CN116666957A - 双频天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种双频天线，包括：介质载板、第一辐射体、第二辐射体、耦合辐射体和同轴电缆。第一辐射体、第二辐射体和耦合辐射体设置于介质载板的第一表面，耦合辐射体位于第一辐射体与第二辐射体之间且分别与第一辐射体和第二辐射体间隔设置。同轴电缆包括内部导体、第一绝缘层、外部导体和第二绝缘层，第一绝缘层包覆部分内部导体，使裸露的内部导体电性连接第一辐射体；外部导体包覆部分第一绝缘层；第二绝缘层包覆部分外部导体，使裸露的外部导体电性连接第二辐射体。第一辐射体与第二辐射体产生第一共振模态；耦合辐射体分别与第一辐射体和第二辐射体耦合而产生第二共振模态；第二共振模态的中心频率大于第一共振模态的中心频率。

Description

双频天线

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种双频天线。

背景技术

用来收发射频信号的天线是无线通信装置中最重要的组件之一，为了获得较佳的通信质量，无线通信装置通常采用具备良好的天线特性及全向辐射场型的偶极天线。

随着无线射频技术的快速发展，配置在无线通信装置内的偶极天线需要支援多频的用途。多数偶极天线为了具备双频带操作特性，其结构设计通常较为复杂，导致偶极天线的辐射场型无法达成良好全向性效果，或导致偶极天线的整体尺寸较大，不符合无线通信装置朝轻、薄、短、小的发展需求。

因此，如何提供一种具备全向辐射场型的小型化双频天线，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种双频天线，其能够解决现有具备双频带操作特性的偶极天线因其结构设计复杂，导致无法具备良好的全向辐射场型或整体尺寸较大的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请提供了一种双频天线，包括：介质载板、第一辐射体、第二辐射体、耦合辐射体和同轴电缆。介质载板包括第一表面，第一辐射体、第二辐射体和耦合辐射体设置于第一表面，耦合辐射体位于第一辐射体与第二辐射体之间，耦合辐射体分别与第一辐射体和第二辐射体在第一表面上间隔设置。同轴电缆包括内部导体、第一绝缘层、外部导体和第二绝缘层，第一绝缘层包覆内部导体的部分表面，使内部导体的一端裸露，且裸露的内部导体电性连接第一辐射体；外部导体包覆第一绝缘层的部分表面；第二绝缘层包覆外部导体的部分表面，使部分外部导体裸露，且裸露的外部导体电性连接第二辐射体。其中，内部导体电性连接第一辐射体，外部导体电性连接第二辐射体，使第一辐射体与第二辐射体产生第一共振模态；耦合辐射体分别与第一辐射体和第二辐射体耦合而产生第二共振模态，第二共振模态的中心频率大于第一共振模态的中心频率。

在本申请实施例的双频天线中，通过在介质载板的第一表面上间隔设置的第一辐射体、第二辐射体和耦合辐射体(耦合辐射体位于第一辐射体与第二辐射体之间)，同轴电缆的内部导体电性连接第一辐射体，以及同轴电缆的外部导体电性连接第二辐射体，使得第一辐射体与第二辐射体产生第一共振模态，耦合辐射体分别与第一辐射体和第二辐射体相互耦合并产生不同于第一共振模态的第二共振模态。因此，本申请实施例的双频天线可在整体尺寸减少的情况下达成全向辐射特性和符合双频通信需求，且结构简单，加工容易，可应用在不同无线通信装置。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明被配置为解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的双频天线的一实施例立体图；

图2为图1中区域A的放大示意图；

图3为图1中区域B的放大示意图；

图4为图1的双频天线的第一共振模态在XOY平面的辐射场型图；

图5为图1的双频天线的第二共振模态在XOY平面的辐射场型图；

图6为现有具备双频带操作特性的偶极天线的立体图；

图7为图1的双频天线和图6的偶极天线的S参数曲线图；

图8为图1的双频天线和图6的偶极天线在2.45G频段的天线效率图；

图9为图1的双频天线和图6的偶极天线在5.5G频段的天线效率图；

图10为图1的双频天线具有不同第一缝隙与第二缝隙的S参数曲线图；

图11为本申请的双频天线的另一实施例立体图；以及

图12为图11中区域C的放大示意图。

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。

必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是被配置为表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件，或以上的任意组合。

