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模块中的双频段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。天线装置包括馈源、接地连接部和辐射体。馈源包括馈点部和馈地部，馈点部和馈地部相对且间隔设置。接地连接部包括相对的第一侧部和第二侧部，以及位于第一侧部和第二侧部之间的连接侧部。连接侧部设有第一间隙，馈源位于第一间隙中。接地连接部连接于馈地部。辐射体包括第一辐射体和第二辐射体。第一辐射体连接于所述馈点部和接地连接部，第一辐射体凸出于第一侧部，第一辐射体设有第二间隙，第二间隙连通于第一间隙。第二辐射体连接于第一辐射体且与第一辐射体间隔。第二辐射体与接地连接部之间具有第三间隙，第三间隙连通于第一间隙。
6.在一些实施方式中，连接侧部包括第一子连接侧部和第二子连接侧部。第一子连接侧部和第二子连接侧部位于第一间隙的两侧。第一子连接侧部连接于第一侧部。第二子连接侧部连接于第二侧部。第一辐射体连接于第一子连接侧部，第二辐射体与第二子连接侧部之间形成第三间隙。
7.在一些实施方式中，第一辐射体包括相连接的第一辐射部和第二辐射部。第一辐射部连接于第一子连接侧部和馈点部。第二辐射部凸出于第一侧部，第二辐射体连接于第一辐射部，并与第二辐射部间隔。
8.在一些实施方式中，第二间隙包括第一子间隙和第二子间隙。第一子间隙设于第一辐射部，并连通于第一间隙。第二子间隙设于第二辐射部，并连通于第一子间隙。
9.在一些实施方式中，第二辐射体包括第三辐射部和第四辐射部。第三辐射部和第四辐射部均连接于第一辐射部，第三辐射部与第二辐射部位于第一辐射部的同一侧并且间隔设置。第四辐射部、第一辐射部和第二子连接侧部形成第三间隙。
10.在一些实施方式中，第一辐射部的长度方向垂直于第二辐射部的长度方向。第三辐射部的长度方向平行于第四辐射部的长度方向和第二辐射部的长度方向。
11.在一些实施方式中，第三辐射部的布线长度大于第一辐射部的布线长度、第二辐射部的布线长度和第四辐射部的布线长度。
12.在一些实施方式中，第三辐射部的布线长度为12～14mm。第四辐射部的布线长度为3.9～4.1mm。第一辐射部的布线长度为6.9～7.1mm。第二辐射部的布线长度为6.9～
7.1mm。
13.在一些实施方式中，馈点部包括第一镀金层，第一镀金层的布线长度和布线宽度均为1.4～1.6mm。馈地部包括第二镀金层，第二镀金层的布线长度和布线宽度均为1.9～2.1mm。
14.本发明实施方式还提供一种zigbee模块。zigbee模块包括上述任一实施方式的双频段天线装置和电路板。电路板包括相连接的第一布线部和第二布线部，第一布线部设有接地连接部和馈源，第二布线部设有辐射体。
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、接地连接部和辐射体。馈源的馈点部与辐射体连接，馈源的馈地部与接地连接部连接。其中，接地连接部包括相对的第一侧部和第二侧部，以及位于第一侧部和第二侧部之间的连接侧部，连接侧部设有第一间隙，馈源位于第一间隙，接地连接部连接于馈地部，从而使得馈源合理配置，并且使得馈点部和馈地部间隔设置。此外，辐射体包括第一辐射体和第二辐射体，第一辐射体连接于馈点部和接地连接部，有利于双频段天线装置与外接设备形成回路。并且，第一辐射体突出于第一侧部，第一辐射体设有第二间隙，第二间隙连通于第一间隙，第二间隙可以协调双频段天线装置的驻波带宽和波形的深浅，以及提高增益。第二辐射体连接于第一辐射体且与第一辐射体间隔，第二辐射体于接地连接部之间具有第三间隙，第三间隙连通于第一间隙，避免第二辐射体与接地连接部直接接触。如此，双频段天线装置的第一辐射体产生可以产生5ghz附近的辐射谐振，第二辐射体可以产生2.4ghz或者5ghz附近的辐射谐振，提高了双频段天线装置的集成度，并且在缩小双频段天线装置物理尺寸的同时，使得双频段天线装置具有较高的天线增益和较好的辐射效率，进而提高双频段天线装置的性能。
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尺寸示意图。
19.图3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。
20.图4示出了图3中的双频段天线装置在2400mhz时的辐射方向的示意图。
21.图5示出了图4中的双频段天线装置在2400mhz时h面辐射方向的示意图。
22.图6示出了图4中的双频段天线装置在2400mhz时e1面辐射方向的示意图。
23.图7示出了图4中的双频段天线装置在2400mhz时e2面辐射方向的示意图。
24.图8示出了图3中的双频段天线装置在2450mhz时的辐射方向的示意图。
25.图9示出了图8中的双频段天线装置在2450mhz时h面辐射方向的示意图。
26.图10示出了图8中的双频段天线装置在2450mhz时e1面辐射方向的示意图。
27.图11示出了图8中的双频段天线装置在2450mhz时e2面辐射方向的示意图。
28.图12示出了图3中的双频段天线装置在2500mhz时的辐射方向的示意图。
29.图13示出了图12中的双频段天线装置在2500mhz时h面辐射方向的示意图。
30.图14示出了图12中的双频段天线装置在2500mhz时e1面辐射方向的示意图。
31.图15示出了图12中的双频段天线装置在2500mhz时e2面辐射方向的示意图。
32.图16示出了图3中的双频段天线装置在5050mhz时的辐射方向的示意图。
33.图17示出了图16中的双频段天线装置在5050mhz时h面辐射方向的示意图。
34.图18示出了图16中的双频段天线装置在5050mhz时e1面辐射方向的示意图。
