低剖面双频天线装置
阅读说明：本技术 低剖面双频天线装置 (Low-profile dual-band antenna device ) 是由 张春霞 张平 钟光永 赵学田 刘海 成康 高清 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：一种低剖面双频天线装置包括具有相对的第一表面及第二表面的一绝缘载体和一导体单元,导体单元包括设于第一表面的第一导体及设于第二表面并与第一导体连接的第二导体,第一导体与第二导体之间形成做为低频天线的第一辐射缝隙,第一导体上形成第二辐射缝隙、连接第一及第二辐射缝隙的第三辐射缝隙以及第四和第五辐射缝隙,且第三、第四及第五辐射缝隙共同构成高频天线,第二辐射缝隙决定天线的阻抗和谐振频宽；第二与第三辐射缝隙相接处具有相对的第一侧边及第二侧边,靠近第一侧边处具有一信号馈入部,靠近第二侧边处具有一接地部。(A low-profile dual-band antenna device comprises an insulating carrier and a conductor unit, wherein the insulating carrier is provided with a first surface and a second surface which are opposite, the conductor unit comprises a first conductor arranged on the first surface and a second conductor arranged on the second surface and connected with the first conductor, a first radiation gap serving as a low-frequency antenna is formed between the first conductor and the second conductor, a second radiation gap, a third radiation gap connected with the first radiation gap and the second radiation gap, and a fourth radiation gap and a fifth radiation gap are formed on the first conductor, the third radiation gap, the fourth radiation gap and the fifth radiation gap jointly form a high-frequency antenna, and the second radiation gap determines the impedance and the resonance frequency width of the antenna; the joint of the second radiation slot and the third radiation slot is provided with a first side edge and a second side edge which are opposite, a signal feed-in part is arranged near the first side edge, and a grounding part is arranged near the second side edge.)
技术领域
本发明涉及一种天线，特别涉及一种应用于金属表面的低剖面双频天线装置。
背景技术
随着物联网产品越来越普及，WiFi天线被广泛应用于各种类型的物联网产品或领域，例如智能家居、智能家电、车载系统、工业应用等。而面对消费者对具有金属表面质感产品的喜好，使得对应用于金属环境的天线产生了更高的要求。而WiFi天线根据其工作频率可分为2.4GHz单频天线和2.4G及5GHz双频天线。其中目前市面上推出的一种能应用于金属表面的2.4GHz单频天线，由于容易受到射频信号传输线的长度及其摆放位置的影响，使得天线辐射性能非常不稳定，而能应用于金属表面的2.4G及5GHz双频天线目前则尚未面世。因此，设计一款工作在2.4G及5GHz频段且能应用于金属表面又具有稳定辐射性能的双频天线有其必要性。
