一种天线及设备的制作方法

1.本发明涉及天线带宽拓宽领域，特别是涉及一种天线及设备。


背景技术：

2.现有的天线包括介质基板及设于介质基板正面的馈电贴片和接地贴片；其中，馈电贴片与馈电线连接，馈电贴片用于在馈电线的馈电激发下，与接地贴片共同作用产生覆盖一定带宽的工作频段。目前，在现有的天线结构下，通常通过改变馈电贴片及接地贴片的形状和面积来拓宽天线的带宽，但是，这种带宽拓宽方式会导致天线的占用面积增大，不利于天线的小型化设计。
3.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种天线及设备，可通过阻抗匹配件和降频率件来提升天线性能，与仅通过改变馈电贴片及接地贴片的形状和面积来拓宽天线的带宽相比，在实现同等天线带宽的情况下，本技术的带宽拓宽方式使天线的占用面积减小，且可使天线设计的更薄，利于天线的小型化设计。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种天线，包括：
6.介质基板；
7.设于所述介质基板正面、且与馈电线连接的馈电贴片；
8.设于所述介质基板正面、且与所述馈电贴片连接的阻抗匹配件，用于调节所在天线的阻抗，以将所在天线的阻抗调节至目标阻抗；
9.设于所述介质基板正面的接地贴片；
10.设于所述介质基板正面、且与所述接地贴片连接的降频率件，用于降低所在天线的谐振频率；
11.其中，所述馈电贴片用于在所述馈电线的馈电激发下，与所述阻抗匹配件、所述接地贴片及所述降频率件共同作用产生覆盖第一目标带宽的工作频段。
12.优选地，所述馈电贴片包括：
13.分别与所述馈电线和所述阻抗匹配件的第一端连接的第一辐射贴片；
14.与所述阻抗匹配件的第二端连接的第二辐射贴片。
15.优选地，所述天线还包括：
16.设于所述介质基板正面、且与所述第二辐射贴片连接的耦合辐射部；
17.则所述馈电贴片具体用于在所述馈电线的馈电激发下，与所述耦合辐射部、所述阻抗匹配件、所述接地贴片及所述降频率件共同作用产生覆盖第二目标带宽的工作频段；其中，所述第二目标带宽大于所述第一目标带宽。
18.优选地，所述耦合辐射部包括：
19.与所述第二辐射贴片连接的第一电感；
20.与所述第一电感连接的电感耦合贴片。
21.优选地，所述电感耦合贴片包括：
22.靠近于所述介质基板的第一长边和第一短边设置、且位于所述馈电贴片和所述第一长边之间的第一矩形贴片；
23.与所述第一矩形贴片连接、且位于所述馈电贴片和所述第一短边之间的第二矩形贴片；所述第二矩形贴片与所述第一电感连接；
24.连接于所述第一矩形贴片和所述第一长边之间的第三矩形贴片。
25.优选地，所述第一辐射贴片包括：
26.靠近于所述介质基板的第一长边和第一短边设置、且位于所述接地贴片和所述第一长边之间的第四矩形贴片；所述第四矩形贴片与所述馈电线连接；
27.与所述第四矩形贴片连接、且位于所述接地贴片和所述第一短边之间的第五矩形贴片；所述第五矩形贴片与所述阻抗匹配件的第一端连接；
28.所述第二辐射贴片为：
29.与所述阻抗匹配件的第二端连接、且位于所述接地贴片和所述第一短边之间的第六矩形贴片。
30.优选地，所述阻抗匹配件为电容，所述降频率件为第二电感。
31.优选地，所述接地贴片包括：
32.与所述降频率件的第一端连接的第一接地贴片；
33.与所述降频率件的第二端连接的第二接地贴片。
34.优选地，所述第一接地贴片包括：
35.靠近于所述介质基板的第一长边和第一短边设置的第七矩形贴片；
36.与所述第七矩形贴片连接、且位于所述第七矩形贴片和所述馈电贴片之间的第八矩形贴片；所述第八矩形贴片与所述降频率件的第一端连接；
37.所述第二接地贴片为：
38.与所述降频率件的第二端连接、且位于所述第八矩形贴片和所述馈电贴片之间的第九矩形贴片。
39.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种设备，包括上述任一种天线。
40.本发明提供了一种天线，包括介质基板、馈电贴片、阻抗匹配件、接地贴片及降频率件。馈电贴片用于在馈电线的馈电激发下，与阻抗匹配件、接地贴片及降频率件共同作用产生覆盖第一目标带宽的工作频段。其中，阻抗匹配件用于调节所在天线的阻抗，以将所在天线的阻抗调节至目标阻抗，阻抗匹配的目的是增加天线带宽、提高天线的辐射效率；降频率件用于降低所在天线的谐振频率，目的是增加天线带宽。可见，本技术的天线可通过阻抗匹配件和降频率件来提升天线性能，与仅通过改变馈电贴片及接地贴片的形状和面积来拓宽天线的带宽相比，在实现同等天线带宽的情况下，本技术的带宽拓宽方式使天线的占用面积减小，且可使天线设计的更薄，利于天线的小型化设计。
