CN221102434U - 一种具有宽频匹配特性的天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天线技术领域，提供了一种具有宽频匹配特性的天线及通信设备，天线包括：介质基板、设置在介质基板上的天线单元，天线单元包括沿介质基板的第一方向依次连接的第一辐射单元、耦合馈电结构、延展走线结构和第二辐射单元；第一辐射单元包括第一偶极子臂和第二偶极子臂，第一偶极子臂包括2个间隔布置的延展臂和连接在2个延展臂之间的连接臂，延展臂沿第一方向延伸，第二偶极子臂的第一端与连接臂连接，第二偶极子臂与延展臂间隔，第二偶极子臂的第二端连接耦合馈电结构且与耦合馈电结构具有共用部分，延展臂面对第二偶极子臂的边沿第一方向逐渐远离第二偶极子臂，该天线能够增加天线的调试自由度，实现宽频阻抗匹配特性。

Description

一种具有宽频匹配特性的天线及通信设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，更具体地说，涉及一种具有宽频匹配特性的天线及通信设备。

背景技术

随着互联网的快速发展，人们对通信设备的数据传输速率和收发性能有了更高的需求。天线作为通信设备用于收发信号的重要组成部分，其性能的优劣将会直接影响移动设备的通信质量。现代移动通信中常通过使用高增益天线阵提升通信设备的传输速率和信号强度。富兰克林天线是一种常见的高增益天线阵，通过调整各个振子之间的相位获得不同的辐射性能，常用于各种现代通信设备中。

然而，天线作为通信设备的一部分，并非是独立的，需适配不同的整机环境。尤其对于内置天线，复杂的整机环境常常会使天线本身的匹配恶化、带宽变小。因此为了天线能适配多样的整机环境，常在硬件主板上增加天线匹配电路来增加天线的调试自由度，实现宽频阻抗匹配特性等。而天线匹配网络需额外占用硬件板空间，同时会带来额外的损耗和成本。

实用新型内容

本实用新型主要目的是提供一种具有宽频匹配特性的天线，旨在解决现有技术中通过增加天线匹配电路以增加天线调试自由度时占用空间大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种具有宽频匹配特性的天线，其中，包括：

介质基板、设置在所述介质基板上的天线单元，所述天线单元包括沿所述介质基板的第一方向依次连接的第一辐射单元、耦合馈电结构、延展走线结构和第二辐射单元；

所述第一辐射单元包括第一偶极子臂和第二偶极子臂，所述第一偶极子臂包括2个间隔布置的延展臂和连接在2个所述延展臂之间的连接臂，所述延展臂沿所述第一方向延伸，所述第二偶极子臂的第一端与所述连接臂连接，所述第二偶极子臂与所述延展臂间隔，所述第二偶极子臂的第二端连接所述耦合馈电结构且与所述耦合馈电结构具有共用部分，所述延展臂面对所述第二偶极子臂的边沿所述第一方向逐渐远离所述第二偶极子臂。

进一步地，所述第二偶极子臂沿所述第一方向形成阶梯结构。

进一步地，所述延展臂面对所述第二偶极子臂的边形成沿所述第一方向逐渐远离所述第二偶极子臂的曲线。

进一步地，所述耦合馈电结构包括被包绕部和具有凹口的包绕部，所述被包绕部位于所述凹口中且与所述包绕部间隔，所述第二偶极子臂的第二端连接所述被包绕部且与所述被包绕部具有共用部分，所述包绕部远离所述第二偶极子臂的一端与所述延展走线结构连接。