35.图19示出了图16中的双频段天线装置在5050mhz时e2面辐射方向的示意图。
36.图20示出了图3中的双频段天线装置在5450mhz时的辐射方向的示意图。
37.图21示出了图20中的双频段天线装置在5450mhz时h面辐射方向的示意图。
38.图22示出了图20中的双频段天线装置在5450mhz时e1面辐射方向的示意图。
39.图23示出了图20中的双频段天线装置在5450mhz时e2面辐射方向的示意图。
40.图24示出了图3中的双频段天线装置在5850mhz时的辐射方向的示意图。
41.图25示出了图24中的双频段天线装置在5850mhz时h面辐射方向的示意图。
42.图26示出了图24中的双频段天线装置在5850mhz时e1面辐射方向的示意图。
43.图27示出了图24中的双频段天线装置在5850mhz时e2面辐射方向的示意图。
44.图28示出了本发明实施方式提供的zigbee模块的结构示意图。
具体实施方式
45.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。
46.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。
47.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工作频段。
48.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，不同的布线方式使得双频段天线装置的性能差异较大。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。
49.鉴于此，本发明提出一种双频段天线装置，双频段天线装置可应用于zigbee模块中，可用于产生2.4ghz和5ghz的工作频段。例如，zigbee模块的双频段天线装置产生的频段可以控制窗帘电机转动，以控制窗帘打开或者关闭。在以下实施例中，zigbee模块的双频段天线装置应用于控制窗帘电机为例进行说明介绍，其他需要双频段天线装置的情况可参考实施。
50.请参阅图1，双频天线装置包括馈源100、接地连接部200和辐射体300，馈源100连接于接地连接部200和辐射体300，并且接地连接部200连接于辐射体300，使得双频段天线
装置10可以与外界设备(例如电路板)形成回路。馈源100可以为辐射体300馈入电流信号以使辐射体300工作于指定频段，例如2.4ghz附近的频段和5ghz附近的频段，并且接地连接部200可以耦合天线波形和频率的作用。如此可以通过调整馈源100、辐射体300和接地连接部200的位置和形状，以提高双频段天线装置10的性能。
51.请参阅图1和图2，馈源100包括馈点部110和馈地部120，馈点部110和馈地部120相对且间隔设置，从而避免馈点部110和馈地部120短路。馈点部110连接于辐射体300，并为辐射体300馈入电流信号。进一步地，馈点部110包括第一镀金层111，第一镀金层111电镀有金属金，从而加强馈电部与辐射体300的传导性能，有利于更好地抗氧化，不易被空气腐蚀，同时也有利于减少信号的干扰和损耗。在本实施例中，第一镀金层111的布线长度和布线宽度均为l1，其中，l1的取值范围为1.4～1.6mm，例如，l1可以是1.5mm。如此，馈点部110的面积较小，减小了馈点部110的占用空间，便于馈点部110传递信号给辐射体300。
52.馈地部120连接于接地连接部200，使得接地连接部200与外部设备的地线连接。进一步地，馈地部120包括第二镀金层121，第二镀金层121电镀有金属金，从而加强馈地部120与接地连接部200的传导性能，有利于更好地抗氧化，不易被空气腐蚀，同时也有利于减少信号的干扰和损耗。在本实施例中，第二镀金层121的布线长度和布线宽度均为l2，其中，l2的取值范围为1.9～2.1mm，例如，l2可以是2.0mm。如此，馈地部120的面积较小，减小了馈地部120的占用空间，便于馈地部120传递信号给接地连接部200。
53.接地连接部200包括相对的第一侧部210和第二侧部220，以及位于第一侧部210和第二侧部220之间的连接侧部230，连接侧部230设于接地连接部200靠近馈点部110的一侧。在本实施例中，接地连接部200的大致外形轮廓呈凹字形设置，从而有利于耦合双频段天线装置10的波形和频率。
54.连接侧部230设有第一间隙301。馈点部110和馈地部120位于第一间隙301中，接地连接部200连接于馈地部120，以便于接地连接部200通过馈地部120与电路板(图未示出)连接。
55.连接侧部230可以包括第一子连接侧部231和第二子连接侧部232，第一子连接侧部231和第二子连接侧部232位于第一间隙301的两侧。第一子连接侧部231连接于第一侧部210，第二子连接侧部232连接于第二侧部220。如此有利于耦合双频段天线装置10的波形和频率。
56.辐射体300包括第一辐射体310和第二辐射体320，第一辐射体310连接于第二辐射体320和馈点部110，从而使得馈点部110馈入电流信号给第一辐射体310和第二辐射体320，进而使第一辐射体310产生2.4ghz附近的频段，以及使第二辐射体320产生2.4ghz和5ghz附近的频段，有利于实现不同距离控制窗帘电机，以实现窗帘的打开和关闭。
57.第一辐射体310凸出于第一侧部210，也就是说，第一辐射体310连接于第一侧部210和和馈点部110并朝远离第一侧部210的方向延伸，从而使得第一辐射体310产生2.4ghz附近的频段。第一辐射体310设有第二间隙301，第二间隙301连通于第一间隙301，例如，第二间隙301包括第一子间隙301a和第二间隙301，第一子间隙301a连通第一间隙301和第二子间隙301b，从而增加第一辐射体310的走线长度，进而使得第二间隙301可以协调双频段天线装置10的驻波带宽和波形的深浅，并且对双频段天线装置10具有增益优化的作用。
