一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线及网关设备的制作方法

一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线及网关设备
1.本申请是2019年8月9日递交中国专利局、申请号为201910733766.3、发明名称为“一种缝隙结构陷波天线及具有该天线的网关设备”的发明专利申请的分案申请，该申请全文通过引用结合在本申请中。
技术领域
2.本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线及网关设备。


背景技术：

3.无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。随着通信技术的发展，移动电话、个人数字助理以及笔记本电脑等无线通信装置已经得到广泛的使用，这些无线通信装置都是通过天线来进行无线信号的接收与发送。
4.随着越来越多的无线通信装置受到使用，这些无线通信装置周围环境的杂讯也越来越多，当天线处于杂讯较多的外界环境中时，其收发信号的能力往往会因为受到干扰而降低。
5.另一方面，网关设备又称网间连接器、协议转换器，是多个网络间提供数据转换服务的计算机系统或设备，网关设备就是不同网之间的连接器，就是数据要从一个网到另外一个网时要经过“协商”的设备。以lora网关设备为例，lora是一种专用于无线电调制解调的技术，它使用线性调频扩频调制技术，既保持了像fsk（频移键控）调制相同的低功耗特性，又明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关（concentrator/gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。
6.现有技术中，随着各种服务和频率的要求日益增多，这便要求网关设备（如lora网关设备）天线具有更稳定的数据信号传输性能，然而现有的天线非常容易受到滤波压力的影响，并且现有的天线结构复杂，占用的空间较大，成本高，因此导致现有的网关设备天线存在滤波性能差、数据传输不稳定，不利于lora技术广泛应用的问题。
7.

技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线及网关设备，以达到提升天线的滤波性能，减小网关设备的滤波压力，降低成本，提高数据传输稳定性的目的。
9.本申请实施例采用下述技术方案：
本申请实施例提供了一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线，包括介质基板，所述介质基板的上表面设置有天线辐射单元，所述天线辐射单元包括辐射贴片以及与所述辐射贴片底部开口端连接的微带馈线，所述辐射贴片的表面开设有两个“l”形缝隙，所述两个“l”形缝隙沿辐射贴片的竖直中线对称布置，所述两个“l”形缝用于产生两个频段的陷波，且缝隙的等效长度控制陷波的中心频率，在所述两个“l”形缝隙的中间各跨接一个变容二极管，当改变所述变容二极管容值时，所述两个“l”形缝隙的等效长度随之改变；所述介质基板的下表面设有导体层，所述导体层为一金属镀层，导体层贴附于所述介质基板的整个下表面上，所述介质基板的下表面的导体层用于接地，所述介质基板的下表面的导体层设有异形开槽，所述异形开槽包括多个矩形开槽，所述多个矩形开槽的一端或两端按规则相互连接，所述异形开槽中至少一个矩形开槽的一端延伸至介质基板下表面的导体层的底部边缘并与所述底部边缘相切，所述异形开槽与所述介质基板上表面的天线辐射单元的相对位置至少部分重叠；所述异形开槽包括两个矩形开槽，分别为第一矩形开槽和第二矩形开槽，所述第一矩形开槽与第二矩形开槽呈“t”形布置；其中，所述第一矩形开槽与所述介质基板下表面的导体层的底部边缘垂直且第一矩形开槽的一端与所述介质基板下表面的导体层的底部边缘相切，所述第一矩形开槽的另一端与第二矩形开槽相互垂直，所述第二矩形开槽与所述介质基板下表面的导体层的底部边缘平行，所述第一矩形开槽与第二矩形开槽之间的结合处与所述第二矩形开槽的中部间隔一定距离。
10.进一步的，所述介质基板的外形为矩形，介质基板为采用环氧树脂玻璃纤维制成的绝缘基板。
11.进一步的，所述辐射片为规则的六边形结构、矩形结构或圆形结构。
12.进一步的，所述微带馈线的下端向下延伸并与所述介质基板上表面的底部边缘相贯通。
13.进一步的，所述“l”形缝隙包括两个缝隙，分别为长边缝隙和短边缝隙，所述短边缝隙的长度为所述长边缝隙长度的1/2或1/4。
14.本申请实施例还提供了一种网关设备，包括机箱，所述机箱内安装有无线收发模块、数据处理模块、数据存储模块、控制模块以及天线接口模块，所述天线接口模块通过电路连接天线，所述天线采用上述的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线。
