一种天线装置和天线板的制作方法

1.本发明涉及通讯设备技术领域，特别涉及一种天线装置。


背景技术：

2.常规的电小天线，例如ifa天线，其天线长度要达到1/4波长，在一些极端应用环境中，尺寸还是略显大，而随着产品的逐代更新，天线布局的空间越来越小，工作频段越来越多，传统的小型化技术无法满足这一类使用场景，一种既能满足进一步小型化，还能兼顾多频带特性及辐射性能的天线设计方法显得尤为重要。
3.由于传统的分形天线的线型，例如hilbert线型，按照该思路会出现平行走线较长，对于性能衰减更严重，而且其阶数不易增加，频段调整不易。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种天线装置，其将天线装置分割为独立设置的主板和天线板，且天线板采用分形天线的形式，使得在缩小天线体积的情况可适用于不同的整机环境，从而降低天线装置的成本。
5.本发明的一个实施例提供了一种天线板，包括天线辐射体，所述天线辐射体包括至少一个天线辐射单元，每个所述天线辐射单元包括：
6.主干，所述主干弯折延伸，以形成环形图案；
7.支节，所述支节自所述主干朝向所述环形图案的内部空间延伸，以形成至少一个阶梯形凸起；
8.其中，所述主干弯折形成正方形边框，所述支节自所述正方形边框的每条侧边的中心向内延伸。
9.在一个实施例中，所述支节包括：
10.第一阶支节，所述第一阶支节自所述正方形边框的每条侧边的中心向内延伸；
11.第n阶支节，所述第n阶支节自第n-1阶支节的中心向内延伸，所述第n阶支节、第n-1阶支节、第一阶支节的形状具有自相似性；
12.其中，n为大于等于2的自然数。
13.在一个实施例中，所述第一阶支节的宽度小于对应的所述侧边的长度；
14.所述第n阶支节的宽度小于第n-1阶支节的宽度。
15.在一个实施例中，所述第n阶支节与第n-1阶支节的宽度之差恒定。
16.在一个实施例中，所述第n阶支节与第n-1阶支节的宽度之比恒定。
17.在一个实施例中，所述天线辐射体包括多个所述天线辐射单元，所述多个天线辐射单元顺次连接。
18.在一个实施例中，每个所述天线辐射单元的主干包括：具有所述正方形边框的起始端的第一侧边和具有所述正方形边框的末端的第二侧边，所述起始端和所述末端形成为所述正方形边框的一个端角；
19.在相邻的两个天线辐射单元中，位于前端的一个天线辐射单元的第二侧边与位于后端的一个天线辐射单元的第一侧边并排设置。
20.在一个实施例中，每四个所述天线辐射单元形成田字格排列。
21.本发明的另一实施例还提供了一种天线装置，包括独立设置的主板和如上所述的天线板，
22.其中，所述主板具有用于提供馈电的第一馈电点和第一接地点；
23.所述天线板包括介质板和设置于所述介质板表面的天线辐射体，
24.所述介质板具有相反设置的第一表面和第二表面，所述天线板的第一表面支撑于所述主板，且所述第一表面上设置与所述第一馈电点电连接的第二馈电点、以及与所述第一接地点电连接的第二接地点；所述第二表面上设置用于辐射信号的所述天线辐射体，所述天线辐射体的第二端部通过贯穿所述介质板的金属过孔分别与所述第二馈电点、第二接地点电连接。
25.在一个实施例中，所述主板具有与所述介质板的形状对应的镂空部，以形成用于所述天线板的净空区；
26.所述镂空部的一对相对的边缘具有伸入至所述净空区内的支撑部，所述天线板通过所述第一表面与所述支撑部固定连接。
27.如以上技术方案可知，对于不同的整机设备，用于承载天线辐射体的主板往往在尺寸和布局上具有很大的区别，而天线辐射体本身的贴片图案则可能无需改变。因此，在本实施例中，将天线装置分拆为独立设置的主板1和天线板2，主板1和天线板2馈电连接，其中，主板1上设置馈电电路，用于为天线板2提供电力和为天线板2提供支撑，而天线辐射体3则独立地设置于天线板2上，针对于不同的主板尺寸和主板布局，只需要实现天线板2与主板1的馈电连接和支撑连接，即可适用于不同的整机设备。