58.第一辐射体310可以包括相连接的第一辐射部311和第二辐射部312，第一辐射部
311连接于第一子连接侧部231和馈点部110，使得馈点部110连接于辐射体300，从而让第一辐射部311产生2.4ghz的频段。此外，第一辐射部311设有第一子间隙301a，从而增长自身走线，进而协调双频段天线装置10的驻波带宽和波形的深浅，并且对双频段天线装置10具有增益优化的作用。
59.第二辐射部312突出于第一侧部210，从而增长第二辐射部312的走线长度，有利于提高对双频段天线装置10的增益。此外，第二辐射部312设有第二子间隙301b，从而增长自身走线，进而协调双频段天线装置10的驻波带宽和波形的深浅，并且对双频段天线装置10具有增益优化的作用。
60.第二辐射体320连接于第一辐射体310且与第一辐射体310间隔，例如，第二辐射体320连接于第一辐射部311，并与第二辐射部312间隔，有利于将两个不同的频段分隔，例如，第二辐射体320可以产生2.4ghz的频段和5ghz的频段，第一辐射体310可以产生5ghz的频段，使得第二辐射体320产生的2.4ghz频段不会影响到第一辐射体310产生5ghz的频段。
61.第二辐射体320与接地连接部200具有第三间隙302，第三间隙302连通于第一间隙301，例如，第二辐射体320与第二子连接侧部232之间形成第三间隙302，从而避免了第二辐射体320与接地连接部200直接接触，进而使得双频段天线装置10可以正常工作。
62.进一步地，第二辐射体320包括第三辐射部321和第四辐射部322，第三辐射部321和第四辐射部322均连接于第一辐射部311，使得馈点部110可以馈入电流信号给第三辐射部321和第四辐射部322。
63.第三辐射部321与第二辐射部312位于第一辐射部311的同一侧并且间隔设置，从而有利于第三辐射部321产生2.4ghz的频段，以及有利于第二辐射部312产生5ghz的频段。
64.第四辐射部322、第一辐射部311和第二子连接侧部232围合形成有第三间隙302，从而避免第四辐射部322与接地连接部200直接接触，进而使得双频段天线装置10可以正常工作。
65.在一些实施方式中，第一辐射部311的长度方向垂直于第二辐射部312的长度方向，第三辐射部321的长度方向平行于第四辐射部322的长度方向和第二辐射部312的长度方向。如此有利于提高双频段天线装置10的效率和增益，从而提高双频段天线装置10的性能。
66.在一些实施方式中，第三辐射部321的布线长度大于第一辐射部311的布线长度、第二辐射部312的布线长度和第四辐射部322的布线长度，从而增加第三辐射部321的走线，进而有利于第三辐射部321产生2.4ghz的频段，以及有利于第一辐射部311、第二辐射部312和第四辐射部322产生5ghz的频段。进一步地，第三辐射部321的布线长度为l3，其中，l3的取值范围为12～14mm，例如，l3可以是13mm。第四辐射部322的布线长度为l4，其中，l4的取值范围为3.9～4.1mm，例如，l4可以是4mm。第一辐射部311的布线长度为l5，其中，l5的的取值范围为6.9～7.1mm，例如，l5可以是7mm。第二辐射部312的布线长度为l6，例如，l6的取值范围为6.9～7.1mm，例如，l6可以是7mm。
67.请参阅表1，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1所示，
68.表1
[0069][0070]
从表1的测试数据可以得知，在2400至2500mhz频段时，增益在1.4db至3.5db，辐射效率在65.86％至67.71％之间。在5050至5850mhz频段时，增益在1.8db至2.2db，辐射效率在50.28％至54.74％之间。因此，本技术实施例的双频段天线装置10在收发2.4ghz频段时得辐射效率均高于65％，以及在收发5ghz频段时得辐射效率均高于50％，双频段天线装置10的增益和辐射效率明明显较高。
[0071]
请参阅图3，图3示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o大致设于馈点部110，从而有利于对天线装置进行检测。
[0072]
请参阅图4至图7，图4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5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6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7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4至图7所示的辐射方向图都沿多个方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直天线装置所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现多个方向的定向辐射，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8至图11，图8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9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