发明内容
因此，本发明的目的，即在提供一种工作在2.4G和5GHz频段且能应用于金属表面并且在工作频段内辐射性能高稳定性佳的低剖面双频天线装置。
于是，本发明一种低剖面双频天线装置包括一绝缘载体及一导体单元。该绝缘载体具有相对的一第一表面及一第二表面。该导体单元布设在该绝缘载体上并包括一第一导体及一第二导体，该第一导体设于该第一表面，该第二导体设于该第二表面并与该第一导体连接，而于该第一导体与该第二导体之间形成一沿该绝缘载体的边缘延伸且环绕该第一导体的周边的第一辐射缝隙；且该第一导体上形成一第二辐射缝隙、一连接该第一辐射缝隙及该第二辐射缝隙的第三辐射缝隙、一第四辐射缝隙及一第五辐射缝隙；其中，该第一辐射缝隙能谐振于一低频频段而构成一低频缝隙天线，该第三辐射缝隙、该第四辐射缝隙及该第五辐射缝隙能谐振于一高频频段而共同构成一高频缝隙天线，该第二辐射缝隙决定该低频缝隙天线和该高频缝隙天线的阻抗和谐振频宽；且该第二辐射缝隙与该第三辐射缝隙相接处具有相对的一第一侧边及一第二侧边，且该第一导体上靠近该第一侧边处具有一信号馈入部，该第一导体上靠近该第二侧边处具有一接地部。
在本发明的一些实施方式中，该绝缘载体呈矩形而具有连接该第一表面与该第二表面的四个侧面，且该导体单元还包括一连接导体，其布设于所述多个侧面其中接近该第二侧边的一侧面以连接该第一导体与该第二导体。
在本发明的一些实施方式中，该第二导体还包含从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面其中至少一侧面的至少一延伸部。
在本发明的一些实施方式中，该第二导体还包含各别从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面的三个延伸部，且相邻的所述多个延伸部之间形成一与该第一辐射缝隙连接的第一延伸缝隙，而且该连接导体与相邻的各该延伸部之间形成一与该第一辐射缝隙连接的第二延伸缝隙，并且该低频缝隙天线包含所述多个第一延伸缝隙及所述多个第二延伸缝隙。
在本发明的一些实施方式中，该第二导体还包含各别从该第二表面延伸至除了布设该连接导体的该侧面以外的三个侧面的三个延伸部，且相邻的所述多个延伸部相连接，而且该连接导体与相邻的各该延伸部相连接。
在本发明的一些实施方式中，该低剖面双频天线装置还包括一射频传输线，其包含从内到外设置的一内导体、一内绝缘层、一外导体及一外绝缘层，该内导体的一端与该信号馈入部电连接，该外导体与该内导体同侧的一端与该接地部电连接，且该射频传输线还包含设于其另一端的一连接端子。
在本发明的一些实施方式中，该第一辐射缝隙的长度能决定该低频缝隙天线的一谐振频率，该第三辐射缝隙、该第四辐射缝隙及该第五辐射缝隙的长度能决定该高频缝隙天线的一谐振频率，该第二辐射缝隙的长度和宽度能决定该低频缝隙天线及该高频缝隙天线的阻抗和谐振频宽。
在本发明的一些实施方式中，该低剖面双频天线装置能以该第一导体朝上的方式放置在一金属表面上。
在本发明的一些实施方式中，该低剖面双频天线装置能以该第一导体朝上的方式设置在一金属箱或一金属凹槽内。
本发明的技术效果在于：通过在该绝缘载体上布设的该导体单元所形成的该第一辐射缝隙构成该低频缝隙天线，以及通过在该第一导体上形成的第三、第四及第五辐射缝隙共同构成该高频缝隙天线，使该低频缝隙天线和该高频缝隙天线能各别与射频信号产生谐振而发射或接收射频信号，而达到能收发高、低两种不同频段的射频信号的技术效果与目的；且上述的缝隙天线是通过自谐振来发射及接收射频信号，与用以传输射频信号的该射频传输线的长度或其放置位置无关，因此其辐射效能不会受到该射频传输线的长度或其放置位置的影响，且可以直接放置在一金属表面或一金属凹槽的底面而不会影响其辐射效能。
附图说明
本发明的其他的特征及技术效果，将于参照附图的实施方式中清楚地显示，其中：
图1是本发明低剖面双频天线装置的第一实施例的立体分解构造示意图；
图2是第一实施例的立体组合构造俯视示意图；
图3和图4显示第一实施例的尺寸；