28.本实施例的天线装置能够提高天线方案的复用性，对于降低天线装置的改造成本具有明显的影响。
附图说明
29.以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
30.图1是本发明的天线装置的结构示意图。
31.图2是本发明的天线板的截面示意图。
32.图3是本发明的天线装置中的主板的结构示意图。
33.图4a和图4b是本发明的天线板的第一表面和第二表面的结构示意图。
34.图5是本发明的天线装置中的天线辐射单元的结构示意图
35.图6a和图6b是本发明的天线装置中的天线辐射单元的分形示意图。
36.图7是本发明的天线装置中的谐振频率示意图。
37.图8是本发明的天线装置的辐射效率图。
38.图9是本发明的天线板的天线辐射体的第二实施例的结构示意图。
39.图10是图9中的天线辐射体的谐振频率示意图。
40.图11是图9中的天线辐射体的谐振频率示意图。
具体实施方式
41.为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
42.在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
43.为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
44.为了解决现有技术中板载天线体积过大的问题，本发明的目的是提供一种天线装置，其将天线装置分割为独立设置的主板和天线板，且天线板采用分形天线的形式，使得在缩小天线体积的情况可适用于不同的整机环境，从而降低天线装置的成本。
45.图1是本发明的天线装置的结构示意图。图2是本发明的天线板的截面示意图。图3是本发明的天线装置中的主板的结构示意图。如图1至图3所示，本发明的一个实施例提供了一种天线装置，包括独立设置的主板1和天线板2，主板1和天线板2馈电连接。
46.其中，
47.主板1具有用于提供馈电的第一馈电点11和第一接地点12；
48.天线板2包括介质板和设置于介质板表面的天线辐射体3，其中，介质板具有一对相反设置的第一表面2a和第二表面2b，其分别形成为板状的介质板的上、下表面。天线板2通过第一表面2a支撑于主板1，且第一表面2a上设置与第一馈电点11电连接的第二馈电点21、以及与第一接地点12电连接的第二接地点22。用于辐射信号的天线辐射体3设置于第二表面2b上，天线辐射体3的端部通过贯穿介质板的金属过孔21a、22a分别与第二馈电点21、第二接地点22电连接。其中，金属过孔21a、22a的位于第一表面2a的端部连接于第二馈电点21和第二接地点22，而位于第二表面2b的端部则连接于天线辐射体3的端部。
49.对于不同的整机设备，用于承载天线辐射体的主板往往在尺寸和布局上具有很大的区别，而天线辐射体本身的贴片图案则可能无需改变。因此，在本实施例中，将天线装置分拆为相互独立设置的主板1和天线板2，主板1和天线板2馈电连接，其中，主板1上设置馈电电路，用于为天线板2提供电力和为天线板2提供支撑，而天线辐射体3则独立地设置于天线板2上，针对于不同的主板尺寸和主板布局，只需要实现天线板2与主板1的馈电连接和支撑连接，即可使得同样的天线板2适用于不同的整机设备。
50.其中，结合图2所示，天线辐射体3和第二馈电点21、第二接地点22分别位于介质板的相对的两个表面上，并以介质板形成隔离。天线辐射体3通过贯穿介质板的金属过孔21a、22a与第二馈电点21、第二接地点22实现电连接，并进而通过第二馈电点21与第一馈电点11的电连接、第二接地点22与第一接地点12的电连接实现与主板1的馈电连接。
51.第二馈电点21与第一馈电点11的电连接、第二接地点22与第一接地点12的电连接可通过焊接、跳线等方式实现，因此对于天线板2上的第二馈电点21、第二接地点22的设置位置的要求并不高。
52.本实施例的天线装置能够提高天线方案的复用性，对于降低天线装置的改造成本具有明显的影响。
