一种缝隙天线及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种缝隙天线及电子设备。


背景技术：

2.天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，天线的性能对无线通信工程起到重要作用。缝隙天线由于其结构简单，加工成本低，易于集成而得到广泛应用。
3.无线局域网(wireless local area network，wlan)，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。随着移动互联网数据通信飞速发展，宽带无线接入技术得到快速发展及应用，高速率的宽带接入技术不断发展提速，移动通信设备仅工作在ieee802.11b(2.402ghz-2.4835ghz)频段无法满足无信通信设备对高速率通信的需求。因此，能够工作在ieee802.11b，同时兼顾更高频率资源的ieee8021.11a(5.15ghz-5.350ghz，5.725ghz-5.825ghz)协议将是无线通信设备发展的趋势。
4.但是，无线通信设备若能同时工作于ieee802.11a和ieee802.11b两种协议，其内部使用两个单频天线将会占据设备内部大量的空间，增大设备的体积，这一点不符合移动通信设备小型化的发展趋势，这样就需要无线通信设备的发射机能够拥有工作于wlan的双频天线。但是现有的应用于wlan的双频缝隙天线尺寸大，导致生产制作成本高。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种缝隙天线及电子设备，以实现双频段缝隙天线的设计，并实现减小缝隙天线的尺寸，降低天线生产制作成本。
6.根据本实用新型的一方面，提供了一种缝隙天线，缝隙天线包括：
7.基板，所述基板包括开口，所述开口位于所述基板的拐角区；所述开口的第一边和第二边形成所述基板的边缘，所述第一边的长度大于所述第二边的长度；
8.金属板，所述金属板位于所述基板的第一表面，所述开口贯穿所述金属板；所述金属板上设置有缝隙，所述缝隙由所述开口向所述基板的第一侧边延伸，所述缝隙以六级阶梯状错位排布；其中，所述第一侧边与所述第一边平行；所述缝隙的第一端与所述第一边和所述第二边部分重合，形成开口缝隙；
9.馈线，所述馈线与所述金属板连接，所述馈线与所述金属板的连接点为所述缝隙的馈电点，所述缝隙配置为通过所述馈电点向接收机发送信号，或通过所述馈电点从发射机接收信号。
10.可选地，所述缝隙包括六个阶梯段；六个所述阶梯段连通；相邻的两个阶梯段中沿第一方向延伸的边缘部分重合；其中，所述第一方向为所述第一边的延伸方向。
11.可选地，所述缝隙包括第一阶梯段、第二阶梯段、第三阶梯段、第四阶梯段、第五阶梯段和第六阶梯段；所述第一阶梯段远离所述第一侧边，所述第六阶梯段靠近所述第一侧边；
12.所述第六阶梯段与所述第一侧边的距离小于预设距离；
13.所述第四阶梯段、所述第五阶梯段和所述第六阶梯段在第二方向的长度逐渐增大；其中，所述第二方向为所述第二边的延伸方向。
14.可选地，所述馈线包括第一线段和第二线段；
15.所述第一线段位于所述基板的第二表面，所述第二线段沿所述基板和所述金属板的排列方向延伸；其中，所述第一表面与所述第二表面相对；
16.所述第一线段通过所述第二线段与所述金属板连接，所述第二线段与所述金属板的连接点为所述缝隙的馈电点。
17.可选地，所述第一线段包括沿第二方向延伸的第一子线段和沿第一方向延伸的第二子线段；其中，所述第一方向为所述第一边的延伸方向，所述第二方向为所述第二边的延伸方向；
18.所述第二子线段在所述基板的正投影与所述缝隙在所述基板的正投影相交。
19.可选地，所述第二线段位于所述第一侧边。
20.可选地，所述缝隙由所述金属板上的开槽形成，所述开槽露出所述基板的第一表面。
21.可选地，所述馈线包括微带线；所述微带线包括印刷线缆。
22.可选地，所述金属板接地。
23.根据本实用新型的另一方面，提供了一种电子设备，电子设备包括本实用新型任意实施方案所述的缝隙天线。
