天线结构及具有该天线结构的无线通信装置的制作方法

1.本发明涉及一种具有多频段的天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。


背景技术：

2.随着无线通信技术的迅速发展，超宽频通信(ultra wide band，uwb)技术已进入应用阶段。uwb技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，为3.1ghz-10.6ghz。然而现有的uwb天线为了兼顾较宽的频宽，天线体积较大，难以与较小体积的无线通信装置兼容。


技术实现要素：

3.针对上述问题，有必要提供一种具有宽频的天线结构及具有该天线结构的无线通信装置。
4.本发明第一方面提供一种天线结构，包括介质基板及辐射单元，所述辐射单元设置于所述介质基板的第一表面，所述辐射单元设置有馈入点，用以为所述辐射单元馈入信号，所述辐射单元还开设有若干螺旋槽孔，所述螺旋槽孔为具有斐波那契螺旋线形状的槽孔。
5.进一步地，每一所述螺旋槽孔包括依次连接的第一槽孔、第二槽孔、第三槽孔及第四槽孔，所述第一槽孔、所述第二槽孔、所述第三槽孔及所述第四槽孔均为弧形槽孔，且圆心角均为90度。
6.进一步地，所述第一槽孔的半径与所述第二槽孔的半径大致相等，所述第三槽孔的半径大致为所述第一槽孔的半径的2倍，所述第四槽孔的半径大致为所述第一槽孔的半径的3倍。
7.进一步地，若干所述螺旋槽孔朝向同一方向，每一所述第四槽孔的端部与相邻的另一所述螺旋槽孔的第四槽孔的远离所述第三槽孔的一端，且远离所述第一槽孔的一侧连接，每一所述第一槽孔的外侧与相邻的另一所述螺旋槽孔的第四槽孔的靠近所述第三槽孔的一端，且远离所述第一槽孔及所述第二槽孔的一侧连接。
8.进一步地，所述天线结构还包括馈线，所述馈线设置于所述第一表面，所述馈入点通过所述馈线电连接至馈入源，所述馈线为微带馈线。
9.进一步地，所述天线结构还包括接地部，所述介质基板还包括第二表面，所述第二表面上设置有接地面，所述接地部贯通所述介质基板的第一表面与第二表面，且所述接地部的一端与所述第一表面的辐射单元连接，所述接地部的另一端穿过所述第二表面，并通过传输线电连接至所述接地面，从而为所述天线结构提供接地。
10.进一步地，所述辐射单元为一圆形片体，所述辐射单元的半径为8.5毫米，每一所述螺旋槽孔的间隙宽度为0.5毫米。
11.进一步地，所述辐射单元为一片状导体，或所述辐射单元为通过蚀刻或沉积技术而形成在所述介质基板上的金属层。
12.进一步地，若干所述螺旋槽孔包括8个所述螺旋槽孔。
13.本发明第二方面还提供一种无线通信装置，包括如上任一项所述的天线结构。
14.本发明提供的天线结构，通过在辐射单元上开设若干螺旋槽孔，一方面改变所述辐射单元的辐射路径，从而在辐射面积不变的前提条件下，有效扩展所述天线结构的频宽，满足uwb技术的频宽要求，另一方面还可提高所述天线结构的美观性。
附图说明
15.图1为本发明较佳实施例的天线结构的立体示意图。
16.图2为图1所示天线结构的正面示意图。
17.图3为图1所示天线结构的背面示意图。
18.图4为图1所示天线结构中螺旋槽孔的结构示意图。
19.图5为图1所示天线结构中若干螺旋槽孔的示意图。
20.图6为图1所示天线结构的s参数(散射参数)曲线图。
21.图7为图1所示天线结构的水平辐射场型图。
22.图8为图1所示天线结构的辐射效率曲线图。
23.主要元件符号说明
24.天线结构100
25.介质基板10
26.第一表面101
27.第二表面102
28.辐射单元20
29.螺旋槽孔21
30.第一槽孔211
31.第二槽孔212
32.第三槽孔213
33.第四槽孔214
34.馈入点22
35.第一正方形a
36.第二正方形b
37.第三正方形c
38.第四正方形d
39.原点、端点o
40.第一顶点e
41.第二顶点f
42.第三顶点g
43.第四顶点、切点h
44.第五顶点j
45.第六顶点i
46.第七顶点k
47.第八顶点l