53.在一个实施例中，如图3所示，主板1具有与天线板2的介质板的形状对应的镂空部
13，以形成用于天线板2的净空区。其中，镂空部13的一对相对的边缘具有伸入至净空区内的支撑部14，天线板2通过第一表面2a与支撑板14固定连接。
54.主板1的表面大多覆盖金属，以提供金属地，而这种金属环境往往容易对于天线板2的频点造成影响。在本实施例中，在主板1上需要在对应于天线板2的位置上镂空设置，以形成用于天线板2的净空区，在该镂空部13，金属环境对于天线频率的影响被消除，不仅提高了天线安装位置的灵活性，使得天线装置能够更好地布局，而且提高了天线装置的传输性能和稳定性。
55.在一个实施例中，如图3和图4b所示，支撑部14的表面设置第一固定焊盘14a，第一表面2a设置与第一固定焊盘14a对应的第二固定焊盘14b，第一固定焊盘14a与第二固定焊盘14b电连接。
56.可选地，第一接地点12与第一固定焊盘14a电连接。
57.由此可见，主板1与天线板2的支撑连接以同时实现电连接的方式实现，在将第一固定焊盘14a和第二固定焊盘14b通过焊料焊接连接时，可保证电连接的稳定性。
58.在一个实施例中，天线辐射体3包括天线辐射单元31，结合图4a和图5所示，天线辐射单元31包括：
59.主干311，主干311弯折延伸，以形成环形图案；
60.支节312，支节312自主干311朝向环形图案的内部空间延伸，以形成至少一个阶梯形凸起。
61.在本实施例中，通过弯折形成环形图案而缩小天线辐射单元31所占据的空间，在形成同样长度的主干的情况下，这种通过弯折而形成的环形图案的边长可缩小至直线排列的图案的1/4，从而进一步的提升了天线小型化程度。
62.本实施例的天线辐射单元31形成为分形天线，其核心思路在于多维性与自相似性，利用天线等效电路模型辅助分析，其图形可以根据实际情况，如等效电感或等效电容值要求，做相应变化。
63.为了同时实现小型化，多频段，良好辐射性能三个指标，在弯折形成环形图案的主干311上设置多个支节312，且支节312自主干311朝向环形图案的内部空间延伸，以形成至少一个阶梯形凸起。
64.通过支节312能够实现较宽的带宽，且相比于向外扩展的分支方式，本实施例通过主干311形成中空的环形图案，而支节312朝向环形图案的内部空间延伸，则每个天线辐射单元31所占据的体积由主干311围合形成的环形图案的体积决定，同时实现了小型化和良好的辐射性能。
65.其中，作为一个优选实施例，主干311弯折形成正方形边框，支节312自正方形边框的每条侧边的中心向内延伸。主干311弯折形成正方形的四条侧边，每个侧边具有向内突出的支节312。
66.其中，根据分形天线的特点，支节312可由多阶支节组成。
67.如图6a和图6b所示，支节312可包括第一阶支节3121、第二阶支节3122、
……
、第n-1阶支节、第n阶支节312n，其中，n为大于等于2的自然数。
68.在图6a和图6b中，0阶代表不包含支节312、仅包含主干311的结构，主要为了示出主干311的形状。第一阶支节3121自正方形边框的每条侧边的中心向内延伸；第二阶支节
3122自第一阶支节3121中心向内延伸；以此类推，第n阶支节自第n-1阶支节的中心向内延伸。其中，第n阶支节、第n-1阶支节、第一阶支节3121的形状具有自相似性。
69.分形的阶数与宽度，实现了较宽带宽，再根据具体的仿真结果，对天线等效电感值和天线电长度做了一定的修正，来调整天线频率。由于阶数受加工精度影响，无法无限递增上去，因此需要对走线进行一定的额变形，在设计时可以依靠本发明提及的分形天线设计思路对天线带宽进行展宽，再通过对天线走线进行变形来实现频率的调整。
70.其中，第一阶支节3121的宽度小于对应的侧边的长度；第n阶支节的宽度小于第n-1阶支节的宽度。
71.优选地，第n阶支节与第n-1阶支节的宽度之差恒定；或者
72.第n阶支节与第n-1阶支节的宽度之比恒定。
