一種雙頻內置天線及其設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙頻內置天線及其設計方法。雙頻內置天線包括：低頻信號輻射段，包括構成低頻雙極子振子且軸對稱設置的低頻饋電臂和低頻接地臂；高頻信號輻射段，包括構成高頻雙極子振子且軸對稱設置的高頻饋電臂和高頻接地臂；饋電段和接地段，分別從高頻饋電臂和高頻接地臂相向延伸而出，饋電段和接地段呈一定的間距并相互交錯；兩個阻抗匹配段，分別連接低頻饋電臂與高頻饋電臂、低頻接地臂與高頻接地段；介質基板，將雙頻內置天線的各部件定位在PCB基板的頂表面上。連接的饋電段和第一阻抗匹配段與連接的接地段和第二阻抗匹配段之間存在彎折的縫隙，調節縫隙的寬度可調節天線的輸入阻抗，使輸入阻抗與射頻同軸線的特性阻抗共軛匹配。
【專利說明】
一種雙頻內置天線及其設計方法
技術領域
[0001]本發明涉及無線通訊技術領域的一種天線及其設計方法，尤其涉及一種雙頻內置天線及其設計方法。【背景技術】
[0002]現在隨著移動通訊的飛速發展，人們物質生活水平的提高，網絡通訊設備已成為日常生活不可或缺的一種工具。各種網絡設備在社會上的普及率提升速度非常快，而且基于國家“三網合一”的大政策背景下，互聯網、廣播電視網、數據通信網將合并一網，豐富的網絡信息資源，可以讓個人通過一個網絡得到所期望的信息，也可以讓企業提供豐富多樣的形式接入網絡，在這其中，最方便、最快捷的方式就是無線接入方式，因為無線的接入方式節約了大量的網絡鋪設費用，可以快速規劃、快速安裝、快速投入使用，維護也相對簡潔。
[0003]當前，高寬帶大流量高速傳輸并支持高密度接入的市場需求越來越大，單一頻段的網絡設備已不能滿足用戶高寬帶大流量的通信需求，802.llac的出現解決了這一問題， 即多天線多頻段進行數據傳輸。由于天線的增多，雙頻天線的尺寸較大，加上天線之間的間距有一定的要求，所以多天線的網絡設備一般尺寸較大，成本較高。但市場競爭越來越激烈，消費者對網絡設備的要求也越來越高，低成本高性能的網絡設備將會獲得更大的競爭優勢。在保證性能的前提下，天線的小型化可以縮小整機的尺寸，降低天線及整機成本，從而更具市場競爭力，所以一款小型化高性能內置天線對提升整機市場競爭力有重要意義。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供一種尺寸更小，性能更好的雙頻內置天線及其設計方法，雙頻內置天線會縮小使用所述天線的整機尺寸，降低成本，以及改善家用型網通設備的無線網絡信號覆蓋，從而提升整機的市場競爭力。
[0005]本發明的解決方案是:一種雙頻內置天線，其設置在PCB基板的頂表面上，所述雙頻內置天線包括:
[0006]低頻信號輻射段，其用于實現低頻信號的輻射，其包括軸對稱設置的低頻饋電臂和低頻接地臂，低頻饋電臂和低頻接地臂構成低頻雙極子振子；
[0007]高頻信號輻射段，其用于實現高頻信號的輻射，其包括軸對稱設置的高頻饋電臂和高頻接地臂，高頻饋電臂和高頻接地臂構成高頻雙極子振子；
[0008]饋電段和接地段，其分別從高頻饋電臂和高頻接地臂相向延伸而出，饋電段和接地段呈一定的間距并相互交錯；
[0009]第一阻抗匹配段和第二阻抗匹配段，其均用于調節低頻雙極子振子和高頻雙極子振子的輸入阻抗，實現與天線的射頻同軸線的特性阻抗共輒匹配;第一阻抗匹配段是低頻饋電臂的延伸段，并與高頻饋電臂相連;第二阻抗匹配段是低頻接地臂的延伸段，并與高頻接地段相連；
[0010]介質基板，其用于將雙頻內置天線的各部件定位在PCB基板的頂表面上；
[0011]其中，連接的饋電段和第一阻抗匹配段與連接的接地段和第二阻抗匹配段之間存在彎折的縫隙，調節縫隙的寬度可調節天線的輸入阻抗，使輸入阻抗與射頻同軸線的特性阻抗共輒匹配。
