双频段天线装置及ZigBee模块的制作方法

双频段天线装置及zigbee模块
技术领域
1.本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种双频段天线装置及zigbee模块。


背景技术：

2.随着无线通信技术的发展，zigbee技术因为其低功耗、低成本、低复杂度的特性，被广泛地接受。然而目前大多数的zigbee模块中的天线装置的性能较差，无法满足使用需求。


技术实现要素：

3.本发明实施方式提出了一种双频段天线装置，以改善上述至少一个问题。
4.本发明实施方式通过以下技术方案来实现上述目的。
5.第一方面，本发明实施方式提供一种双频段天线装置。双频段天线装置包括馈源、接地管体、辐射管体和连接线体。其中，馈源包括馈点部和馈地部，馈点部与馈地部相对且间隔设置。接地管体连接于馈地部，并朝第一方向延伸。辐射管体连接于馈点部，并朝第二方向延伸。第一方向和第二方向相背离。辐射管体和接地管体之间具有间隙。连接线体包括相连接的信号线和接地连接线。接地连接线包裹于信号线的外周，连接线体穿设于接地管体，且接地连接线电连接于馈地部，信号线电连接于馈点部。
6.在一些实施方式中，辐射管体和接地管体对称地位于间隙两侧。
7.在一些实施方式中，辐射管体和接地管体的长度均为21～23mm。
8.在一些实施方式中，辐射管体和接地管体的直径均为4～5mm。
9.在一些实施方式中，辐射管体朝向间隙的一端的横截面积逐渐减小，接地管体朝向间隙的一端的横截面积逐渐减小。
10.在一些实施方式中，间隙的最小间隙宽度为8～9mm。
11.在一些实施方式中，辐射管体包括相连接的第一辐射段和第二辐射段，第一辐射段和第二辐射段同轴设置，第一辐射段连接于馈点部。
12.在一些实施方式中，双频段天线装置还包括保护套管，保护套管位于间隙，保护套管包括相连接的第一端和第二端，第一端套设于接地管体，第二端套设于辐射管体。
13.在一些实施方式中，接地管体和辐射管体的制造材质均为锌合金。
14.本发明实施方式还提供一种zigbee模块。zigbee模块包括电路板和上述任一实施方式的双频段天线装置。电路板设有插座。连接线体包括插头，信号线和接地连接线连接于插头，插头插接于插座。
15.本发明实施方式提供的双频段天线装置和zigbee模块。双频段天线装置包括馈源、接地管体、辐射管体和连接线体。其中，馈源包括馈点部和馈地部，馈点部与馈地部相对且间隔设置，接地管体连接于馈地部，并朝第一方向延伸，从而便于调节频率和带宽。并且，辐射管体连接于馈点部，并朝第二方向延伸，使得馈点部向辐射管体馈入指定的电流信号，以使辐射管体工作于指定频段。此外，第一方向和第二方向相背离，辐射管体和接地管体之
间具有间隙，间隙有利于调节双频段天线装置的波形和测试的隔离度。如此，双频段天线装置在不增加尺寸面积下，提高效率和增益，提高了自身的性能，满足无线传输的要求。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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。
17.图1示出了本发明实施方式提供的双频段天线装置的结构示意图。
18.图2示出了本发明实施方式提供的双频段天线装置的部分尺寸示意图。
19.图3示出了图1中连接线体的剖视图。
20.图4示出了本发明另一实施方式提供的双频段天线装置的结构示意图。
21.图5示出了本发明实施方式提供的双频段天线装置在空间直角坐标系中的位置示意图。
22.图6示出了图5中的双频段天线装置在2400mhz时的辐射方向的示意图。
23.图7示出了图6中的双频段天线装置在2400mhz时h面辐射方向的示意图。
24.图8示出了图6中的双频段天线装置在2400mhz时e1面辐射方向的示意图。
25.图9示出了图6中的双频段天线装置在2400mhz时e2面辐射方向的示意图。
26.图10示出了图5中的双频段天线装置在2450mhz时的辐射方向的示意图。
27.图11示出了图10中的双频段天线装置在2450mhz时h面辐射方向的示意图。
28.图12示出了图10中的双频段天线装置在2450mhz时e1面辐射方向的示意图。
29.图13示出了图10中的双频段天线装置在2450mhz时e2面辐射方向的示意图。
30.图14示出了图5中的双频段天线装置在2500mhz时的辐射方向的示意图。
31.图15示出了图14中的双频段天线装置在2500mhz时h面辐射方向的示意图。
32.图16示出了图14中的双频段天线装置在2500mhz时e1面辐射方向的示意图。
33.图17示出了图14中的双频段天线装置在2500mhz时e2面辐射方向的示意图。
34.图18示出了图5中的双频段天线装置在5050mhz时的辐射方向的示意图。
35.图19示出了图18中的双频段天线装置在5050mhz时h面辐射方向的示意图。
36.图20示出了图18中的双频段天线装置在5050mhz时e1面辐射方向的示意图。
37.图21示出了图18中的双频段天线装置在5050mhz时e2面辐射方向的示意图。
38.图22示出了图5中的双频段天线装置在5450mhz时的辐射方向的示意图。
39.图23示出了图22中的双频段天线装置在5450mhz时h面辐射方向的示意图。
40.图24示出了图22中的双频段天线装置在5450mhz时e1面辐射方向的示意图。
41.图25示出了图22中的双频段天线装置在5450mhz时e2面辐射方向的示意图。
42.图26示出了图5中的双频段天线装置在5850mhz时的辐射方向的示意图。
43.图27示出了图26中的双频段天线装置在5850mhz时h面辐射方向的示意图。
44.图28示出了图26中的双频段天线装置在5850mhz时e1面辐射方向的示意图。
45.图29示出了图26中的双频段天线装置在5850mhz时e2面辐射方向的示意图。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域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方式，都属于本发明保护的范围。
47.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
48.zigbee是一种基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议，具有低功耗、低成本、低复杂度、抗干扰能力强、网络容量大等特性，可以支持网状网络、星型网络、树形网络等多种网络拓扑结构。zigbee可以使用多种不同的频段。