24.本实用新型实施例的技术方案，通过在金属板上形成缝隙，缝隙以六级阶梯状错位排布，馈线通过金属板与缝隙连接，缝隙从馈线接收或发射信号，从而形成双频段的缝隙天线。形成的缝隙天线尺寸较小，且缝隙的第一端与基板的开口部分重合，形成开口缝隙，也叫开环缝隙，开环缝隙形成的天线工作时，边界条件约为闭环缝隙的一半，是一种有效缩小天线尺寸的缝隙形式。因此，由缝隙形成的缝隙天线的尺寸较小，重量较轻，便于节约成本。并且，通过测量天线的性能参数，形成的双频段缝隙天线的带宽较大，回波损耗较小，增益较大，驻波比接近于1，即形成的缝隙天线具有良好的性能，可以较好的实现信号的发射与接收。本实用新型实施例的技术方案解决了现有缝隙天线尺寸较大、只能实现单频段的问题，实现了双频段缝隙天线的设计，并实现了减小缝隙天线的尺寸，降低了缝隙天线的生产制作成本。
25.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本实用新型实施例提供的一种缝隙天线的结构示意图；
28.图2是本实用新型实施例提供的缝隙天线的s11参数示意图；
29.图3是本实用新型实施例提供的缝隙天线的增益方向的示意图；
30.图4是本实用新型实施例提供的缝隙天线的增益示意图；
31.图5是本实用新型实施例提供的缝隙天线的驻波比示意图；
32.图6是本实用新型实施例提供的缝隙天线的俯视图；
33.图7是本实用新型实施例提供的缝隙天线的仰视图；
34.图8是本实用新型实施例提供的缝隙天线的主视图；
35.图9是本实用新型实施例提供的另一种缝隙天线的结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
37.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.图1是本实用新型实施例提供的一种缝隙天线的结构示意图，参考图1，缝隙天线包括基板101、金属板102和馈线103；基板101包括开口1011，开口1011位于基板101的拐角区；开口1011的第一边b1和第二边b2形成基板101的边缘，第一边b1的长度大于第二边b2的长度；金属板102位于基板101的第一表面，开口1011贯穿金属板102；金属板102上设置有缝隙1021，缝隙1021由开口1011向基板101的第一侧边d1延伸，缝隙1021以六级阶梯状错位排布；其中，第一侧边d1与第一边b1平行；缝隙1021的第一端与第一边b1和第二边b2部分重合，形成开口缝隙；馈线103与金属板102连接，馈线103与金属板102的连接点e1为缝隙的馈电点，缝隙1021配置为通过馈电点向接收机发送信号，或通过馈电点从发射机接收信号。
39.其中，基板101的介电常数例如为3.66，损耗系数例如为0.004，也可以为其他数值，本实施例并不进行限定。金属板102的材质例如为铜片或电镀铜片，也可以采用不锈钢或其他金属。缝隙1021可以为空，也可以填充介质材料。通过在金属板102上设置缝隙1021，缝隙1021接收到射频激励信号后，可以向外辐射无线信号，实现信号的传输。并且，缝隙1021的第一端与基板101的开口1011部分重合，形成开口缝隙，也叫开环缝隙，开环缝隙形成的天线工作时，边界条件约为闭环缝隙的一半，是一种有效缩小天线尺寸的缝隙形式。因此，由缝隙1021形成的缝隙天线的尺寸较小，重量较轻，便于节约生产制作成本。
40.具体地，馈线103通过金属板102与缝隙1021连接，缝隙1021可以通过馈线103接收发射机发射的信号，也可以通过馈线103向接收机发射信号。示例性地，当发射机通过馈电
点输入信号至缝隙1021时，缝隙1021实现从发射机接收信号。缝隙1021接收到信号后，缝隙1021周围的电场变化使得缝隙1021产生谐振，从而向外辐射无线信号，从而实现向接收机发射信号。