15.本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本发明的具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线包括介质基板，介质基板的上表面设置有天线辐射单元，天线辐射单元包括辐射贴片以及与辐射贴片底部开口端连接的微带馈线，辐射贴片的表面开设有两个“l”形缝隙，两个“l”形缝隙沿辐射贴片的竖直中线对称布置；介质基板的下表面用于接地，介质基板的下表面设有异形开槽，异形开槽包括多个矩形开槽，多个矩形开槽的一端或两端按规则相互连接，异形开槽中至少一个矩形开槽的一端延伸至介质基板下表面的底部边缘并与底部边缘相切，异形开槽与介质基板上表面的天线辐射单元的相对位置至少部分重叠。基于本方案，能够提升天线的滤波性能，减小网关设备的滤波压力，降低成本，提高数据传输稳定性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图得出其他的附图。
17.图1为本说明书实施例一提供的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的上表面结构示意图；图2为本说明书实施例一提供的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的下表面结构示意图；图3为本说明书实施例二提供的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的下表面结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所得出的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
19.图1为本说明书实施例一提供的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的上表面结构示意图，该具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线主要包括：介质基板1，介质基板1的上表面设置有天线辐射单元2，天线辐射单元2包括辐射贴片21以及与辐射贴片21底部开口端连接的微带馈线22，辐射贴片21的表面开设有两个“l”形缝隙3，两个“l”形缝隙3沿辐射贴片21的竖直中线对称布置。
20.进一步的，所述介质基板1的外形为矩形，即矩形介质基板，介质基板1可以为采用环氧树脂玻璃纤维等介电材质制成的绝缘基板。
21.在实际应用中，天线辐射单元2可以为印刷在介质基板上表面的覆铜层，此时，通过开设于辐射贴片表面的两个“l”形缝隙可以将天线辐射单元2分割成多个覆铜带。天线辐射单元2位于介质基板上表面的中间位置，天线辐射单元2中除微带馈线22的下端与介质基板1的底部边缘接触外，其余部位不与介质基板1的四周边缘接触。
22.进一步的，辐射贴片21可以为规则的六边形结构、矩形结构或圆形结构，在本说明书实施例一中优选地使用四周切角的六边形结构的辐射贴片，辐射贴片21可以采用矩形金属片制成。
23.进一步的，微带馈线22的下端向下延伸并与介质基板1上表面的底部边缘相贯通。天线可以使用微带馈线22对六边形的天线辐射单元结构进行馈电。
24.在本说明书实施例中，所述“l”形缝隙3包括两个缝隙，分别为长边缝隙和短边缝隙，短边缝隙的长度为长边缝隙长度的1/2或1/4，长边缝隙和短边缝隙的宽度可以一致。在实际应用场景中，这两个“l”形缝隙3可以等效于谐振器，能产生两个频段的陷波，且缝隙的等效长度控制陷波的中心频率。另外，还可以在这两个“l”形缝隙3的中间各跨接一个变容二极管，通过改变电压，使变容二极管容值发生变化，从而改变缝隙的等效长度。
25.图2为本说明书实施例一提供的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的下表面结构示意图，该具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线主要包括：介质基板1的下表面用于接地，介质基板1的下表面设有异形开槽4，异形开槽4包括多个矩形开槽，多个矩形开槽的一端或两端按规则相互连接，异形开槽4中至少一个矩形开槽的一端延伸至介质基板1下表面的底部边缘并与底部边缘相切，异形开槽4与介质基板1上表面的天线辐射单元2的相对位置至少部分重叠。
26.在本说明书实施例中，异形开槽4可以采用镂空结构，此时多个矩形开槽可以为多个镂空段；异形开槽4与介质基板1上表面的天线辐射单元2的相对位置至少部分重叠是指，异形开槽4的正投影视图与天线辐射单元2的正投影视图存在部分重叠。