[0012]作為上述方案的進一步改進，低頻雙極子振子和高頻雙極子振子形成兩條主要的電流信號傳輸路徑:低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑;低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑的長度均為規定頻率的1/2波長。
[0013]優選地，高頻饋電臂、饋電段、接地段、高頻接地臂依次構成高頻電流信號傳輸路徑;饋電段加高頻饋電臂的長度、接地段加高頻接地臂的長度均為規定頻率的1/4波長，高頻饋電臂、饋電段、接地段、高頻接地臂形成完整的1/2波長高頻信號電流路徑，中心饋電， 在規定的高頻段內輻射電磁波。
[0014]優選地，饋電段、第一阻抗匹配段、低頻饋電臂、接地段、第二阻抗匹配段、低頻接地臂依次構成低頻電流信號傳輸路徑;饋電段加第一阻抗匹配段和低頻饋電臂的長度、接地段加第二阻抗匹配段和低頻接地臂的長度均為規定頻率的1/4波長，饋電段、第一阻抗匹配段、低頻饋電臂、接地段、第二阻抗匹配段、低頻接地臂形成完整的1/2波長低頻信號電流路徑，中心饋電，高效的在規定的低頻段內輻射電磁波。
[0015]作為上述方案的進一步改進，低頻饋電臂和低頻接地臂的末端均做彎曲折疊處理。
[0016]作為上述方案的進一步改進，高頻饋電臂和高頻接地臂的寬度要大于低頻饋電臂和低頻接地臂的寬度。
[0017]優選地，高頻饋電臂和高頻接地臂做成扇形方式。
[0018]作為上述方案的進一步改進，天線布銅區域為介質基板的頂表面或底表面，天線安裝方式為貼殼固定安裝，安裝方式包括卡扣方式和定位柱熱熔方式。
[0019]作為上述方案的進一步改進，所述雙頻內置天線的電纜出線方式為垂直于低頻雙極子振子和尚頻雙極子振子的走向方向。
[0020]本發明還提供一種上述任意雙頻內置天線的設計方法，其設計低頻雙極子振子和高頻雙極子振子，形成兩條主要的電流信號傳輸路徑:低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑;低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑的長度均為規定頻率的1/ 2波長；
[0021]其中，高頻饋電臂、饋電段、接地段、高頻接地臂依次構成高頻電流信號傳輸路徑； 饋電段加高頻饋電臂的長度、接地段加高頻接地臂的長度均為規定頻率的1/4波長，高頻饋電臂、饋電段、接地段、高頻接地臂形成完整的1/2波長高頻信號電流路徑，中心饋電，在規定的高頻段內輻射電磁波；
[0022]饋電段、第一阻抗匹配段、低頻饋電臂、接地段、第二阻抗匹配段、低頻接地臂依次構成低頻電流信號傳輸路徑;饋電段加第一阻抗匹配段和低頻饋電臂的長度、接地段加第二阻抗匹配段和低頻接地臂的長度均為規定頻率的1/4波長，饋電段、第一阻抗匹配段、低頻饋電臂、接地段、第二阻抗匹配段、低頻接地臂形成完整的1/2波長低頻信號電流路徑，中心饋電，高效的在規定的低頻段內輻射電磁波。
[0023]本發明能設計出尺寸更小，性能更好的雙頻內置天線，能縮小使用所述天線的整機尺寸，降低成本，以及改善家用型網通設備的無線網絡信號覆蓋，從而提升整機的市場競爭力。【附圖說明】
[0024]圖1為本發明提供的雙頻內置天線的結構示意圖。
[0025]圖2為圖1中雙頻內置天線的電流走向示意圖。【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0027]請參閱圖1，本發明的雙頻內置天線設置在PCB基板的頂表面上，主要包括低頻信號輻射段、高頻信號輻射段、饋電段70、接地段80、第一阻抗匹配段50、第二阻抗匹配段90、 介質基板10。