49.在实际研究中，本技术发明人发现通过调整双频段天线装置的布线方式可以有效调节天线辐射的工作频率、效率和天线增益。因此，设计天线装置的布线间距和长度是能否实现提高天线性能的重要因素。
50.鉴于此，本发明提出一种双频段天线装置，双频段天线装置可设于zigbee模块中，用于产生2.4ghz和5ghz的工作频段。在以下实施例中，主要以双频段天线装置应用于网关设备的zigbee模块中为例进行说明介绍，其他需要天线装置的情况可参考实施。
51.请参阅图1，双频段天线装置10包括馈源100、接地管体200、辐射管体300和连接线体400。馈源100连接于接地管体200和辐射管体300，使得馈源100可以为辐射管体300馈入电流信号以使辐射管体300工作于指定频段，例如2.4ghz附近的频段和5ghz附近的频段。并且，接地管体200可以调节双频段天线装置10的频率和带宽。连接线体400连接于馈源100，可以为馈源100传输电流信号。如此可以通过调整馈源100、辐射管体300和接地管体200的位置和形状，以提高双频段天线装置10的性能。
52.馈源100包括馈点部110和馈地部120，馈点部110与馈地部120相对且间隔设置，从而避免馈点部110和馈地部120相互连接而发生短路。
53.接地管体200可以是中空的管体结构，并且接地管体200还可以是单层的管体结构，从而有利于接地管体200的制造。接地管体200连接于馈地部120，并朝第一方向(第一方向如图1中方向x所示)延伸，从而有利于调节双频段天线装置10的频率和带宽，进而调高效率和增益。
54.接地管体200朝向间隙500的一端面积逐渐减小，以形成馈地部120，即接地管体200与馈地部120一体成型，从而有利于馈地部120与接地管体200连接，进而有利于接地管体200调节频率。
55.辐射管体300可以是中空的管体结构，并且辐射管体300还可以是单层的管体结构，从而有利于辐射管体300的制造，以及并与辐射管体300发射和接收信号。辐射管体300连接于馈点部110，并朝第二方向(第二方向如图1中方向y所示)延伸，使得馈点部110向辐射管体300馈入指定的电流信号，以使辐射管体300工作于指定频段，例如2.4ghz附近的频段和5ghz附近的频段。进一步的，第一方向和第二方向背离，辐射管体300和接地管体200之间具有间隙500，间隙500有利于调节双频段天线装置10的波形和测试的隔离度。
56.请参阅图2，辐射管体300和接地管体200对称地位于间隙500两侧，也就是说，辐射
管体300和接地管体200的形状和大小相同，从而便于生产制造，节省工序成本。此外，辐射管体300和接地管体200还可调节间隙500的宽度大小，进而调节双频段天线装置10的波形和测试的隔离度。在本实施例中，辐射管体300和接地管体200的长度相等，辐射管体300和接地管体200的长度均为l1，l1的取值范围为21～23mm，例如，l1可以是22.5mm。辐射管体300和接地管体200的直径相等，辐射管体300和接地管体200的直径均为l2,其中，l2的取值范围为4～5mm，例如，l2可以是4.3mm、4.4mm或者4.5mm。
57.辐射管体300朝向间隙500的一端的横截面积逐渐减小，以形成馈点部110，即辐射管体300与馈点部110一体成型，从而有利于馈入电流信号给辐射管体300，进而使得辐射管体300产生指定的工作频段。
58.在一些实施方式中，间隙500的最小间隙500宽度为l3，其中，l3的取值范围为8～9mm，例如，l3可以是8.7mm、8.8mm或者8.9mm。
59.在一些实施方式中，辐射管体300包括相连接的第一辐射段310和第二辐射段320，第一辐射段310和第二辐射段320同轴设置，第一辐射段310连接于馈点部110。如此，由于第一辐射段310靠近馈点部110设置，第二辐射段320靠近馈地部120设置，所以，第一辐射段310可以产生5ghz附近的频段，第二辐射段320可以产生2.4ghz附近的频段。在本实施例中，第一辐射段310和第二辐射段320一体成型，从而有利于电流信号的传导，并且节省的制造工序。
60.请参阅图3，连接线体400可以是同轴线。连接线体400可以包括相连接的线体包括相连接的信号线410和接地连接线420，接地连接线420包裹于信号线410的外周，连接线体400穿设于接地管体200，且接地连接线420电连接于馈地部120，从而有利于馈地部120接地缘。信号线410电连接于馈点部110，从而有利于馈点部110接受信号。
61.请参阅图4，在一些实施方式中，双频段天线装置10还包括保护套管600，保护套管600可以采用橡胶材料制造，保护套管600位于间隙500，从而避免裸露的信号线410被损坏。保护套管600包括相连接的第一端610和第二端620，第一端610套设于接地管体200，第二端620套设于辐射管体300，从而使得接地管体200和辐射管体300同轴设计，以及保护了接线管体和辐射管体300，进而便于控制双频段天线装置10的辐射方向。
62.在一些实施方式中，接地管体200和辐射管体300的制造材质均为锌合金，从而有利于调高天线装置的效率和增益。
63.请参见表1，表1示出了通过网络分析仪测试得到的上述实施例的双频段天线装置10的多个测量点的频率以及驻波比值。
64.表1
65.频率(mhz)2400250050505850驻波比值1.31.52.32.7
66.目前，大多数应用于2.4ghz的双频段天线装置1010的驻波比值在1.5至1.7的范围内，大多数应用于5ghz的双频段天线装置10的驻波比值在2.9至3.0的范围内，因此本技术实施方式的双频段天线装置10具有驻波比值低的优点。
67.请参阅表2，根据上述实施例的双频段天线装置10，在实际测试中其不同频率对应的增益和效率如表2所示。
68.表2
[0069][0070]
从表2的测试数据可以得知，在2400至2500mhz的频段时，最大增益在4.7至4.9dbi，辐射效率在71.26％至76.19％之间。在5050至5850mhz的频段时，最大增益在2.5至3.5dbi，辐射效率在60.32％至66.56％之间.因此，本技术实施例得双频度天线装置在收发2.4ghz频段时得辐射效率均高于65％，双频度天线装置在收5ghz频段时得辐射效率均高于60％，双频段天线装置10的最大增益和辐射效率明明显较高，满足使用要求。
[0071]
请参阅图4，图示4出了空间直角坐标系中本技术实施例提供的一种双频段天线装置10的位置示意图，在空间直角坐标系o-xyz中，双频段天线装置10位于xoz坐标面，坐标轴的原点大致设于双频段天线装置10的间隙500，从而有利于对双频段天线装置10进行检测。
