一端相连，所述接地共面波导的第二端与所述阻抗变换传输线的第一端相连；

所述阻抗变换传输线的第二端与所述倒F天线相连；

所述SMA接头通过所述接地共面波导和阻抗变换传输线为所述倒F天线直连馈电并为所述腔体天线耦合馈电。

4.根据权利要求3所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述倒F天线包括：接地枝节和第一辐射枝节；

所述接地枝节的第一端电连接于所述地板区域，所述接地枝节的第二端与所述第一辐射枝节的第一端相连；

所述第一辐射枝节的两端均固定于所述净空区域，辐射2.4GHz的电磁波；

所述阻抗变换传输线的第二端与所述第一辐射枝节的第二端相连。

5.根据权利要求3所述的WIFI天线结构，其特征在于，通过PCB制造工艺将所述阻抗变换传输线设置于所述净空区域。

6.根据权利要求2所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述腔体天线包括：第二辐射枝节；

所述第二辐射枝节的第一端固定于所述净空区域，所述第二辐射枝节的第二端电连接于所述地板区域；所述第二辐射枝节向所述金属腔体内侧辐射的电磁波经所述金属腔体反射后形成5GHz的电磁波。

7.根据权利要求1所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述介质基板的内表面设置有导电泡棉，所述金属腔体上设置有装配槽；

所述介质基板设置于所述金属腔体上，并使所述导电泡棉嵌入至所述装配槽中。

8.根据权利要求1所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述WIFI天线结构还包括：第一连接结构；

所述介质基板通过所述第一连接结构固定于所述金属腔体上。

9.根据权利要求1所述的WIFI天线结构，其特征在于，所述金属腔体上设置有第二连接结构；

所述WIFI天线结构通过所述第二连接结构固定于包括所述WIFI天线结构的产品中。

10.根据权利要求1所述的WIFI天线结构，其特征在于，与所述内表面相背的所述介质基板的外表面上设置有金属层，所述介质基板上还设置有金属化通孔，所述地板区域与所述金属层通过所述金属化通孔导通。

11.一种无线通信设备，其特征在于，包括：权利要求1-10任一项所述的WIFI天线结构；

所述WIFI天线结构中介质基板的外表面与净空区域相对应的区域，朝向所述设备由内向外的方向设置。

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