物联设备、双频天线及其设计方法与流程

本发明涉及通信领域，具体是涉及一种物联设备、双频天线及其设计方法。

背景技术：

随着计算机和物联网技术的发展，天线的应用越来越广泛。

目前的电子设备大都要求wifi支持802.11b/g/n/a等多种协议，为了将802.11a和802.11b整合于同一无线通信电路，必须采用能够同时工作于2.4ghz和5ghz两种不同频率的天线。

现有技术的双频天线中，一些具有单个辐射单元，然而单个辐射单元天线的辐射范围一般不能达到全向，导致不同角度范围处的信号强度差异较大，并且，在采用两个辐射单元的天线中，各辐射单元的近场辐射会产生较为强烈的耦合，容易干扰信号的收发和处理。

公开号为cn101145635a的中国发明专利申请公开了一种双频天线，然而该方案中，谐振点处的回波损耗较大，增益较低，且带宽较窄。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种能够同时工作于高低频段、两个辐射单元之间信号干扰较小、损耗较小、增益较大且带宽较宽的双频天线。

为了实现上述目的，本发明提供的用于物联设备的双频天线包括介质板、导电层和两条印制天线，介质板具有第一主面和第二主面，导电层设于第一主面上，印制天线设于第二主面上，两条印制天线沿第一方向分布，第一方向垂直于介质板的厚度方向；印制天线包括辐射单元和微带馈线，辐射单元连接于微带馈线的沿第二方向的一端，辐射单元包括长度较长的第一分支和长度较短的第二分支，第二方向垂直于介质板的厚度方向，第二方向垂直于第一方向；微带馈线电连接有金属件，金属件沿介质板的厚度方向穿过介质板，金属件与导电层电连接；第一主面包括沿第二方向分布的第一区域和第二区域，导电层具有主体部分和t形隔离导带，主体部分覆盖第一区域，t形隔离导带从主体部分伸于第二区域中，t形隔离导带包括沿第一方向延伸的第一段和沿第二方向延伸的第二段，第二段连接第一段与主体部分；两个辐射单元相对第一面对称，且t形隔离导带相对第一面对称，第一面过t形隔离导带，第一面的法线沿第一方向，沿第一方向，t形隔离导带位于两个辐射单元之间；沿介质板的厚度方向，辐射单元与第二区域对应，微带馈线与第一区域对应；沿第二方向从主体部分指向第一段，辐射单元至第一面的距离逐渐增大。

由上可见，本发明的双频天线能够工作于高低不同的两个频段，且工作带宽较宽，各辐射单元之间的信号干扰小，回波损耗较小，较为节能，在第一面及第一主面上的增益均能达到全向效果，且增益较大。

一个优选的方案是，第一分支沿第一路径弯折延伸，第二分支沿第二路径弯折延伸，第一路径与第二路径组成具有缺口的环状路径。

进一步的方案是，第一路径包括第一主体段和迂回段，迂回段连接于第一主体段的沿第二方向远离微带馈线的一端，第二路径包括第二主体段，缺口形成于迂回段与第二主体段之间；第一主体段及第二主体段均为相对第一面倾斜的倾斜段，倾斜段在远离微带馈线的一端至第一面的距离大于其在靠近微带馈线的一端至第一面的距离。

更进一步的方案是，倾斜段与第一面的夹角为40°至60°。

进一步的方案是，第一分支在第一主体段具有至少两个第一弯折周期，第一弯折周期包括依次连接的第一折、第二折、第三折和第四折，第一折和第三折沿第一路径延伸，第二折和第四折垂直于第一路劲延伸，且第二折与第四折的弯折方向相反。

更进一步的方案是，第二分支在第二主体段具有至少两个第二弯折周期，第二弯折周期包括依次连接的第五折、第六折、第七折和第八折，第五折和第七折沿第二路劲延伸，第六折和第八折垂直于第二路径延伸，第六折和第八折的弯折方向相反。

再进一步的方案是，第一主体段与第二主体段平行，沿第一主体段与第二主体段的间隔方向，第一折与第五折相对，第二折与第六折相对，第三折与第七折相对，第四折与第八折相对，第二折背向第二主体段弯折，第六折背向第一主体段弯折。