41.本发明还提供了一种设备，与上述天线具有相同的有益效果。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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发明的一些实施例，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。
43.图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
44.图2为本发明实施例提供的另一种天线的结构示意图；
45.图3为本发明实施例提供的一种天线整体尺寸示意图；
46.图4为本发明实施例提供的一种天线具体尺寸示意图；
47.图5为本发明实施例提供的一种天线1的结构示意图；
48.图6为本发明实施例提供的一种天线2的结构示意图；
49.图7为本发明实施例提供的一种天线1、天线2及最终设计的天线的反射系数对比图；
50.图8为本发明实施例提供的一种天线仿真和实测的反射系数对比图；
51.图9为本发明实施例提供的一种天线在1600mhz频率下的二维辐射实测方向图；
52.图10为本发明实施例提供的一种天线在2500mhz频率下的二维辐射实测方向图；
53.图11为本发明实施例提供的一种天线在3500mhz频率下的二维辐射实测方向图。
具体实施方式
54.本发明的核心是提供一种天线及设备，可通过阻抗匹配件和降频率件来提升天线性能，与仅通过改变馈电贴片及接地贴片的形状和面积来拓宽天线的带宽相比，在实现同等天线带宽的情况下，本技术的带宽拓宽方式使天线的占用面积减小，且可使天线设计的更薄，利于天线的小型化设计。
55.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图。
57.该天线包括：
58.介质基板100；
59.设于介质基板100正面、且与馈电线连接的馈电贴片200；
60.设于介质基板100正面、且与馈电贴片200连接的阻抗匹配件300，用于调节所在天线的阻抗，以将所在天线的阻抗调节至目标阻抗；
61.设于介质基板100正面的接地贴片400；
62.设于介质基板100正面、且与接地贴片400连接的降频率件500，用于降低所在天线的谐振频率；
63.其中，馈电贴片200用于在馈电线的馈电激发下，与阻抗匹配件300、接地贴片400及降频率件500共同作用产生覆盖第一目标带宽的工作频段。
64.具体地，本技术的天线包括介质基板100、馈电贴片200、阻抗匹配件300、接地贴片
400及降频率件500，其工作原理为：
65.介质基板100一般是矩形结构，其材质为绝缘材质，可选用fr4介质板。馈电贴片200、阻抗匹配件300、接地贴片400及降频率件500均设于介质基板100的正面。其中，馈电贴片200及接地贴片400均为金属贴片，二者的材料一般均选用铜这种导电性较好、成本较低的金属材料。馈电贴片200与馈电线连接，且馈电贴片200与阻抗匹配件300连接，阻抗匹配件300用于调节所在天线的阻抗，以将所在天线的阻抗调节至目标阻抗(目标阻抗的优选值为50欧姆)，阻抗匹配的目的是增加天线带宽、提高天线的辐射效率，从而提升天线性能。接地贴片400接地(gnd)处理，且接地贴片400与降频率件500连接，降频率件500用于降低所在天线的谐振频率，目的是使天线覆盖更低的频段，从而增加天线带宽，提升天线性能。
66.基于此，对于本技术的天线结构可实现：馈电贴片200用于在馈电线的馈电激发下，与阻抗匹配件300、接地贴片400及降频率件500共同作用产生覆盖第一目标带宽的工作频段。在天线的应用上，天线一般贴附于设备(如音箱或手表、手环等穿戴设备)内表面使用。若设备为发送设备，则设备可通过馈电线向馈电贴片200传送射频能量，并由馈电贴片200发射出去；若设备为接收设备，则设备可通过馈电贴片200接收外部传送过来的射频能量，并由馈电线传输至设备内部处理。
67.可见，本技术的天线可通过阻抗匹配件和降频率件来提升天线性能，与仅通过改变馈电贴片及接地贴片的形状和面积来拓宽天线的带宽相比，在实现同等天线带宽的情况下，本技术的带宽拓宽方式使天线的占用面积减小，且可使天线设计的更薄，利于天线的小型化设计。
68.在上述实施例的基础上：
69.请参照图2，图2为本发明实施例提供的另一种天线的结构示意图。
70.作为一种可选的实施例，馈电贴片200包括：
71.分别与馈电线和阻抗匹配件300的第一端连接的第一辐射贴片；
72.与阻抗匹配件300的第二端连接的第二辐射贴片。