73.例如图6a和图6b中分别示出了两种不同的分形方式。在图6a的示例中，第n阶支节与第n-1阶支节的宽度之比恒定，第n阶支节的宽度为第n-1阶支节的宽度的二分之一。
74.而在图6b的示例中，第n阶支节与第n-1阶支节的宽度之差恒定。
75.如图4a所示，天线辐射体3中可包括多个天线辐射单元31，多个天线辐射单元31顺次连接。
76.其中，结合图4a和图5所示，每个天线辐射单元31的主干311包括：具有正方形边框的起始端的第一侧边31a和具有正方形边框的末端的第二侧边31b，起始端和末端形成为正方形边框的一个端角；
77.在相邻的两个天线辐射单元31中，位于前端的一个天线辐射单元31的第二侧边31b与位于后端的一个天线辐射单元31的第一侧边31a并排设置。
78.例如，前一个天线辐射单元31的第二侧边31b和后一个天线辐射单元31的第一侧边31a可以共用，其各自的直接312可分别朝向该共用侧边的两侧突出。
79.由此，多个天线辐射单元31也可实现为环形排列的方式，以进一步实现天线体积的小型化。
80.例如，每四个天线辐射单元31形成田字格排列。
81.如以上技术方案可知，对于不同的整机设备，用于承载天线辐射体的主板往往在尺寸和布局上具有很大的区别，而天线辐射体本身的贴片图案则可能无需改变。因此，在本实施例中，将天线装置分拆为独立设置的主板1和天线板2，主板1和天线板2馈电连接，其中，主板1上设置馈电电路，用于为天线板2提供电力和为天线板2提供支撑，而天线辐射体3则独立地设置于天线板2上，针对于不同的主板尺寸和主板布局，只需要实现天线板2与主板1的馈电连接和支撑连接，即可适用于不同的整机设备。
82.图7是本发明的天线装置中的谐振频率示意图。图8是本发明的天线装置的辐射效率图。
83.结合图7和图8所示，本发明的天线装置的净空尺寸可控制在5mm*10mm左右，在(-5db)2.4g频段的带宽为520mhz，(-5db)5g频段的带宽为2370mhz。在2.45ghz的辐射效率为83％，在5.5ghz的辐射效率为90％。
84.本实施例的天线装置能够提高天线方案的复用性，对于降低天线装置的改造成本具有明显的影响。
85.本实施例的天线辐射单元31形成为分形天线，其核心思路在于多维性与自相似
性，利用天线等效电路模型辅助分析，其图形可以根据实际情况，如等效电感或等效电容值要求，做相应变化。
86.通过支节312能够实现较宽的带宽，且相比于向外扩展的分支方式，本实施例通过主干311形成中空的环形图案，而支节312朝向环形图案的内部空间延伸，则每个天线辐射单元31所占据的体积由主干311围合形成的环形图案的体积决定，同时实现了小型化和良好的辐射性能。
87.为了进一步提高天线板与主板的适配性，本发明的另一实施例还提供了一种天线辐射体的布置方案。
88.在如图9所示的实施例中，天线辐射体3包括：
89.天线辐射单元31；和
90.天线调谐单元32，天线调谐单元32与天线辐射单元31隔离设置，且天线调谐单元32与天线辐射单元31可配置地电连接或者绝缘隔离，以调节天线辐射体的谐振频率。
91.本实施例的天线辐射体3可分为天线辐射单元31和天线调谐单元32，其中，天线辐射单元31作为天线的辐射主体，决定了天线辐射体3的谐振频率，而天线调谐单元32作为补充调节单元，可根据天线辐射体3的谐振频率的偏移情况进行调节。
92.例如，在进行具体调试时，天线辐射体3的谐振频率符合设计要求，则天线辐射单元31和天线调谐单元32之间可配置为绝缘隔离。而当天线辐射体3的谐振频率发生偏移时，可通过例如焊接连接的方式将天线辐射单元31和天线调谐单元32电连接，则天线调谐单元32被接入至决定谐振频率的辐射主体中，从而实现对于谐振频率的偏移调节。
93.由于本实施例的天线装置需要适用于不同的整机环境，因此在实际应用中必然地由于配合不同的主板1而使天线辐射体3的谐振频率有所偏移，本实施例在基础的天线辐射单元31的基础上另外设置作为补充调节单元的天线调谐单元32，通过控制天线调谐单元的连接状态，从而达到调整天线频率的目的，使得天线方案适用性大大提升。