另一个优选的方案是，介质板的主面呈矩形，第一面为介质板的对称面，第一方向为介质板主面的宽度方向，第二方向沿介质板主面的长度方向。

再一个优选的方案是，第二区域为净空区，第二区域为长度方向沿第一方向且宽度方向沿第二方向的矩形，第二区域的长度尺寸为52mm，第二区域的宽度尺寸为22mm。

本发明的目的之二是提供一种采用上述双频天线的物料设备。

为了实现上述目的，本发明提供的物联设备包括前述的双频天线。

本发明的目的之三是提供一种前述双频天线的设计方法。

为了实现上述目的，本发明提供的双频天线的设计方法包括：通过调整第一段的长度来调节双频天线的两个频段的中心频率。

附图说明

图1是本发明双频天线实施例的结构图一；

图2是本发明双频天线实施例的结构图二；

图3是图2中a处的局部放大图；

图4是本发明双频天线实施例的朝向第一主面的向视图，图4中的虚线结构位于第二主面上；

图5是本发明双频天线实施例的s11参数仿真结果图；

图6为本发明双频天线实施例在频率为2.46ghz时的第二主面上的增益方向图；

图7为本发明双频天线实施例在频率为2.46ghz时的第一面上的增益方向图；

图8为本发明双频天线实施例在频率为5.21ghz时的第二主面上的增益方向图；

图9为本发明双频天线实施例在频率为5.21ghz时的第一面上的增益方向图。

具体实施方式

物联设备、双频天线及其设计方法实施例：

本实施例的图1至图4采用统一的空间直角坐标系表示方位关系，本实施例的y轴方向为第一方向，本实施例的x轴方向为第二方向，下述介质板1的厚度方向为z轴方向。

本实施例的物联设备例如可以是智能电视、智能空调、智能冰箱等家用电器，本实施例的物联设备包括本实施例的双频天线。

请参照图1及图2，本实施例的双频天线包括介质板1、导电层2和两条印制天线3，介质板1为矩形板，介质板1的主面为长边沿x轴方向且短边沿y轴方向的矩形面，介质板1的主面长边尺寸为102mm，介质板1的主面短边尺寸为52mm，介质板1的厚度方向为z轴方向，介质板1的厚度为0.8mm，介质板1由材料耐燃等级为fr4的环氧树脂材料制成。

介质板1的主面分别为第一主面11和第二主面12，第一主面11由第一区域111和第二区域112组成，第一区域111和第二区域112沿x轴方向分布，第二区域112为净空区，第二区域112在x轴方向上的尺寸为22mm。

导电层2设于第一主面11上，导电层2包括主体部分21和t形隔离导带22，主体部分21覆盖第一区域111，t形隔离导带22从主体部分21伸于第二区域112中，t形隔离导带22包括沿y轴方向延伸的第一段221和沿x轴方向延伸的第二段222，第二段222连接于第一段221与主体部分21之间，t形隔离导带22位于第二区域112的沿y轴方向的中部，导电层2接地处理。

t形隔离导带22为面对称结构，t形隔离导带22的对称面为第一面，第一面的法线沿y轴方向，第一面为介质板1的对称面。

第二段222在x轴方向上的尺寸为12mm，第二段222在y轴方向上的尺寸为2mm，第一段221在x轴方向上的尺寸为2mm，第一段221在y轴方向上的尺寸为10mm。

导电层2的材料为铜，当然在本发明的其它实施例中，导电层2的材料也可以为其它导电材料，例如铝。

印制天线3包括辐射单元31和微带馈线32，辐射单元31连接于微带馈线32的x轴正向端，辐射单元31包括长度较长的第一分支311和长度较短的第二分支312，微带馈线32的x轴负向端连接有金属片(金属件的一个实例)，金属片沿z轴方向穿过介质板1后导电层2电连接。

第一分支311对应一个谐振频率，第二分支312对应一个谐振频率，这使得本实施例的天线能够工作于两个频段，其中第一分支311为低频分支，第二分支312为高频分支。

第一分支311沿第一路径弯折延伸，第二分支312沿第二路径弯折延伸，第一路径与第二路径组成具有缺口313的环状路径。

第一路径包括第一主体段和迂回段，第二路径包括第二主体段，迂回段连接于第一主体段的x轴正向端，迂回段向第二主体段弯曲，缺口313形成于迂回段与第二主体之间。

请参照图4，两个印制天线3相对于第一面对称分布，两个印制天线3分别为第一天线3a和第二天线3b，第一天线3a的第一主体段和第二主体段沿方向a，第二天线3b的第一主体段和第二主体段沿方向b，方向a与方向b垂直，从x轴负向端至x轴正向端，第一主体段及第二主体段均逐渐远离第一面。