73.具体地，本技术的馈电贴片200包括两个在结构上不接触的辐射贴片，分别称为第一辐射贴片和第二辐射贴片，第一辐射贴片上设有馈电点a，用于连接馈电线。阻抗匹配件300连接于第一辐射贴片和第二辐射贴片之间，以起到调节所在天线阻抗的作用。
74.作为一种可选的实施例，天线还包括：
75.设于介质基板100正面、且与第二辐射贴片连接的耦合辐射部600；
76.则馈电贴片200具体用于在馈电线的馈电激发下，与耦合辐射部600、阻抗匹配件300、接地贴片400及降频率件500共同作用产生覆盖第二目标带宽的工作频段；其中，第二目标带宽大于第一目标带宽。
77.进一步地，本技术的天线还包括耦合辐射部600，耦合辐射部600与第二辐射贴片连接，增设耦合辐射部600的目的是增加天线带宽，从而提升天线性能。具体地，馈电贴片200在馈电线的馈电激发下，与耦合辐射部600、阻抗匹配件300、接地贴片400及降频率件500共同作用产生覆盖第二目标带宽(大于第一目标带宽)的工作频段。
78.作为一种可选的实施例，耦合辐射部600包括：
79.与第二辐射贴片连接的第一电感l1；
80.与第一电感l1连接的电感耦合贴片。
81.具体地，本技术的耦合辐射部600包括第一电感l1和电感耦合贴片，其工作原理为：
82.第一电感l1连接于第二辐射贴片和电感耦合贴片之间，在此结构设置下，可增加天线的谐振点，从而增加天线带宽，提升天线性能。
83.作为一种可选的实施例，电感耦合贴片包括：
84.靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置、且位于馈电贴片200和第一长边之间的第一矩形贴片601；
85.与第一矩形贴片601连接、且位于馈电贴片200和第一短边之间的第二矩形贴片602；第二矩形贴片602与第一电感l1连接；
86.连接于第一矩形贴片601和第一长边之间的第三矩形贴片603。
87.具体地，本技术的电感耦合贴片包括第一矩形贴片601、第二矩形贴片602及第三矩形贴片603，其具体结构如下：
88.介质基板100为矩形基板，包括第一长边、第二长边、第一短边、第二短边。第一矩形贴片601靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置，第一矩形贴片601位于馈电贴片200和矩形基板的第一长边之间，第一矩形贴片601与馈电贴片200之间具有一定距离，第一矩形贴片601与矩形基板的第一长边之间具有一定距离，第一矩形贴片601的长边可与矩形基板的长边平行。
89.第二矩形贴片602分别与第一矩形贴片601和第一电感l1连接，第二矩形贴片602位于馈电贴片200和矩形基板的第一短边之间，第二矩形贴片602与馈电贴片200之间具有一定距离，第二矩形贴片602的一条边与矩形基板的第一短边重合(重合指短线段上的所有点都在长线段上)或第二矩形贴片602与矩形基板的第一短边之间具有一定距离，第二矩形贴片602的长边可与矩形基板的短边平行，第二矩形贴片602和第一矩形贴片601相当于一个直角的两个直角边。
90.第三矩形贴片603连接于第一矩形贴片601和矩形基板的第一长边之间，第三矩形贴片603的长边可与矩形基板的短边平行，第三矩形贴片603和第一矩形贴片601相当于一个直角的两个直角边。
91.需要说明的是，电感耦合贴片的这种结构设计有利于天线带宽的拓宽设计，且有利于减小天线的占用面积，利于天线的小型化设计。
92.作为一种可选的实施例，第一辐射贴片包括：
93.靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置、且位于接地贴片400和第一长边之间的第四矩形贴片201；第四矩形贴片201与馈电线连接；
94.与第四矩形贴片201连接、且位于接地贴片400和第一短边之间的第五矩形贴片202；第五矩形贴片202与阻抗匹配件300的第一端连接；
95.第二辐射贴片为：
96.与阻抗匹配件300的第二端连接、且位于接地贴片400和第一短边之间的第六矩形贴片203。
97.具体地，本技术的第一辐射贴片包括第四矩形贴片201和第五矩形贴片202，第二辐射贴片为第六矩形贴片203，其具体结构如下：
98.介质基板100为矩形基板，包括第一长边、第二长边、第一短边、第二短边。第四矩
形贴片201靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置，第四矩形贴片201位于接地贴片400和矩形基板的第一长边之间，由于第一矩形贴片601位于馈电贴片200(第一辐射贴片 第二辐射贴片)和矩形基板的第一长边之间，所以第四矩形贴片201具体位于接地贴片400和第一矩形贴片601之间，第四矩形贴片201与接地贴片400之间具有一定距离，第四矩形贴片201与第一矩形贴片601之间具有一定距离，第四矩形贴片201的长边可与矩形基板的长边平行。在第四矩形贴片201上，远离介质基板100的第一短边的短边上设有馈电点a，用于连接馈电线。