48.第九顶点m
49.馈线30
50.第一馈入部31
51.第二馈入部32
52.接地部40
53.传输线50
54.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
55.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，所描述的实施例仅仅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.需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
57.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
58.在本文中，除非另有明确规定和限定，对于方位词，如有术语“上方”、“下方”、“上端”、“下端”、“下表面”、“顺时针”、“逆时针”、“左”、“右”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本文和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本技术的具体保护范围。
59.在本文中，除非另有明确规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“上”、“下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
60.在本文中，除非另有明确规定和限定，如有术语“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隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征。
61.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
62.请一并参阅图1至图3，本发明较佳实施方式提供一种天线结构100，其可设置于无
线通信装置内(图未示)，用以发射、接收无线电波以传递、交换无线信号。所述无线通信装置可以为，但不局限于，移动通信设备、智能家居设备、用户前置设备(customer premise equipment，cpe)、路由器及机顶盒(set top box)等。
63.可以理解，所述天线结构100可作为超宽频通信(ultra wide band，uwb)天线。所述天线结构100包括介质基板10及辐射单元20。
64.在本实施例中，所述介质基板10为一方形片体。所述介质基板10的长度lg为34.8毫米，所述介质基板10的宽度wg为29.6毫米。所述介质基板10可以为陶瓷基板或有机基板。在其中一个实施例中，所述介质基板10的材料为有机基板中的玻璃纤维板(fr-4板)。所述介质基板10包括第一表面101及第二表面102。所述第一表面101与所述第二表面102为所述介质基板10上互相背离的两个表面。
65.所述辐射单元20设置于所述介质基板10的第一表面101。在本实施例中，所述辐射单元20为导体。所述辐射单元20大致呈圆形片体状，其半径r为8.5毫米。
66.可以理解，在本技术实施例中，所述辐射单元20上开设有若干螺旋槽孔21，以扩展所述辐射单元20的频宽。在本实施例中，所述螺旋槽孔21是指具有斐波那契螺旋线形状的斐波那契螺旋槽孔。可以理解，所述斐波那契螺旋线也称黄金螺旋线，是指根据斐波那契数列画出的螺旋曲线。所述斐波那契数列为：0、1、1、2、3、5、8、13、21
…
。所述螺旋槽孔21的形状，是在若干边长为斐波那契数列的正方形组中，在每一所述正方形中画一个圆心角为90度的呈弧形的槽孔，再将构成若干所述弧形槽孔依次相连获得。
67.请参阅图4，在本实施例中，为了描述清楚所述螺旋槽孔21的结构，以所述螺旋槽孔21的外侧的端点o为原点，以所述螺旋槽孔21的外侧的端点o的切线为y轴，以所述螺旋槽孔21的外侧的端点o至所述螺旋槽孔21的切点h的直线为x轴建立直角坐标系。可以理解，图4仅表示所述螺旋槽孔21的结构关系，而非用以限制所述螺旋槽孔21的尺寸。