[0028]介質基板10用于將雙頻內置天線的各部件定位在PCB基板的頂表面上，PCB基板的頂表面是指PCB基板的top面。天線布銅區域可為基板的TOP面或Bottom面，天線安裝方式為貼殼固定安裝，安裝方式可包括卡扣方式和定位柱熱熔方式。
[0029]低頻信號輻射段用于實現低頻信號的輻射，主要包括軸對稱設置的低頻饋電臂30 和低頻接地臂20。低頻饋電臂30和低頻接地臂20構成低頻雙極子(dipole)振子。
[0030]高頻信號輻射段用于實現高頻信號的輻射，主要包括軸對稱設置的高頻饋電臂 40和高頻接地臂60,高頻饋電臂40和高頻接地臂60構成高頻雙極子振子。為展寬高頻帶寬和加深高頻的諧振深度，高頻饋電臂40和高頻接地臂60的寬度大于低頻饋電臂30和低頻接地臂20,且做漸變式扇形展開，這樣阻抗隨頻率的變化就沒那么敏感，帶寬自然展寬。
[0031]饋電段70和接地段80分別從高頻饋電臂40和高頻接地臂60相向延伸而出，饋電段 70和接地段80呈一定的間距并相互交錯。[〇〇32]第一阻抗匹配段50和第二阻抗匹配段90均用于調節低頻雙極子振子和高頻雙極子振子的輸入阻抗，實現與天線的射頻同軸線的特性阻抗共輒匹配。第一阻抗匹配段50是低頻饋電臂30的延伸段，并與高頻饋電臂40相連;第二阻抗匹配段90是低頻接地臂20的延伸段，并與高頻接地段60相連。阻抗匹配段主要作用是調節低頻dipole陣子和高頻dipole 陣子的輸入阻抗，實現與射頻同軸線的特性阻抗共輒匹配。第一阻抗匹配段50和低頻饋電臂30之間做斜角處理，目的是確保阻抗的連續傳遞，避免阻抗失配或阻抗突變引起的信號反射，降低天線的輻射效率。
[0033]請結合圖2,雙頻內置天線的電纜出線方式為垂直于低頻雙極子振子和高頻雙極子振子的走向方向。本發明的雙頻內置天線工作在低頻和高頻兩個頻段，有兩個主要的電流信號傳輸路徑，分別為低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑，通過兩個電流信號傳輸路徑實現雙頻段輻射功能。低頻雙極子振子和高頻雙極子振子形成兩條主要的電流信號傳輸路徑，低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑的長度均為規定頻率的 1/2波長。[〇〇34]高頻信號傳輸路徑經過饋電段70,高頻饋電臂40,高頻電流信號路徑經過接地段 80,高頻接地臂60。為確保高頻信號的良好輻射，饋電段70加高頻饋電臂40的長度為規定頻率的1/4波長，接地段80加高頻接地臂60的長度為規定頻率的1/4波長，饋電段70加高頻饋電臂40再加上接地段80和高頻接地臂60的總長度為規定頻率的1/2波長，這就形成了完整的1/2波長高頻信號電流路徑，中心饋電，高效的在規定的高頻段內輻射電磁波。[〇〇35]低頻信號傳輸路徑經過饋電段70,第一阻抗匹配段50,低頻饋電臂30,低頻地電流信號路徑經過接地段80，第二阻抗匹配段90，低頻接地臂20。為確保低頻信號的良好輻射， 饋電段70加第一阻抗匹配段50和低頻饋電臂30的長度為規定頻率的1/4波長，接地段80加第二阻抗匹配段90和低頻接地臂20的長度為規定頻率的1/4波長。饋電段70加第一阻抗匹配段50加低頻饋電臂30再加上接地段80、第二阻抗匹配段90和低頻接地臂20的總長度為規定頻率的1/2波長，這就形成了完整的1/2波長低頻信號電流路徑，中心饋電，高效的在規定的低頻段內輻射電磁波。整個通路電長度為規定頻率的1/2波長，形成良好諧振，高效地輻射電磁能。[〇〇36] 饋電段70、第一阻抗匹配段50和接地段80、第二阻抗匹配段90之間彎折的縫隙，即連接的饋電段70和第一阻抗匹配段50與連接的接地段80和第二阻抗匹配段90之間存在彎折的縫隙，調節縫隙的寬度可調節天線的輸入阻抗，使輸入阻抗與射頻同軸線的特性阻抗共輒匹配。