进一步地，所述耦合馈电结构包括阻抗匹配结构，所述阻抗匹配结构的两端分别连接所述包绕部与延展走线结构。

进一步地，所述延展走线结构具有多个弯折部。

进一步地，所述弯折部为直角弯折部或圆弧角弯折部。

进一步地，所述第二辐射单元包括沿所述第一方向依次连接的第一部段和第二部段，所述第一部段与所述延展走线结构连接。

进一步地，所述第一方向对应所述介质基板的长度方向。

此外，本实用新型还提供一种通信设备，其中，所述通信设备包括上述的具有宽频匹配特性的天线。

进一步地，所述第一方向对应所述介质基板的长度方向。

本申请提供的具有宽频匹配特性的天线的有益效果在于：

由于本实用新型实施例提供的具有宽频匹配特性的天线中，所述第一辐射单元包括第一偶极子臂和第二偶极子臂，所述延展臂面对所述第二偶极子臂的边沿所述第一方向逐渐远离所述第二偶极子臂，第二偶极子臂与延展臂间隔，所以第二偶极子臂与延展臂之间存在缝隙，而第二偶极子臂与所述延展臂之间的缝隙直接影响天线的输入阻抗，从而影响天线匹配。随缝隙大小变化，天线输入阻抗的实部和虚部均会改变。不同频率下，天线输入阻抗的变化规律不一致。随着天线的工作频率的改变，该缝隙大小可变化，延展臂面对第二偶极子臂的边沿第一方向逐渐远离第二偶极子臂，所以延展臂与第二偶极子臂之间缝隙宽度是渐变的，所以便于分段调节缝隙宽度增加天线的调试自由度，实现宽频阻抗匹配特性。

进一步的方案中，由于所述第二偶极子臂沿所述第一方向形成阶梯结构。第二偶极子臂的宽度影响其输入阻抗的大小，长度会影响阻抗和工作频段，所以第二偶极子臂的阶梯结构同样便于分段调节长宽尺寸来达到灵活调节阻抗和工作频段等参数，无需增加天线匹配电路，占用空间小。

进一步的方案中，所述延展臂面对所述第二偶极子臂的边形成沿所述第一方向逐渐远离所述第二偶极子臂的曲线，相当于形成了曲线渐变结构，使用曲线的话，这一段曲线上每一个点的斜率可以随意调控，即延展臂和第二偶极子臂之间的每一处缝隙的宽度都是可以随意调控的，可调试的自由度更大，方便调节不同位置处延展臂和第二偶极子臂之间的间距，且变化平缓，不会有阻抗突变的点，可以更方便调控不同频率下的匹配，易于得到一个随频率平缓变化的阻抗，以便实现宽带化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例所提供的具有宽频匹配特性的天线的平面示意图；

图2为本申请的另一个实施例所提供的具有宽频匹配特性的天线的平面示意图；

图3为本申请的又一个实施例所提供的具有宽频匹配特性的天线的平面示意图；

图4为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线的S11曲线图；

图5为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线的辐射效率曲线图；

图6为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线的峰值增益曲线图；

图7为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线在5G频段的水平面方向图；

图8为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线在不同频率下的辐射方向图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-介质基板； 100-第一辐射单元；

101-第一偶极子臂； 102-第二偶极子臂；

103-延展臂； 104-连接臂；

200-耦合馈电结构； 201-包绕部；

202-被包绕部； 203-矩形阻抗匹配结构；

300-延展走线结构； 400-第二辐射单元；

401-第一部段； 402-第二部段。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设处于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

参见图1至图3，本实用新型实施例提供一种具有宽频匹配特性的天线，尤其是一种具有宽频匹配的富兰克林天线，其中，包括：

介质基板1、设置在介质基板1上的天线单元，具体可以印制在介质基板1的正面，天线单元包括沿介质基板1的第一方向L依次连接的第一辐射单元100、耦合馈电结构200、延展走线结构300和第二辐射单元400，其中，介质基板1的材质可以是FR-4，介电常数为4.4，其尺寸的一种实施例可以是长×宽×厚为：64mm×7.5mm×0.8mm，但可以理解的是，介质基板1并不局限于该尺寸参数；

第一辐射单元100包括第一偶极子臂101和第二偶极子臂102，第一偶极子臂101包括2个间隔布置的延展臂103和连接在2个延展臂103之间的连接臂104，延展臂103沿第一方向L延伸，第二偶极子臂102的第一端与连接臂104连接，第二偶极子臂102与延展臂103间隔，第二偶极子臂102的第二端连接耦合馈电结构200且与耦合馈电结构200具有共用部分(具有共用部分的含义是，下文提到耦合馈电结构200包括被包绕部202和具有凹口的包绕部201，而被包绕部202又属于第二偶极子臂102的一部分)，延展臂103面对第二偶极子臂102的边沿第一方向L逐渐远离第二偶极子臂102。