27.在实际应用中，介质基板1的下表面可以设有一层导体层，导体层为一金属镀层，导体层贴附于介质基板1的整个下表面上；此时，异形开槽4开设于导体层的表面。导体层也可以称为接地层，用于为陷波天线提供接地。
28.进一步的，在本说明书实施例一中，异形开槽4包括四个矩形开槽，分别为第一矩形开槽41、第二矩形开槽42、第三矩形开槽43以及第四矩形开槽44；其中，第一矩形开槽41的一端与介质基板1下表面的底部边缘相切，第一矩形开槽41的另一端垂直向上延伸，并在延伸至特定距离后向右弯折延伸形成第二矩形开槽42，第二矩形开槽42与介质基板1下表面的底部边缘平行，第二矩形开槽42沿水平方向延伸，并在延伸至特定距离后向下弯折延伸形成第三矩形开槽43，第三矩形开槽43与第一矩形开槽41平行设置且第三矩形开槽43的长度小于第一矩形开槽41，第三矩形开槽43的末端向左弯折延伸形成第四矩形开槽44且第四矩形开槽44的长度小于第二矩形开槽42。
29.在本说明书实施例一中，异形开槽4呈曲折带状结构，在实际应用中，第一矩形开槽41、第二矩形开槽42、第三矩形开槽43以及第四矩形开槽44的长度和宽度可由实际需要进行调整，并且第一矩形开槽41、第二矩形开槽42、第三矩形开槽43以及第四矩形开槽44的宽度可以均相同。
30.本说明实施例的陷波天线同样可在低频及高频分别产生谐振模态，从而于多个频段下工作，并且通过用于接地的整个导体层直接参与耦合，无需额外设置辐射体，有效提升天线频宽并缩小天线的尺寸，达到降低天线制造成本，便于无线通信装置的小型化。
31.图3为本说明书实施例二提供的一种具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的下表面结构示意图，该具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线主要包括：异形开槽4包括两个矩形开槽，分别为第一矩形开槽41和第二矩形开槽42，第一矩形开槽41与第二矩形开槽42呈“t”形布置；其中，第一矩形开槽41与介质基板1下表面的底部边缘垂直且第一矩形开槽41的一端与介质基板1下表面的底部边缘相切，第一矩形开槽41的另一端与第二矩形开槽42相互垂直，第二矩形开槽42与介质基板1下表面的底部边缘平行，第一矩形开槽41与第二矩形开槽42之间的结合处与第二矩形开槽42的中部间隔一定距离。
32.进一步的，在本说明书实施例二中，异形开槽4采用了“t”形结构设计，当然在现实应用中异形开槽4的结构还可以采用“f”形、圆形、u型等结构设计，外形上的改变不影响本发明技术方案的实施，且简单的外形上的变化也应当落入本发明的保护范围。
33.在实际应用中，第一矩形开槽41与第二矩形开槽42之间的结合位置可根据相应的
匹配及谐振频段的需要而进行相应调节。
34.需要说明的是，本说明书实施例二与实施例一相比仅位于下表面的异形开槽4的结构不同，即实施例一的异形开槽4呈曲折带状结构，而实施例二的异形开槽4呈“t”形结构，除此之外，实施例一与实施例二的陷波天线的其它结构完全一致，因此相同一致部分不再赘述。
35.上述内容主要介绍了本说明书实施例中具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的上下表面结构，与之对应的，本说明书还提供了上述具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的一种具体应用场景。本说明书实施例提供了一种网关设备，该网关设备主要包括：机箱，机箱内安装有无线收发模块、数据处理模块、数据存储模块、控制模块以及天线接口模块，天线接口模块通过电路连接天线，天线采用上述的具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线。
36.需要说明的是，本发明的主要发明点在于具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线，网关设备是上述具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线的一种实际的应用场景，但是本发明的具有矩形开槽的缝隙结构陷波天线不仅仅限于安装在网关设备中，例如：移动电话、平板电脑等无线通信装置中都可以适用。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
39.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
40.以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。