[0037]縫隙兩邊的金屬面互相產生較強的電容耦合，調節縫隙的寬度可調節天線的輸入阻抗，使之與射頻線的特性阻抗相匹配。電容耦合可以在電長度不變的情況下有效縮短天線的物理尺寸，在較小的物理尺寸狀態下，天線的固有頻率與激勵信號頻率相等，天線中的電磁振蕩振幅達到峰值，此時規定頻率內形成較好諧振，提高輻射效率。縫隙的電容耦合可以降低Q值，降低天線所呈現感抗與等效輻射電阻之比，提高一個輻射周期內的輻射的能量與存儲能量之比，展寬天線阻抗帶寬和提高輻射效率。[〇〇38]高頻饋電臂40和高頻接地臂60的寬度可大于低頻饋電臂30和低頻接地臂20的寬度，高頻饋電臂40和高頻接地臂60可做成扇形方式。由于高頻段的帶寬要求比低頻段寬，所以高頻輻射通路寬度大于低頻輻射通路，同時高頻饋電臂40和高頻接地臂60做成扇形方式，降低高頻阻抗對頻率的敏感程度，提高帶寬。低頻饋電臂30和低頻接地臂20的末端均可做彎曲折疊處理，充分理由現有的空間走完低頻電流路徑，在有限的空間內增加天線的有效輻射面積，提高天線的輻射效率，實現天線的小型化。故，低頻輻射陣子(低頻饋電臂30 和低頻接地臂20)末端彎曲折疊輻射枝節，在有限的空間內增加天線的有效輻射面積，提高天線的輻射效率，實現天線的小型化。
[0039]綜上所述，本發明的型化雙頻段內置天線設計時，其設計方法的要點為:通過在基板上巧妙的布銅走線，使得在較小的空間中形成低頻段和高頻段電流諧振路徑，同時對高頻輻射單元的扇形處理以及在饋電段、第一阻抗匹配段和接地段、第二阻抗匹配段之間形成金屬的縫隙產生較強的縫隙耦合，展寬帶寬，同時也有一定的物理尺寸縮短效應。
[0040]以上該僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種雙頻內置天線，其設置在PCB基板的頂表面上，其特征在于:所述雙頻內置天線 包括:低頻信號輻射段，其用于實現低頻信號的輻射，其包括軸對稱設置的低頻饋電臂(30) 和低頻接地臂(20 )，低頻饋電臂(30)和低頻接地臂(20)構成低頻雙極子振子；高頻信號輻射段，其用于實現高頻信號的輻射，其包括軸對稱設置的高頻饋電臂(40) 和高頻接地臂(60 )，高頻饋電臂(40)和高頻接地臂(60)構成高頻雙極子振子；饋電段(70)和接地段(80)，其分別從高頻饋電臂(40)和高頻接地臂(60)相向延伸而 出，饋電段(70)和接地段(80)呈一定的間距并相互交錯；第一阻抗匹配段(50)和第二阻抗匹配段(90)，其均用于調節低頻雙極子振子和高頻雙 極子振子的輸入阻抗，實現與天線的射頻同軸線的特性阻抗共輒匹配；第一阻抗匹配段 (50)是低頻饋電臂(30)的延伸段，并與高頻饋電臂(40)相連;第二阻抗匹配段(90)是低頻 接地臂(20)的延伸段，并與高頻接地段(60)相連；介質基板(10)，其用于將雙頻內置天線的各部件定位在PCB基板的頂表面上；其中，連接的饋電段(70)和第一阻抗匹配段(50)與連接的接地段(80)和第二阻抗匹配 段(90)之間存在彎折的縫隙，調節縫隙的寬度可調節天線的輸入阻抗，使輸入阻抗與射頻 同軸線的特性阻抗共輒匹配。2.如權利要求1所述的雙頻內置天線，其特征在于:低頻雙極子振子和高頻雙極子振子 形成兩條主要的電流信號傳輸路徑:低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑;低 頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑的長度均為規定頻率的1/2波長。3.