由于本实用新型实施例提供的具有宽频匹配特性的天线中，第一辐射单元100包括第一偶极子臂101和第二偶极子臂102，延展臂103面对第二偶极子臂102的边沿第一方向L逐渐远离第二偶极子臂102，第二偶极子臂102与延展臂103间隔，所以第二偶极子臂102与延展臂103之间存在缝隙，而第二偶极子臂102与延展臂103之间的缝隙直接影响天线的输入阻抗，从而影响天线匹配。随缝隙大小变化，天线输入阻抗的实部和虚部均会改变。不同频率下，天线输入阻抗的变化规律不一致。随着天线的工作频率的改变，该缝隙大小可变化，延展臂103面对第二偶极子臂102的边沿第一方向L逐渐远离第二偶极子臂102，所以延展臂103与第二偶极子臂102之间缝隙宽度是渐变的，所以便于分段调节缝隙宽度增加天线的调试自由度，实现宽频阻抗匹配特性等。

根据本实用新型的一个实施例，第二偶极子臂102沿第一方向L形成阶梯结构，由于第二偶极子臂102沿第一方向L形成阶梯结构，例如逐级增宽的阶梯结构，但不限于逐级增宽的形式，第二偶极子臂102的宽度影响其输入阻抗的大小，长度会影响阻抗和工作频段，所以第二偶极子臂102的阶梯结构同样便于分段调节长宽尺寸来达到灵活调节阻抗和工作频段等参数。宽度对阻抗的影响在不同频段内有不同的表现，呈现阶段式规律性，例如在低频随宽度增加阻抗实部变小，虚部减小；在高频规律反之，并且无需增加天线匹配电路，占用空间小。

根据本实用新型的优选实施例，延展臂103面对第二偶极子臂102的边形成沿第一方向L逐渐远离第二偶极子臂102的曲线，相当于形成了曲线渐变结构，使用曲线的话，这一段曲线上每一个点的斜率可以随意调控，即延展臂103和第二偶极子臂102之间的每一处缝隙的宽度都是可以随意调控的，可调试的自由度更大，方便调节不同位置处延展臂103和第二偶极子臂102之间的间距，且变化平缓，不会有阻抗突变的点，可以更方便调控不同频率下的匹配，易于得到一个随频率平缓变化的阻抗，以便实现宽带化。

根据本实用新型的一个实施例，连接臂104的一端连接在一个延展臂103的中部，但是并不局限于连接在中部，连接臂104的另一端连接在另一个延展臂103的中部，但是并不局限于连接在中部，具体可以使得第一偶极子臂101类H型结构。

根据本实用新型的一个实施例，耦合馈电结构200包括被包绕部202和具有凹口的包绕部201，被包绕部202位于凹口中且与包绕部201间隔从而具有缝隙，第二偶极子臂102的第二端连接被包绕部202且与被包绕部202具有共用部分，包绕部201远离第二偶极子臂102的一端与延展走线结构300连接，可以通过缝隙耦合馈电将电流从第二偶极子臂102的第二端传到耦合馈电结构200的包绕部201，由于第二偶极子臂102的第二端与被包绕部202具有共用部分，第二偶极子臂102的第二端的宽度(被包绕部202的宽度)直接影响耦合馈电结构200的耦合馈电的效果，宽度越宽，则被包绕与包绕部201缝隙变小，输入阻抗容性增强；宽度越窄，则被包绕与包绕部201缝隙变宽，输入阻抗容性减弱。

根据本实用新型的一个实施例，耦合馈电结构200包括阻抗匹配结构，阻抗匹配结构的两端分别连接包绕部201与延展走线结构300，阻抗匹配结构具体可以是矩形阻抗匹配结构203，该矩形阻抗匹配结构203可以微调阻抗，可通过调整矩形阻抗匹配结构203的长度和宽度调整天线匹配，其变化规律随频率变化不一致，有一定的周期变化趋势，可认为是一小段传输线，例如，在5G频段内，增加矩形阻抗匹配结构203的宽度，阻抗减小；增加矩形阻抗匹配结构203的长度，感性增加。

参见图1至图3，根据本实用新型的一个实施例，延展走线结构300具有多个弯折部，弯折部将反向电流弯折，减少反向电流的辐射，优化天线增益。通过延展走线结构300的长度，可使得该天线在指定频段内实现高增益性能，延展走线结构300的具体的弯折部的构型不受特别的限制，例如可以沿介质基板1的长度方向和宽度方向弯折延伸，也可以相对于介质基板1的长度方向和宽度方向倾斜地弯折延伸等等。

本实施例中，弯折部具体可以是直角弯折部(见图1、图3)或圆弧角弯折部(见图2)，还可以是钝角弯折部或锐角弯折部，直角弯折部表示形成该弯折部的两段走线之间为直角过渡，圆弧角弯折部表示形成该弯折部的两段走线之间为圆弧角过渡，以此类推。