99.第五矩形贴片202与第四矩形贴片201连接，第五矩形贴片202位于接地贴片400和矩形基板的第一短边之间，由于第二矩形贴片602位于馈电贴片200和矩形基板的第一短边之间，所以第五矩形贴片202具体位于接地贴片400和第二矩形贴片602之间，第五矩形贴片202与接地贴片400之间具有一定距离，第五矩形贴片202与第二矩形贴片602之间具有一定距离，第五矩形贴片202的长边可与矩形基板的短边平行，第五矩形贴片202和第四矩形贴片201相当于一个直角的两个直角边。在第五矩形贴片202上，远离介质基板100的第一长边的短边上设有连接点，用于连接阻抗匹配件300的第一端。
100.第六矩形贴片203与阻抗匹配件300的第二端连接，第六矩形贴片203位于接地贴片400和矩形基板的第一短边之间，由于第二矩形贴片602位于馈电贴片200和矩形基板的第一短边之间，所以第六矩形贴片203具体位于接地贴片400和第二矩形贴片602之间，第六矩形贴片203与接地贴片400之间具有一定距离，第六矩形贴片203与第二矩形贴片602之间具有一定距离，第六矩形贴片203的长边可与矩形基板的短边平行。在第六矩形贴片203上，靠近介质基板100的第一长边的短边上设有连接点，用于连接阻抗匹配件300的第二端。在第六矩形贴片203上靠近介质基板100的第一短边的长边，与在第五矩形贴片202上靠近介质基板100的第一短边的长边在同一直线上。在第六矩形贴片203上远离介质基板100的第一短边的长边，与在第五矩形贴片202上远离介质基板100的第一短边的长边在同一直线上。在第六矩形贴片203上远离介质基板100的第一长边的短边，与在第二矩形贴片602上远离介质基板100的第一长边的短边在同一直线上。第一电感l1具体连接于第六矩形贴片203和第二矩形贴片602之间，且第一电感l1在矩形贴片上的连接点尽量远离介质基板100的第一长边。
101.需要说明的是，馈电贴片200的这种结构设计有利于天线带宽的拓宽设计，且有利于减小天线的占用面积，利于天线的小型化设计。
102.作为一种可选的实施例，阻抗匹配件300为电容c1，降频率件500为第二电感l2。
103.具体地，本技术的阻抗匹配件300可选用电容c1，通过改变电容c1的容值将所在天线的阻抗调节至目标阻抗；降频率件500可选用第二电感l2，第二电感l2用于增加天线长度，以降低所在天线的谐振频率。
104.作为一种可选的实施例，接地贴片400包括：
105.与降频率件500的第一端连接的第一接地贴片；
106.与降频率件500的第二端连接的第二接地贴片。
107.具体地，本技术的接地贴片400包括第一接地贴片和第二接地贴片，其工作原理为：
108.第一接地贴片上设有接地点b，用于接地处理。第一接地贴片与降频率件500的第
一端连接，第二接地贴片与降频率件500的第二端连接。目前常用的接地贴片只包含第一接地贴片，之所以在第一接地贴片的基础上增设降频率件500和第二接地贴片，目的是增加天线长度，以是所在天线的谐振点更低。
109.作为一种可选的实施例，第一接地贴片包括：
110.靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置的第七矩形贴片401；
111.与第七矩形贴片401连接、且位于第七矩形贴片401和馈电贴片200之间的第八矩形贴片402；第八矩形贴片402与降频率件500的第一端连接；
112.第二接地贴片为：
113.与降频率件500的第二端连接、且位于第八矩形贴片402和馈电贴片200之间的第九矩形贴片403。
114.具体地，本技术的第一接地贴片包括第七矩形贴片401和第八矩形贴片402，第二接地贴片为第九矩形贴片403，其具体结构如下：
115.介质基板100为矩形基板，包括第一长边、第二长边、第一短边、第二短边。第七矩形贴片401靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置，第七矩形贴片401的长边可与矩形基板的短边平行。第八矩形贴片402与第七矩形贴片401连接，第八矩形贴片402位于第七矩形贴片401和馈电贴片200的第五/六矩形贴片之间，第八矩形贴片402的长边可与矩形基板的短边平行。在第八矩形贴片402上远离介质基板100的第一短边的长边，与在第七矩形贴片401上靠近介质基板100的第一短边的长边重合。在第八矩形贴片402上靠近介质基板100的第一长边的短边，与在第七矩形贴片401上靠近介质基板100的第一长边的短边在同一直线上。