41.示例性地，图2是本实用新型实施例提供的缝隙天线的s11参数示意图，其中，s11参数为缝隙1021的端口的反射电压波与入射电压波之比。参考图2，横轴为频率，纵轴为反射系数。由图2可以看出，缝隙天线为双频段缝隙天线，两个频率分别为2.44ghz与5.32ghz，即本实施例的缝隙天线能够工作在ieee802.11b(2.402ghz-2.4835ghz)频段，同时兼顾更高频率资源的ieee8021.11a(5.15ghz-5.350ghz，5.725ghz-5.825ghz)协议，满足无线局域网的高速率通信需求。曲线中s1点的坐标为(2.41，-10)，s2点的坐标为(2.48，-10)，则缝隙天线的回波损耗为-10db时，2.44ghz频率对应的带宽为70mhz。曲线中s3点的坐标为(4.94，-10)，s4点的坐标为(5.65，-10)，则5.32ghz频率对应的带宽为710mhz；s5点的坐标为(7.77，-10)。因此，两个频率对应的带宽都较大，则缝隙天线的适应性较强。并且，2.44ghz频率对应的回波损耗为-23.64db，5.32ghz频率对应的回波损耗为-23.23db；由此可以看出，本实用新型实施例提供的缝隙天线的回波损耗较小，缝隙天线的性能较好。
42.示例性地，图3是本实用新型实施例提供的缝隙天线的增益方向的示意图，参考图3，缝隙天线在e面和h面的方向图对称性较好，具有较好的辐射特性。示例性地，图4是本实用新型实施例提供的缝隙天线的增益示意图，参考图4，横坐标为频率，纵坐标为增益，m1点的坐标为(2.44,1.77)，则2.44ghz的频率对应的增益为1.77；m2点的坐标为(5.32,4.87)，则5.32ghz的频率对应的增益为4.87。因此，缝隙天线在工作频段内具有稳定的辐射增益。示例性地，图5是本实用新型实施例提供的缝隙天线的驻波比示意图，参考图5，横坐标为频率，纵坐标为驻波比，n1点的坐标为(2.44,1.14)，n2点的坐标为(5.32,1.44)，则缝隙天线的驻波比只有1.44，非常接近于1，因此，本实施例提供的缝隙天线具有良好的性能。
43.需要说明的是，图1中只示出了在缝隙天线为平面结构的情况，但并不进行限定。在其他一些实施方式中，缝隙天线也可以为曲面、弧面或其他不规则形状，可以在任意表面形成缝隙1021，从而形成不同形状的缝隙天线。并且，图1中只示出了缝隙天线为三层结构的情况，但并不进行限定。在其他一些实施方式中，缝隙天线还可以包括其他层的辅助结构，用于固定缝隙天线，或增强缝隙天线的性能。
44.本实用新型实施例，通过在金属板上形成缝隙，缝隙以六级阶梯状错位排布，馈线通过金属板与缝隙连接，缝隙从馈线接收或发射信号，从而形成双频段的缝隙天线。形成的缝隙天线尺寸较小，且缝隙的第一端与基板的开口部分重合，形成开口缝隙，也叫开环缝隙，开环缝隙形成的天线工作时，边界条件约为闭环缝隙的一半，是一种有效缩小天线尺寸的缝隙形式。因此，由缝隙形成的缝隙天线的尺寸较小，重量较轻，便于节约成本。并且，通过测量天线的性能参数，形成的双频段缝隙天线的带宽较大，回波损耗较小，增益较大，驻波比接近于1，即形成的缝隙天线具有良好的性能，可以较好的实现信号的发射与接收。本实施例的技术方案解决了现有缝隙天线尺寸较大、只能实现单频段的问题，实现了双频段缝隙天线的设计，并实现了减小缝隙天线的尺寸，降低了缝隙天线的生产制作成本。
45.在上述技术方案的基础上，可选地，缝隙1021由金属板102上的开槽形成，开槽露出基板101的第一表面。
46.具体地，通过在金属板102上开槽，形成缝隙1021，缝隙1021中可以为空，也可以填
充介质材料。
47.可选地，金属板102接地。如此，将缝隙天线接地，可以排出任何可能引起打击的电荷，防止雷击等，达到保护缝隙天线的效果，保证正常的信号传输。
48.图6是本实用新型实施例提供的缝隙天线的俯视图，可选地，参考图6，缝隙包括六个阶梯段f1；六个阶梯段f1连通；相邻的两个阶梯段f1中沿第一方向x延伸的边缘部分重合；其中，第一方向x为第一边b1的延伸方向。
49.具体地，六个阶梯段f1连通，形成信号的连通，便于将接收到的激励信号转换为无线信号发射出去。相邻的两个阶梯段f1中沿第一方向x延伸的边缘部分重合，形成错位排布，对信号波束起到调节作用，便于实现双频段的缝隙天线。