根据本实用新型的一个实施例，第一辐射单元100和第二辐射单元400长度都大致为1/2的天线波长，为半波振子，可组成二元天线阵列，比单个天线增益要高。他们各自的长度尺寸主要用于调整天线的工作频率，第一辐射单元100和第二辐射单元400组阵，可实现高增益。

根据本实用新型的一个实施例，第二辐射单元400包括沿第一方向L依次连接的第一部段401和第二部段402，第一部段401与延展走线结构300连接，第二部段402的宽度大于第一部段401的宽度，当然，实际上第二辐射单元400可以有更多可能形状设计，例如第二部段402的宽度小于第一部段401的宽度，例如仅为一个整体的矩形等等，而不限于本实施例的情况。

根据本实用新型的一个实施例，第一方向L对应介质基板1的长度方向，也即是说，第一辐射单元100、耦合馈电结构200、延展走线结构300和第二辐射单元400沿介质基板1的长度方向依次布置。

本实用新型实施例提供的具有宽频匹配特性的天线，第一辐射单元100和第二辐射单元400之间通过缝隙来进行耦合馈电，实现宽频阻抗匹配特性。同时单元内部通过多枝节阻抗变换结构(阶梯结构)和曲线渐变缝隙结构(延展臂103的曲线与第二偶极子臂102之间的缝隙)进一步扩展天线带宽。图4为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线的S11曲线图，从图4可以看出，该天线在3.77GHz-9.75GHz整个频带内的S11<-10dB，具有明显的宽频匹配特征。图5为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线的辐射效率曲线图，从图5可以看出，该天线在3.36GHz以上频段的天线辐射效率大于90％，具有超宽的辐射带宽。图6为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线的峰值增益曲线图，从图6可以看出，该天线在其工作频段内的峰值增益大小，近似都大于2dBi，其随频率的变化具有一定的周期性变化规律。图7为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线在5G频段的水平面方向图，从图7可以看出，该天线在5G频段内水平面增益均在4.1dBi以上，具有明显的全向性与高增益特性。图8为本申请实施例提供的具有宽频匹配特性的天线在不同频率下的辐射方向图，用于分别展示在工作频段内不同频率(4GHz、5GHz、7GHz、8.5GHz)下呈现不同的方向图特性。

此外，本实用新型还提供一种通信设备，其中，所述通信设备包括上述的具有宽频匹配特性的天线，该通信设备具体可以是路由器等等。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，包括：

介质基板、设置在所述介质基板上的天线单元，所述天线单元包括沿所述介质基板的第一方向依次连接的第一辐射单元、耦合馈电结构、延展走线结构和第二辐射单元；

所述第一辐射单元包括第一偶极子臂和第二偶极子臂，所述第一偶极子臂包括2个间隔布置的延展臂和连接在2个所述延展臂之间的连接臂，所述延展臂沿所述第一方向延伸，所述第二偶极子臂的第一端与所述连接臂连接，所述第二偶极子臂与所述延展臂间隔，所述第二偶极子臂的第二端连接所述耦合馈电结构且与所述耦合馈电结构具有共用部分，所述延展臂面对所述第二偶极子臂的边沿所述第一方向逐渐远离所述第二偶极子臂。

2.根据权利要求1所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述第二偶极子臂沿所述第一方向形成阶梯结构。

3.根据权利要求1所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述延展臂面对所述第二偶极子臂的边形成沿所述第一方向逐渐远离所述第二偶极子臂的曲线。

4.根据权利要求1所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述耦合馈电结构包括被包绕部和具有凹口的包绕部，所述被包绕部位于所述凹口中且与所述包绕部间隔，所述第二偶极子臂的第二端连接所述被包绕部且与所述被包绕部具有共用部分，所述包绕部远离所述第二偶极子臂的一端与所述延展走线结构连接。

5.根据权利要求4所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述耦合馈电结构包括阻抗匹配结构，所述阻抗匹配结构的两端分别连接所述包绕部与延展走线结构。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述延展走线结构具有多个弯折部。

7.根据权利要求6所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述弯折部为直角弯折部或圆弧角弯折部。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述第二辐射单元包括沿所述第一方向依次连接的第一部段和第二部段，所述第一部段与所述延展走线结构连接。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的具有宽频匹配特性的天线，其特征在于，所述第一方向对应所述介质基板的长度方向。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括根据权利要求1至9中任意一项所述的具有宽频匹配特性的天线。