如權利要求2所述的雙頻內置天線，其特征在于:高頻饋電臂(40)、饋電段(70)、接地 段(80)、高頻接地臂(60)依次構成高頻電流信號傳輸路徑;饋電段(70)加高頻饋電臂(40) 的長度、接地段(80)加高頻接地臂(60)的長度均為規定頻率的1/4波長，高頻饋電臂(40)、 饋電段(70)、接地段(80)、高頻接地臂(60)形成完整的1/2波長高頻信號電流路徑，中心饋 電，在規定的高頻段內輻射電磁波。4.如權利要求2所述的雙頻內置天線，其特征在于:饋電段(70)、第一阻抗匹配段(50)、 低頻饋電臂(30)、接地段(80)、第二阻抗匹配段(90)、低頻接地臂(20)依次構成低頻電流信 號傳輸路徑;饋電段(70)加第一阻抗匹配段(50)和低頻饋電臂(30)的長度、接地段(80)加 第二阻抗匹配段(90)和低頻接地臂(20)的長度均為規定頻率的1/4波長，饋電段(70)、第一 阻抗匹配段(50)、低頻饋電臂(30)、接地段(80)、第二阻抗匹配段(90)、低頻接地臂(20)形 成完整的1 /2波長低頻信號電流路徑，中心饋電，高效的在規定的低頻段內輻射電磁波。5.如權利要求1所述的雙頻內置天線，其特征在于:低頻饋電臂(30)和低頻接地臂(20) 的末端均做彎曲折疊處理。6.如權利要求1所述的雙頻內置天線，其特征在于:高頻饋電臂(40)和高頻接地臂(60) 的寬度要大于低頻饋電臂(30)和低頻接地臂(20)的寬度。7.如權利要求6所述的雙頻內置天線，其特征在于:高頻饋電臂(40)和高頻接地臂(60) 做成扇形方式。8.如權利要求1所述的雙頻內置天線，其特征在于:天線布銅區域為介質基板(10)的頂 表面或底表面，天線安裝方式為貼殼固定安裝，安裝方式包括卡扣方式和定位柱熱熔方式。9.如權利要求1所述的雙頻內置天線，其特征在于:所述雙頻內置天線的電纜出線方式為垂直于低頻雙極子振子和高頻雙極子振子的走向方向。10.—種如權利要求1所述的雙頻內置天線的設計方法，其特征在于:設計低頻雙極子 振子和高頻雙極子振子，形成兩條主要的電流信號傳輸路徑:低頻電流信號傳輸路徑和高 頻電流信號傳輸路徑;低頻電流信號傳輸路徑和高頻電流信號傳輸路徑的長度均為規定頻 率的1/2波長；其中，高頻饋電臂(40)、饋電段(70)、接地段(80)、高頻接地臂(60)依次構成高頻電流 信號傳輸路徑;饋電段(70)加高頻饋電臂(40)的長度、接地段(80)加高頻接地臂(60)的長 度均為規定頻率的1/4波長，高頻饋電臂(40)、饋電段(70)、接地段(80)、高頻接地臂(60)形 成完整的1 /2波長高頻信號電流路徑，中心饋電，在規定的高頻段內輻射電磁波；饋電段(70)、第一阻抗匹配段(50)、低頻饋電臂(30)、接地段(80)、第二阻抗匹配段 (90)、低頻接地臂(20)依次構成低頻電流信號傳輸路徑;饋電段(70)加第一阻抗匹配段 (50)和低頻饋電臂(30)的長度、接地段(80)加第二阻抗匹配段(90)和低頻接地臂(20)的長 度均為規定頻率的1/4波長，饋電段(70)、第一阻抗匹配段(50)、低頻饋電臂(30)、接地段 (80)、第二阻抗匹配段(90)、低頻接地臂(20)形成完整的1/2波長低頻信號電流路徑，中心 饋電，高效的在規定的低頻段內輻射電磁波。
【文檔編號】H01Q1/50GK106099354SQ201610642963
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月5日 公開號201610642963.0, CN 106099354 A, CN 106099354A, CN 201610642963, CN-A-106099354, CN106099354 A, CN106099354A, CN201610642963, CN201610642963.0
【發明人】覃東昱, 秦祥宏, 劉曉鈺, 傅強, 侯軼
【申請人】深圳前海科藍通信有限公司