10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11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8至图11所示的辐射方向图都沿多个方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直天线装置所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现多个方向的定向辐射，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12至图15，图12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13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14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15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12至图15所示的
辐射方向图都沿多个方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直天线装置所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现多个方向的定向辐射，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16至图19，图16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17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18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19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16至图19所示的辐射方向图都沿多个方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直天线装置所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现多个方向的定向辐射，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20至图23，图20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21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22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23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20至图23所示的辐射方向图都沿多个方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直天线装置所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现多个方向的定向辐射，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24至图27，图24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25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26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27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24至图27所示的辐射方向图都沿多个方向延伸，且增益较高，也就是说，在双频段天线装置10所在的平面和垂直天线装置所在的平面上，双频段天线装置10的增益和效率较高，可以实现多个方向的定向辐射，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]
请参阅图28，本发明还提出一种zigbee模块20，zigbee模块20包括电路板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。zigbee模块20例如可以用于控制窗帘电机，以带动窗帘打开和关闭。由于zigbee模块20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，zigbee模块20还包括介质板400，介质板400可以用来承载双频段天线装置10。介质板400包括相连接的第一布线部410和第二布线部420，第一布线部410设有接地连接部200和馈源100，第二布线部420设有辐射体300。在一些实施方式中，双频段天线装置10可以通过同轴线与电路板电连接，从而便于电路板的射频电路将信号传导至馈源。在本实施例，第一布线部410的长度方向与第二布线部420的长度方向垂直，使得结构紧凑，从而有利于减少zigbee模块20的占用空间。
[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。