94.在一个实施例中，天线调谐单元32包括：
95.第一天线调谐单元321，第一天线调谐单元321与天线辐射单元31的第一端部3a可配置地电连接或者绝缘隔离，以调节天线辐射体的第一谐振频率；和
96.第二天线调谐单元322，第二天线调谐单元322与天线辐射单元31的第二端部3b可配置地电连接或者绝缘隔离，以调节天线辐射体的第一谐振频率和/或第二谐振频率。
97.进一步地，对于天线的两个不同的谐振频率可分别设置不同的调谐单元。例如，第一天线调谐单元321可仅用于调节天线辐射体的第一谐振频率，而第二天线调谐单元322则用于同时实现对于第一谐振频率和第二谐振频率的调节等。
98.第一天线调谐单元321可具有第一焊盘301和第二焊盘302。第二天线调谐单元322可具有第三焊盘303。其中，第一天线调谐单元321可通过第二焊盘302与天线辐射单元31的第一端部3a可配置地电连接，第二天线调谐单元322可通过第三焊盘303与天线辐射单元31的第二端部3b可配置地电连接。
99.在一个具体实施例中，第一谐振频率可例如为5ghz，而第二谐振频率可例如为2.4ghz。
100.在一个实施例中，天线辐射单元31包括：
101.第一支节331，第一支节331具有第一端部3a和第二端部3b；
102.第二支节332，第二支节332与第一支节331隔离设置，第二天线调谐单元322与第二支节332的端部可配置地电连接或者绝缘隔离，以调节天线辐射体的第一谐振频率和/或第二谐振频率。
103.其中，第二支节332可形成为悬浮支节，用于实现低频节点。第一天线调谐单元321可通过第一焊盘301与第二支节332可配置地电连接。第一焊盘301和第二焊盘302可以调整天线低频和高频两个频点，第三焊盘303为高频频点调谐焊盘。
104.为了减小天线装置的尺寸，在一个实施例中，第一支节331与第二支节332弯折排列，以形成环形图案。例如，天线辐射单元31可整体形成为方形的图案，则第一支节331与第二支节332通过弯折分别形成方形图案的不同的边缘，而凸出于第一支节331的主干和第二支节332的主干的分支则可朝向方形图案的内部突出，以充分利用空间实现紧凑排布。
105.进一步地，在一个实施例中，第二天线调谐单元322设置于环形图案内部，以邻近第一支节331的第一端部3a；
106.第一天线调谐单元321设置于第一支节331和第二支节332之间，以与第一支节331和第二支节332一起形成环形图案。
107.第一天线调谐单元321设置于第一支节331和第二支节332之间，以分别通过其两端而分别实现与第一支节331和第二支节332的电连接，从而实现对于第一谐振频率和第二谐振频率的同时调节。
108.在一个实施例中，天线辐射体3形成为如图6a和图6b所示的经两次或两次以上迭代分形而形成的金属贴片。
109.图10和图11示出了焊盘调谐的有益效果，在默认其他焊盘导通时，对比单一焊盘状态的s11变化。其中，图10示出了第二焊盘和第三焊盘均导通的情况下，第一焊盘导通和断开的s11变化，图11示出了第一焊盘和第二焊盘均导通的情况下，第三焊盘导通和断开的s11变化。
110.如图10所示，第一天线调谐单元321可通过第一焊盘301与第二支节312可配置地电连接，当第一焊盘301导通时，天线的高频频点和低频频点均有降低。而如图11所示，第二天线调谐单元322可通过第三焊盘303与天线辐射单元31的第二端部3b可配置地电连接。当第三焊盘303导通时，天线的高频频点下降，而对低频频点不产生影响。
111.在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。
112.除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。
113.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。