请参照图3，下文以第一天线3a为例描述第一分支311和第二分支312的结构，第一分支311及第二分支312的宽度均为1.2mm，第一主体段与第二主体段沿方向b间隔分布，第一分支311在第一主体段的部分具有四个第一弯折周期，第一弯折周期包括依次连接的第一折3111、第二折3112、第三折3113和第四折3114，第一折3111和第三折3113均沿方向a延展，第二折3112沿方向b背向第二分支312弯折，第四折3114沿方向b朝向第二分支312弯折；第二分支312在第二主体段的部分具有两个第二弯折周期，第二弯折周期包括依次连接的第五折3121、第六折3122、第七折3123和第八折3124，第五折3121和第七折3123沿方向a延伸，第六折3122沿方向b背向第一分支311弯折，第八折3124沿方向b朝向第一分支311弯折；沿方向b，第一折3111与第五折3121相对，第二折3112与第六折3122相对，第三折3113与第七折3123相对，第四折3114与第八折3124相对。

第一折3111、第三折3113、第五折3121及第七折3123的延展长度均为3mm，第二折3112、第四折3114、第六折3122和第八折3124的延展长度均为2mm。

第一分支311沿迂回段的弯折延伸方式参照上述第一分支311沿第一主体段弯折延伸的具体方式进行，均为沿对应路径和垂直于对应路径来回弯折交替延展，这里不再赘述。

微带馈线32沿x轴方向延伸，微带馈线32在x轴方向上的尺寸为12mm，微带馈线32在y轴方向上的尺寸为1.5mm，微带馈线32的电阻为50ω。

图5示出了本实施例双频天线的s11参数仿真结果图，图5中点m1(距离纵坐标较近的极低点)的谐振频率为2.46ghz，此时天线的回波损耗约为－29.2871db；点m2(距离纵坐标较远的极低点)的谐振频率为5.21ghz，此时天线的回波损耗为－19.4981db。这两点的谐振频率处的回波损耗均满足小于－10db的要求。

回波损耗低于－10db的才属于有效带宽，从图5中可以看出2.4ghz的工作范围为2.33ghz－2.57ghz，低频段带宽为240mz，5.2ghz的工作范围在4.92ghz－5.43ghz，高频段带宽为510mhz。

本实施例的双频天线能够工作于5.2ghz和2.4ghz两个频段，且频段带宽较宽。

图6示出了本实施例双频天线在频率为2.46ghz时的第二主面12上的增益方向图，该方向图显示了天线在第二主面12上的增益可以达到全向的效果，而且此时最大增益为3.0572db。

附图7示出了本实施例双频天线在频率为2.46ghz时的第一面上的增益方向图，该方向图显示了天线在第一面上的增益可以达到全向的效果，而且此时最大增益为3.6246db。

附图8示出了本实施例双频天线在频率为5.21ghz时的第二主面12上的增益方向图，该方向图显示了天线在第二主面12上的增益可以达到全向的效果，而且此时最大增益为5.2894db。

附图9示出了本实施例双频天线在频率为5.21ghz时且在第一面上的增益方向图，该方向图显示了天线在第一面上的增益可以达到全向的效果，而且此时最大增益为5.1267db。

本实施例的双频天线在不同频率情况下在第一面与第一主面上的增益均能达到全向的效果，且增益较大。

对称设置的两条印制天线3能够尽可能减少旁瓣，有利于使辐射面更宽。

通过在介质板1的第一主面11上覆导电层2，导电层2设置有位于两个辐射单元31之间的t形隔离导带22，并且将辐射单元31设置为从x轴负向端至x轴正向端逐渐远离第一面，这样能够通过t形隔离导带22改变双频天线的谐振频率，减少两个辐射单元31之间的信号干扰，降低回波损耗，提升双频天线的能耗。

辐射单元31的两条长度不同的分支使得辐射单元31具有两条谐振频率不同的谐振路径，便于实现双频辐射。

辐射单元31相较于第一面对称设置以及辐射单元31弯折延伸，使得辐射单元31各部分的辐射方向互补，有利于优化双频天线的方向特性，提高双频天线的整体性能，此外，由于第一分支311及第二分支312均弯折延伸，因而这样有利于缩减辐射单元31的长度，有利于双频天线的小型化。

本段对本实施例的设计方法进行说明，本实施例的设计方法用于本实施例的双频天线，在设计本实施例的双频天线时，通过改变第一段221在y轴方向上的尺寸，来调整两条印制天线3之间的隔离度，继而调整双频天线的两个频段的中心频率，这样便于在辐射单元31的结构发生变化时，尤其是方向a与方向b的角度发生变化时，能够通过为第一段221设置不同的y轴方向尺寸来调节实现双频天线的中心频率各自回到2.46gb和5.21gb，当然，在本发明的其它实施例中，也可以通过为第一段221设置不同的y轴方向尺寸来调节实现双频天线的中心频率到达其它需要的频率。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。