68.可以理解，所述螺旋槽孔21包括依次连接的第一槽孔211、第二槽孔212、第三槽孔213及第四槽孔214。可以理解，所述第一槽孔211、所述第二槽孔212、所述第三槽孔213及所述第四槽孔214均为弧形槽孔，且圆心角均为90度。
69.其中，所述第一槽孔211设置于所述直角坐标系xoy的第一正方形a内。所述第一正方形a的四个顶点的坐标分别为第一顶点e(4,1)、第二顶点f(3,1)、第三顶点g(3,0)及第四顶点h(4,0)。可以理解，所述第四顶点h亦是切点。所述第一槽孔211的圆心角的顶点为所述第一正方形a的第一顶点e。所述第一槽孔211的半径大致为所述第一正方形a的边长，为一标准单位。
70.所述第二槽孔212设置于所述直角坐标系xoy的第二正方形b内。所述第二正方形b的四个顶点分别为第一顶点e(4,1)、第四顶点h(4,0)、第五顶点j(5,0)及第六顶点i(5,1)。即所述第二正方形b与所述第一正方形a相邻，且所述第二正方形b的边长与所述第一正方形a的边长相等。所述第二槽孔212的圆心角的顶点为所述第一正方形a的第一顶点e。所述第二槽孔212的半径大致为所述第二正方形b的边长。即所述第二槽孔212的半径与所述第一槽孔211的半径大致相等。如此，所述第一槽孔211靠近所述第四顶点h的一端与所述第二槽孔212靠近第四顶点h的一端连通形成半圆弧槽孔。
71.所述第三槽孔213设置于所述直角坐标系xoy的第三正方形c内。所述第三正方形c的四个顶点分别为第二顶点f(3,1)、第六顶点i(5,1)、第七顶点k(5,3)及第八顶点l(3,3)。
如此，所述第三正方形c的边长为所述第一正方形a的边长的2倍，且所述第三正方形c与所述第一正方形a及所述第二正方形b相邻。所述第三槽孔213的圆心角的顶点为所述第一正方形a的第二顶点f。所述第三槽孔213的半径大致为所述第三正方形c的边长。即所述第三槽孔213的半径大致为所述第一槽孔211的半径的2倍。所述第三槽孔213靠近所述第六顶点i的一端与所述第二槽孔212靠近所述第六顶点i的一端互相连通。
72.所述第四槽孔214设置于第四正方形d内。所述第四正方形d的四个顶点分别为第三顶点g(3,0)、第八顶点l(3,3)、第九顶点m(0,3)及原点o(0,0)。即所述第四正方形d的边长为所述第一正方形a的边长的3倍，且所述第四正方形d与所述第一正方形a及所述第三正方形c相邻。所述第四槽孔214的圆心角的顶点为所述第一正方形的第三顶点g。所述第四槽孔214的半径大致为所述第四正方形d的边长。即所述第四槽孔214的半径大致为所述第一槽孔211的半径的3倍。所述第四槽孔214靠近所述第八顶点l(3,3)的一端与所述第三槽孔213靠近所述第八顶点l(3,3)的一端互相连通。
73.如此，所述第一槽孔211、所述第二槽孔212、所述第三槽孔213及所述第四槽孔214互相连通，形成所述螺旋槽孔21。
74.请再次参阅图2及图5，可以理解，在所述辐射单元20中，若干所述螺旋槽孔21包括8个所述螺旋槽孔21。若干所述螺旋槽孔21朝向同一方向，且每一所述第四槽孔214的端部与相邻的另一所述螺旋槽孔21的第四槽孔214的远离所述第三槽孔213的一端，且远离所述第一槽孔211的一侧连接。每一所述第一槽孔211的外侧与相邻的另一所述螺旋槽孔21的第四槽孔214的靠近所述第三槽孔213的一端，且远离所述第一槽孔211及所述第二槽孔212的一侧连接。如此，若干所述螺旋槽孔21依次连接，形成一大致呈花瓣形的槽孔组。在其中一个实施例中，若干所述螺旋槽孔21形成的槽孔组与所述辐射单元20共圆。
75.可以理解，在本技术实施例中，所述辐射单元20设置有馈入点22，所述馈入点22用以为所述辐射单元20馈入信号。