[0072]
请参阅图6至图9，图6示出了空间直角坐标系中本技术实施方式提供的双频段天线装置10在2400mhz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图7为h面(h面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图8为e1面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图9为e2面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图7至图9所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。
[0073]
请参阅图10至图13，图10示出了空间直角坐标系中本技术实施方式提供的双频段天线装置10在2450mhz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图11为h面(h面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图12为e1面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图13为e2面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图11至图13所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。
[0074]
请参阅图14至图17，图14示出了空间直角坐标系中本技术实施方式提供的双频段天线装置10在2500mhz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图15为h面(h面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图16为e1面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图17为e2面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图15至图17所示的
辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。
[0075]
请参阅图18至图21，图18示出了空间直角坐标系中本技术实施方式提供的双频段天线装置10在5050mhz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图19为h面(h面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图20为e1面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图21为e2面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图19至图21所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。
[0076]
请参阅图22至图25，图22示出了空间直角坐标系中本技术实施方式提供的双频段天线装置10在5450mhz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图23为h面(h面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图24为e1面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图25为e2面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图23至图25所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。
[0077]
请参阅图26至图29，图26示出了空间直角坐标系中本技术实施方式提供的双频段天线装置10在5850mhz的辐射方向图，图形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示增益越大,颜色越深表示天线的增益越大。其中，图27为h面(h面为磁场和最大辐射方向所在的平面)的辐射方向图，图28为e1面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图，图29为e2面(e面为辐射最大方向和电场所在的平面)的辐射方向图。图27至图29所示的辐射方向图都沿某一方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直双频段天线装置10所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现定向辐射，从而根据实际的需求合理地设置双频段天线装置10的位置以提高实用性。
[0078]
本发明还提出一种zigbee模块，zigbee模块可以应用于网关设备中。zigbee模块包括电路板(图未示出)和上述实施方式所说的双频段天线装置10。双频段天线装置10的具体结构参照上述实施方式。由于zigbee模块采用了上述所有实施方式的全部技术方案，因此同样具有上述双频段天线装置10的实施方式的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0079]
在一些实施方式中，电路板设有插座(图未示出)。连接线体400包括插头430，信号线410和接地连接线420连接于插头430，插头430插接于插座，从而使得双频段天线装置10连接于电路板，进而便于电路板的射频电路将信号传输至馈源100。
[0080]
在本发明中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接，或传动连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0081]
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。
[0082]
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。