必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。

另外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如在本文中可以使用诸如“之下”、“下方”、“上方”、“之上”等空间相对术语，以描述一个元件或特征与另一个(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的如图中所示的关系。

请参阅图1至图3，图1为本申请的双频天线的一实施例立体图，图2为图1中区域A的放大示意图，图3为图1中区域B的放大示意图。如图1至图3所示，双频天线1包括：介质载板11、第一辐射体12、第二辐射体13、耦合辐射体14和同轴电缆15。其中，介质载板11可为但不限于环氧玻璃纤维板(Flame Retardant 4，FR4)基板、印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)，或是软性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，第一辐射体12、第二辐射体13和耦合辐射体14皆可用金属材质制成，例如：铜、银、铝、铁，或是其合金。

在本实施例中，介质载板11包括彼此相对的第一表面111与第二表面112，第一辐射体12、第二辐射体13和耦合辐射体14设置于第一表面111，耦合辐射体14位于第一辐射体12与第二辐射体13之间，耦合辐射体14分别与第一辐射体12和第二辐射体13在第一表面111上间隔设置。也就是说，第一辐射体12、第二辐射体13和耦合辐射体14设置于介质载板11的同一表面(即第一表面111)，因此，介质载板11可为但不限于单面板，从而降低双频天线1的制作成本；同时，双频天线1可通过第二表面112上设置背胶的方式配置于无线通信装置，所述背胶不会影响双频天线1的辐射特性。

在本实施例中，耦合辐射体14、第一辐射体12和第二辐射体13可分别为平面结构；具体地，耦合辐射体14、第一辐射体12和第二辐射体13可分别为设置于第一表面111的矩形平面结构，但本实施例并非用以限定本申请。举例而言，耦合辐射体14、第一辐射体12和第二辐射体13可分别为设置于第一表面111的任何几何图形的平面结构；或者，耦合辐射体14、第一辐射体12和/或第二辐射体13可分别为立体结构，即耦合辐射体14、第一辐射体12和/或第二辐射体13除了设置于第一表面111上的平面结构外，还可包括朝远离第一表面111方向延伸的辐射枝节。

由于耦合辐射体14、第一辐射体12和第二辐射体13可分别为平面结构，第一辐射体12、第二辐射体13和耦合辐射体14设置于介质载板11的同一表面，且第一辐射体12、第二辐射体13和耦合辐射体14皆可用金属材质制成，因此，可通过贴片方式或印刷方式将耦合辐射体14、第一辐射体12和第二辐射体13设置于第一表面111上，加工容易。

在本实施例中，同轴电缆15包括内部导体151、第一绝缘层152、外部导体153和第二绝缘层154，第一绝缘层152包覆内部导体151的部分表面，使内部导体151的一端裸露，且裸露的内部导体151电性连接第一辐射体12；外部导体153包覆第一绝缘层152的部分表面；第二绝缘层154包覆外部导体153的部分表面，使部分外部导体153裸露，且裸露的外部导体153电性连接第二辐射体13。其中，内部导体151可为但不限于镀银铜导体，第一绝缘层152可为但不限于聚四氟乙烯绝缘层，外部导体153可为但不限于镀银铜线绕包层，第二绝缘层154可为但不限于聚氯乙烯绝缘层；裸露的外部导体153与裸露的第一绝缘层152可间隔一距离；可通过焊接方式将裸露的内部导体151电性连接第一辐射体12和裸露的外部导体153电性连接第二辐射体13(即通过焊接金属50将裸露的内部导体151电性连接第一辐射体12和裸露的外部导体153电性连接第二辐射体13)。