116.第九矩形贴片403位于第八矩形贴片402和馈电贴片200的第五/六矩形贴片之间，第九矩形贴片403的长边可与矩形基板的短边平行。在第九矩形贴片403上靠近介质基板100的第一长边的短边，与在第八矩形贴片402上靠近介质基板100的第一长边的短边在同一直线上。降频率件500具体连接于第八矩形贴片402和第九矩形贴片403之间，且降频率件500在矩形贴片上的连接点尽量靠近介质基板100的第一长边。
117.需要说明的是，接地贴片400的这种结构设计有利于天线带宽的拓宽设计，且有利于减小天线的占用面积，利于天线的小型化设计。本技术的天线整体靠近于介质基板100的第一长边和第一短边设置，这样设计的目的是天线安装于设备内时产生的使用损耗较小。
118.更具体地，如图3所示，本技术所设计的天线尺寸为30.5mm*9mm(天线的具体尺寸如图4所示，单位mm)，其设计在介电常数为4.4、厚度为0.8mm的介质基板100上，介质基板100的尺寸为120mm*60mm。
119.本技术所设计的天线的设计过程为：如图5所示的天线1
→
如图6所示的天线2
→
如图2所示的天线。天线1由加载电容(0.3pf，可采用1.2pf值的多个电容串联而成)的馈电贴片组成。天线2由天线1及加载第二电感(1.5nh)的接地贴片组成。本技术所设计的天线除天线1和天线2外，还包括耦合辐射部(第一电感(可采用3.9nh值的多个电感并联而成) 电感耦合贴片)。
120.如图7所示，图7给出了天线1、天线2及最终设计的天线的反射系数。在天线1中，馈电贴片产生1900mhz的谐振模式，馈电贴片利用0.3pf电容进行天线阻抗匹配，以调节激励天线的谐振模式，增加天线带宽。在天线2中，加载有1.5nh第二电感的接地贴片在1540mhz
和2560mhz处产生谐振模式，增加了天线带宽。在最终的天线设计中，增加了一个耦合辐射部(第一电感 电感耦合贴片)，在3410mhz处产生半波长模式，在1650mhz处产生四分之一波长模式。天线通过组合所有这些模式，实现了双宽带工作。
121.如图8所示，图8给出了本技术所设计的天线在仿真和实测情况下的反射系数，天线的阻抗带宽从1555mhz到2690mhz，从3100mhz到3700mhz。本技术所设计的天线可应用于gps(global positioning system，全球定位系统)、glonass(global navigation satellite system，全球卫星导航系统)、gsm(global system for mobile communications，全球移动通信系统)、umts(universal mobile telecommunications system，通用移动通信系统)、lte(long term evolution，umts技术标准的长期演进)、wimax(符合ieee802.16标准的一种无线城域网)、bluetooth(蓝牙)、wlan(wireless local area network，无线局域网)、wwan(wireless wide area network，无线广域网)等频段。如下表1所示，给出了本技术所设计的天线的覆盖频段及在对应覆盖频段下的天线效率及增益(所有覆盖频段的天线效率范围为60％到93％，这是小型移动通信设备的可接受范围)：
122.表1
[0123][0124][0125]
如图9
‑
图11所示，给出了天线在1600mhz、2500mhz、3500mhz频率下的二维辐射实测方向图，结果表明，在1600mhz、2500mhz和3500mhz频率下，天线在三个平面上都表现出全向性和偶极子状的特性。
[0126]
综上，本技术的天线利用耦合技术、加载技术、多枝节技术及弯折技术实现天线的超薄化以及小型化，天线厚度仅为0.8mm，得到一个紧凑、低剖面的平面多频段天线。而且，在覆盖频带内，天线的反射系数、辐射特性、天线增益和效率都很好。
[0127]
本技术还提供了一种设备，包括上述任一种天线。
[0128]
具体地，本技术的设备可选用音箱或手表、手环等穿戴设备。
[0129]
本技术提供的设备的介绍请参考上述天线的实施例，本技术在此不再赘述。
[0130]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0131]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。