76.在本实施例中，所述介质基板10上还设置有馈入源(图未示)。所述辐射单元20设置于所述第一表面101的一端。所述馈入点22设置于所述辐射单元20靠近所述第一表面101的另一端的边沿。所述馈入点22通过一馈线30电连接至所述馈入源，从而为所述辐射单元20馈入电信号，进而激发相应的辐射频段。
77.请再次参阅图2，在本实施例中，所述馈线30为微带馈线。所述馈线30设置于所述第一表面101。所述馈线30包括相互连接的第一馈入部31及第二馈入部32。所述第一馈入部31及所述第二馈入部32均为一大致呈矩形的片体。所述第一馈入部31的一端连接至所述辐射单元20的馈入点22，所述第一馈入部31的另一端连接至所述第二馈入部32的一端。所述第二馈入部32的另一端电连接至所述馈入源。所述第一馈入部31的长度l1为13.6毫米，宽度w1为0.96毫米。所述第二馈入部32的长度l2为3毫米，宽度w2为2毫米。
78.请再次参阅图1，所述天线结构100还包括接地部40。可以理解，所述介质基板10的第二表面102上设置有接地面11。所述接地部40贯通所述介质基板10的第一表面101与第二表面102，且所述接地部40的一端与所述第一表面101的辐射单元20连接。所述接地部40的另一端穿过所述第二表面102，并通过传输线50(参图3)电连接至所述接地面11，从而为所述天线结构100提供接地。在本实施例中，所述接地部40设置于所述辐射单元20的中心(请参阅图1)。可以理解，所述接地部40及所述传输线50均为导体。
79.在本实施例中，所述接地面11大致呈方形。所述接地面11的长度l4为14毫米，所述接地面11的宽度w4与所述介质基板10的宽度相等，均为29.6毫米。所述传输线50大致呈方形。所述传输线50设置于所述第二表面102。所述传输线50的一端与所述接地部40穿过所述第二表面102的一端连接，另一端连接至所述接地面11。所述传输线50的长度l3为11.3毫米，宽度w3为1毫米。
80.在本实施例中，每一所述螺旋槽孔21的间隙宽度r为0.5毫米。
81.可以理解，在其他实施例中，所述介质基板10、所述接地面11、所述辐射单元20、所述馈线30、所述传输线50的形状、长度、宽度或半径，及所述螺旋槽孔21的间隙宽度可根据实际情况进行设置，本发明不对上述部件的形状进行限制。
82.可以理解，在其他实施例中，所述辐射单元20也可以是通过蚀刻或沉积技术而形成在所述介质基板10上的金属层。
83.可以理解，在其他实施例中，所述接地部40可根据实际需要插设于所述辐射单元20上的任意位置，所述传输线50的长度及位置设置可根据所述接地部40的位置移动而做相应的改变。
84.可以理解，在其他实施例中，所述螺旋槽孔21还可根据上述方法，通过绘制若干槽孔获得。本发明不对所述螺旋槽孔21的长度及形状进行限制。例如，在其他实施例中，所述螺旋槽孔21可包括所述第一槽孔211及所述第二槽孔212，或所述螺旋槽孔21可包括所述第一槽孔211、所述第二槽孔212及所述第三槽孔213。
85.请一并参阅图6，为所述天线结构100的s参数(散射参数)曲线图。其中，曲线s6为所述天线结构100工作于1ghz-7.5ghz时的s11值。由图中可以看出，所述天线结构100工作于2.27ghz、3.39ghz及4.64ghz时，所述天线结构100对应的回波损耗较低，均可满足天线工作设计要求。
86.请一并参阅图7，为所述天线结构100的水平辐射场型图。由图7可以看出，所述天线结构100在水平辐射方向上具有对称性。
87.请一并参阅图8，为所述天线结构100的辐射效率曲线图。由图8可以看出，所述天线结构100工作于2.27ghz-4.6ghz时，辐射效率大于-0.75db，可满足天线工作设计要求。
88.可以理解，本发明提供的天线结构100，通过在辐射单元20上开设若干螺旋槽孔21，一方面改变所述辐射单元20的辐射路径，从而在辐射面积不变的前提条件下，有效扩展所述天线结构100的频宽，满足uwb技术的频宽要求，另一方面还可提高所述天线结构100的美观性。
89.以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。