在本实施例中，内部导体151电性连接第一辐射体12，外部导体153电性连接第二辐射体13，使第一辐射体12与第二辐射体13产生第一共振模态(即通过同轴电缆15激发第一辐射体12与第二辐射体13产生第一共振模态)；耦合辐射体14分别与第一辐射体12和第二辐射体13耦合而产生第二共振模态，第二共振模态的中心频率大于第一共振模态的中心频率。其中，第一共振模态的中心频率可为但不限于2.45吉赫(GHz)，第二共振模态的中心频率可为但不限于5.5GHz(即双频天线1的工作频段可为但不限于2.45G频段和5.5G频段)；第一共振模态可为二分之一波长共振模态(即第一共振模态的中心频率对应于第一波长，在第一表面111上第一辐射体12远离耦合辐射体14的一端和第二辐射体13远离耦合辐射体14的一端之间的长度L的大小为第一波长的二分之一)；由于同轴电缆15的内部导体151会产生电感效应，因此，可减少第一辐射体12在第一表面111上的长度L1和第二辐射体13在第一表面111上的长度L2。

请参阅图4和图5，图4为图1的双频天线的第一共振模态在XOY平面的辐射场型图，图5为图1的双频天线的第二共振模态在XOY平面的辐射场型图，其中，粗虚线为Theta极化场型(即垂直极化辐射)，细虚线为Phi极化场型(即水平极化辐射)，细实线为综合(Total)场型。如图4和图5所示，可明显看出双频天线1具有良好的垂直水平极化比，达成全向辐射特性(即具备良好的收发效能)；Theta极化场型与综合场型几乎一致。

请参阅图1和图6至图9，图6为现有具备双频带操作特性的偶极天线的立体图；图7为图1的双频天线和图6的偶极天线的S参数(S-Parameter)曲线图，其中，横轴代表工作频率，单位：GHz，纵轴代表S11参数，单位：dB，虚线为图6的偶极天线的S参数曲线，实线为图1的双频天线的S参数曲线；图8为图1的双频天线和图6的偶极天线在2.45G频段的天线效率图，图9为图1的双频天线和图6的偶极天线在5.5G频段的天线效率图，其中，横轴代表工作频率，单位：GHz，纵轴代表效率百分比，单位：％，虚线为图6的偶极天线的天线效率曲线，实线为图1的双频天线的天线效率曲线。

如图6所示，偶极天线2包括间隔设置的第一辐射管体21和第二辐射管体22、固定环23、同轴电缆24和热缩套管25；同轴电缆24穿过第二辐射管体22并凸出第二辐射管体22，同轴电缆24的内部导体与第一辐射管体21电性连接，同轴电缆24的外部导体与第二辐射管体22电性连接，以使第一辐射管体21的第一辐射部211和第二辐射管体22的第二辐射部221产生低频(即2.45G频段)的共振模态，第一辐射管体21的第三辐射部212和第二辐射管体22的第四辐射部222产生高频(即5.5G频段)的共振模态；固定环23用于固定连接同轴电缆24和第二辐射管体22；热缩套管25用于固定连接间隔设置的第一辐射管体21和第二辐射管体22，并避免同轴电缆24与第二辐射管体22和第一辐射管体21的电性连接处断裂。因此，现有具备双频带操作特性的偶极天线2的结构设计较图1的双频天线1复杂。另外，图6的偶极天线2的整体长度为52毫米(mm)，图1的双频天线1的整体长度为35mm，可知偶极天线2的整体长度比双频天线1的整体长度大(双频天线1的长度可比偶极天线2的长度减少约33％)。在一些实施例中，双频天线1的长度可比现有具备双频带操作特性的偶极天线2的长度减少30％至40％。

如图7至图9所示，可明显看出双频天线1和偶极天线2在2.45G频段和5.5G频段的天线效率差不多的情况下，双频天线1相对偶极天线2具有良好的双频带操作特性。

从上述可知，双频天线1相对偶极天线2可在整体尺寸减少的情况下达成全向辐射特性和符合双频通信需求，且结构简单，加工容易。

在一实施例中，内部导体151与第一辐射体12之间的电性连接处(即图2中焊接金属50的位置)和外部导体153与第二辐射体13之间的电性连接处(即图3中焊接金属50的位置)可沿同轴电缆15的延伸方向E间隔设置。因此，有利于同轴电缆15的配置。