50.可选地，参考图6，缝隙1021包括第一阶梯段f11、第二阶梯段f12、第三阶梯段f13、第四阶梯段f14、第五阶梯段f15和第六阶梯段f16；第一阶梯段f11远离第一侧边d1，第六阶梯f16段靠近第一侧边d1；第六阶梯段f16与第一侧边d1的距离小于预设距离；第四阶梯段f14、第五阶梯段f15和第六阶梯段f16在第二方向y的长度逐渐增大；其中，第二方向y为第二边b2的延伸方向。
51.具体地，由缝隙天线的边界条件可知，缝隙1021开路处(即开口处)的电流最小、电压最大，缝隙1021远离开口处的一侧的电流最大、电压最小，即第六阶梯段f16靠近第一侧边d1的一侧的电流最大，馈电点设置在电流最大的地方，可以方便阻抗匹配，所以第一阶梯段f16与第一侧边d1的距离小于预设距离，可以便于在第六阶梯段f16靠近第一侧边d1的一侧设置馈电点，有利于提升缝隙天线的性能，降低反射系数。第四阶梯段f14、第五阶梯段f15和第六阶梯段f16在第二方向y的长度逐渐增大，便于形成多个不同长度的长条形状，便于对信号波束进行调节。
52.图7是本实用新型实施例提供的缝隙天线的仰视图，可选地，参考图1和图7，馈线103包括第一线段l1和第二线段l2；第一线段l1位于基板101的第二表面c1，第二线段l2沿基板101和金属板102的排列方向延伸；其中，第一表面与第二表面c1相对；第一线段l1通过第二线段l2与金属板102连接，第二线段l2与金属板102的连接点e1为缝隙1021的馈电点。
53.具体地，第一线段l1位于基板101的第二表面c1，可以避免馈线103与缝隙1021产生干扰，有利于提高缝隙天线的辐射效率。第一线段l1通过第二线段l2与金属板102连接，从而馈线103通过金属板102向缝隙1021发送激励信号，使得缝隙1021可以接收激励信号，并向外辐射无线信号。并且，将第二线段l2与金属板102的连接点e1为缝隙1021的馈电点，通过馈电点输入激励信号可以实现馈电。
54.可选地，参考图7，第一线段l1包括沿第二方向y延伸的第一子线段l11和沿第一方向x延伸的第二子线段l12；其中，第一方向x为第一边b1的延伸方向，第二方向y为第二边b2的延伸方向；第二子线段l12在基板101的正投影与缝隙1021在基板101的正投影相交。
55.具体地，第一子线段l11与第二子线段l12形成“l”型的第一线段l1，第二子线段l12在基板101的正投影与缝隙1021在基板101的正投影相交，例如第二子线段l12在基板101的正投影与第六阶梯段f16在基板101的正投影相交，第二子线段l12在基板101的正投影横跨第六阶梯段f16在基板101的正投影，从而缝隙1021用跨接在它窄边上的馈线103馈电，便于进行信号的传输。
56.可选地，参考图7，馈线103包括微带线；微带线包括印刷线缆。
57.具体地，微带线体积小、重量轻、频带宽、可靠性高、成本低以及易与固体器件连接，便于微波组件和系统的集成化。微带线可以用薄膜工艺制造，也可以通过印刷工艺形成印刷线缆，便于在基板101形成较薄的馈线，从而进一步减小缝隙天线的体积。
58.图8是本实用新型实施例提供的缝隙天线的主视图，可选地，参考图8，第二线段l2位于第一侧边d1。
59.具体地，通过将第二线段l2设置在第一侧边d1上，第二线段l2与金属板102的连接电e1为馈电点，从而使得在第六阶梯段f16靠近第一侧边d1的一侧设置馈电点，馈电点设置在电流最大的地方，可以方便阻抗匹配，有利于提升缝隙天线的性能，降低反射系数。
60.图9是本实用新型实施例提供的另一种缝隙天线的结构示意图，可选地，参考图9，为了显示缝隙1021与馈线103的相对位置关系，对基板101进行了隐藏。如图9所示，可选地，馈线103的第二子线段l12横跨缝隙1021，从而缝隙1021用跨接在它窄边上的馈线103馈电，便于进行信号的传输。
61.本实用新型实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括上述任意实施方案提供的缝隙天线。电子设备可以为接收设备，也可以为发射设备。本实用新型实施例所提供的电子设备包括本实用新型任意实施例所提供的缝隙天线，电子设备的实现原理和有益效果与缝隙天线类似，在此不再赘述。
62.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。