在一实施例中，第一共振模态的中心频率可通过在第一表面111上第一辐射体12远离耦合辐射体14的一端和第二辐射体13远离耦合辐射体14的一端之间的长度L的大小(即双频天线1的整体长度)进行调节，第二共振模态的中心频率可通过耦合辐射体14与第一辐射体12之间在第一表面111的第一缝隙G1的大小和耦合辐射体14与第二辐射体13之间在第一表面111的第二缝隙G2的大小进行调节。具体地，第一辐射体12和第二辐射体13可构成偶极天线，可通过长度L的大小调整第一共振模态的工作频率与中心频率；第一缝隙G1和第二缝隙G2可作为两个电容，可通过第一缝隙G1和第二缝隙G2的大小调整第二共振模态的工作频率与中心频率。也就是说，双频天线1的工作频段(即第一共振模态和所述第二共振模态的工作频率的频率比)可依据需求进行调整，使得双频天线1可应用于不同无线通信产品中。

在一实施例中，耦合辐射体14与第一辐射体12之间在第一表面111的第一缝隙G1的大小可等于耦合辐射体14与第二辐射体13之间在第一表面111的第二缝隙G2的大小。在另一实施例中，耦合辐射体14与第一辐射体12之间在第一表面111的第一缝隙G1的大小可不同于耦合辐射体14与第二辐射体13之间在第一表面111的第二缝隙G2的大小。需注意的是，第一缝隙G1和第二缝隙G2的大小调整会影响第二共振模态上的阻抗匹配。

请参阅图10，其为图1的双频天线具有不同第一缝隙与第二缝隙的S参数曲线图，其中，第一缝隙G1的大小等于第二缝隙G2的大小，实线是第一缝隙G1为0.5毫米(mm)时的S参数曲线，粗虚线是第一缝隙G1为0.75mm时的S参数曲线，细虚线是第一缝隙G1为0.5mm时的S参数曲线。如图10所示，可明显看出耦合辐射体14与第一辐射体12之间在第一表面111的第一缝隙G1越大(即耦合辐射体14的长度L3越小)，第二共振模态的中心频率越大。

请参阅图11和图12，图11为本申请的双频天线的另一实施例立体图，图12为图11中区域C的放大示意图。如图11和图12所示，双频天线3包括介质载板31、第一辐射体32、第二辐射体33、耦合辐射体34和同轴电缆35。介质载板31包括第一表面311，第一辐射体32、第二辐射体33和耦合辐射体34设置于第一表面311，耦合辐射体34位于第一辐射体32与第二辐射体33之间，耦合辐射体34分别与第一辐射体32和第二辐射体33在第一表面311上间隔设置。

在本实施例中，第二辐射体33包括朝第一辐射体32延伸的延伸段331，耦合辐射体34可包括第一子辐射体341与第二子辐射体342，延伸段331、第一子辐射体341与第二子辐射体342设置于第一表面311，延伸段331配置于第一子辐射体341与第二子辐射体342之间，延伸段331分别与第一子辐射体341和第二子辐射体342间隔设置。其中，延伸段331的形状可为但不限于三角形、矩形或任何几何图形。

在本实施例中，同轴电缆35包括内部导体351、第一绝缘层352、外部导体353和第二绝缘层354，第一绝缘层352包覆内部导体351的部分表面，使内部导体351的一端裸露，且裸露的内部导体351电性连接第一辐射体32；外部导体353包覆第一绝缘层352的部分表面；第二绝缘层354包覆外部导体353的部分表面，使部分外部导体353裸露，且裸露的外部导体353电性连接第二辐射体33的延伸段331。

在本实施例中，内部导体351电性连接第一辐射体32，外部导体353电性连接第二辐射体33的延伸段331，使第一辐射体32与第二辐射体33产生第一共振模态；耦合辐射体34分别与第一辐射体32和第二辐射体33耦合而产生第二共振模态，第二共振模态的中心频率大于第一共振模态的中心频率。

在一实施例中，延伸段331与第一辐射体32在第一表面311上间隔设置，裸露的外部导体353与裸露的第一绝缘层352相邻。具体地，由于图1的同轴电缆15中裸露的外部导体153与裸露的第一绝缘层152间隔一距离，不利于同轴电缆15的加工，因此，通过延伸段331与第一辐射体32在第一表面311上间隔设置的设计，使得同轴电缆35中裸露的外部导体353与裸露的第一绝缘层352相邻，从而便于同轴电缆35的加工使用。其中，可通过焊接方式将裸露的内部导体351电性连接第一辐射体32和裸露的外部导体353电性连接第二辐射体33的延伸段331(即通过焊接金属50将裸露的内部导体351电性连接第一辐射体32和裸露的外部导体353电性连接第二辐射体33的延伸段331)。

综上所述，本申请的双频天线通过在介质载板的第一表面上间隔设置的第一辐射体、第二辐射体和耦合辐射体(耦合辐射体位于第一辐射体与第二辐射体之间)，同轴电缆的内部导体电性连接第一辐射体，以及同轴电缆的外部导体电性连接第二辐射体，使得第一辐射体与第二辐射体产生第一共振模态，耦合辐射体分别与第一辐射体和第二辐射体相互耦合并产生不同于第一共振模态的第二共振模态。因此，本申请的双频天线可在整体尺寸减少的情况下达成全向辐射特性和符合双频通信需求，且结构简单，加工容易，可应用在不同无线通信装置。

虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非被配置为限缩本发明。相反地，此发明涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (12)

1.一种双频天线，其特征在于，包括：

介质载板，包括第一表面；

第一辐射体，设置于所述第一表面；

第二辐射体，设置于所述第一表面；

耦合辐射体，设置于所述第一表面且位于所述第一辐射体与所述第二辐射体之间，所述耦合辐射体分别与所述第一辐射体和所述第二辐射体在所述第一表面上间隔设置；以及

同轴电缆，包括内部导体、第一绝缘层、外部导体和第二绝缘层，其中，所述第一绝缘层包覆所述内部导体的部分表面，使所述内部导体的一端裸露，且裸露的所述内部导体电性连接所述第一辐射体；所述外部导体包覆所述第一绝缘层的部分表面；所述第二绝缘层包覆所述外部导体的部分表面，使部分所述外部导体裸露，且裸露的所述外部导体电性连接所述第二辐射体；

其中，所述内部导体电性连接所述第一辐射体，所述外部导体电性连接所述第二辐射体，使所述第一辐射体与所述第二辐射体产生第一共振模态；所述耦合辐射体分别与所述第一辐射体和所述第二辐射体耦合而产生第二共振模态，所述第二共振模态的中心频率大于所述第一共振模态的中心频率。

2.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述介质载板为单面板。

3.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述第二辐射体包括朝所述第一辐射体延伸的延伸段，所述耦合辐射体包括第一子辐射体与第二子辐射体，所述延伸段、所述第一子辐射体与所述第二子辐射体设置于所述第一表面，所述延伸段配置于所述第一子辐射体与所述第二子辐射体之间，所述延伸段分别与所述第一子辐射体和所述第二子辐射体间隔设置，所述延伸段与裸露的所述外部导体电性连接。

4.如权利要求3所述的双频天线，其特征在于，所述延伸段与所述第一辐射体在所述第一表面上间隔设置，裸露的所述外部导体与裸露的所述第一绝缘层相邻。

5.如权利要求3所述的双频天线，其特征在于，所述延伸段的形状是三角形、矩形或任何几何图形。

6.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述耦合辐射体、所述第一辐射体和所述第二辐射体分别为平面结构或立体结构。

7.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述第一共振模态的所述中心频率通过在所述第一表面上所述第一辐射体远离所述耦合辐射体的一端和所述第二辐射体远离所述耦合辐射体的一端之间的长度大小进行调节。

8.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述第一共振模态是二分之一波长共振模态。

9.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述第二共振模态的所述中心频率通过所述耦合辐射体与所述第一辐射体之间在所述第一表面的第一缝隙的大小和所述耦合辐射体与所述第二辐射体之间在所述第一表面的第二缝隙的大小进行调节。

10.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述耦合辐射体与所述第一辐射体之间在所述第一表面的第一缝隙的大小等于所述耦合辐射体与所述第二辐射体之间在所述第一表面的第二缝隙的大小。

11.如权利要求10所述的双频天线，其特征在于，所述耦合辐射体与所述第一辐射体之间在所述第一表面的所述第一缝隙越大，所述第二共振模态的所述中心频率越大。

12.如权利要求1所述的双频天线，其特征在于，所述内部导体与所述第一辐射体之间的电性连接处和所述外部导体与所述第二辐射体之间的电性连接处沿所述同轴电缆的延伸方向间隔设置。