图5是第一实施例放置在一金属板表面的示意图；
图6显示第一实施例在工作频段的返回损失数据；
图7显示第一实施例在工作频段的辐射效能数据；
图8显示第一实施例在射频传输线的长度不同时的辐射性能变化；
图9显示第一实施例在射频传输线放置于不同位置时的辐射性能变化；
图10是第一实施例放置在一金属箱体或金属凹槽内的示意图；
图11显示第一实施例放置在金属板表面与放置在金属箱体或金属凹槽内时的辐射性能变化；
图12是本发明低剖面双频天线装置的第二实施例的立体分解构造示意图；及
图13是第二实施例的立体组合构造俯视示意图。
附图标记说明：
1 绝缘载体
11 第一表面
12 第二表面
13、14、15、16 侧面
2 导体单元
21 第一导体
211 第一侧边
212 第二侧边
213 信号馈入部
214 接地部
22 第二导体
221、221’ 延伸部
222、222’ 延伸部
223、223’ 延申部
23 连接导体
231 连接部
232 缝隙
31 第一辐射缝隙
311 第一延伸缝隙
312 第二延伸缝隙
32 第二辐射缝隙
321 宽部
322 窄部
33 第三辐射缝隙
34 第四辐射缝隙
35 第五辐射缝隙
4 射频传输线
41 内导体
42 内绝缘层
43 外导体
44 外绝缘层
45 连接端子
5 金属板
7 金属凹槽
71 底面
具体实施方式
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1及图2所示，本发明低剖面双频天线装置的第一实施例主要包括一绝缘载体1及一布设在该绝缘载体1上的导体单元2。在本实施例中，该绝缘载体1呈矩形，例如正方体或长方体而具有相对的一第一表面11及一第二表面12，且该绝缘载体1可以是但不限于由具有低介电常数及低介电损耗的塑胶材料所制成，而有助于实现天线的宽频段和高性能。
该导体单元2布设在该绝缘载体1上并包括一第一导体21及一第二导体22，该第一导体21设于该第一表面11，该第二导体22设于该第二表面12并通过一连接导体23与该第一导体21连接，而于该第一导体21与该第二导体22之间形成一沿该绝缘载体1的边缘延伸且环绕该第一导体21的周边的第一辐射缝隙31；此外，该第一导体21上还形成一第二辐射缝隙32、一连接该第一辐射缝隙31及该第二辐射缝隙32的第三辐射缝隙33、一第四辐射缝隙34以及一第五辐射缝隙35。
其中，该第一辐射缝隙31谐振于一低频频段而构成一低频缝隙天线，该第三辐射缝隙33、该第四辐射缝隙34及该第五辐射缝隙35谐振于一高频频段而共同构成一高频缝隙天线，且该第二辐射缝隙32决定该低频缝隙天线和该高频缝隙天线的阻抗和谐振频宽。
此外，如图2所示，在该第二辐射缝隙32与该第三辐射缝隙33相接处具有相对的一第一侧边211及一第二侧边212，且该第一导体21上靠近该第一侧边211处具有一信号馈入部213，该第一导体21上靠近该第二侧边212处具有一接地部214。再者，该导体单元2可以是金属或其它导电材料，例如导电等离子体，但不以此为限。
因此，当一低频射频信号由该信号馈入部211馈入，并由该接地部212接地，而由该第一辐射缝隙31构成的该低频缝隙天线的有效长度相当于(等效于)该低频射频信号的1/2波长时，该低频缝隙天线将与该低频射频信号产生谐振而将该低频射频信号发射出去。同理，当该低频缝隙天线的有效长度相当于(等效于)来自外部的一低频射频信号的1/2波长时，该低频缝隙天线将与来自外部的该低频射频信号产生谐振而接收来自外部的该低频射频信号，并使来自外部的该低频射频信号馈入该信号馈入部211。
同样地，当一高频频信号由该信号馈入部211馈入，并由该接地部212接地，此时由该第三辐射缝隙33、第四辐射缝隙34及第五辐射缝隙35共同构成的该高频缝隙天线的有效长度相当于(等效于)该高频射频信号的1/2波长时，该高频缝隙天线将与该高频射频信号产生谐振而将该射频信号发射出去。同理，当该高频缝隙天线的有效长度相当于(等效于)来自外部的一高频射频信号的1/2波长时，该高频缝隙天线将与来自外部的该高频射频信号产生谐振而接收来自外部的该高频射频信号，并使来自外部的该高频射频信号馈入该信号馈入部21。因此，达到本实施例能够收发高、低两种频段的射频信号的技术效果与目的。
具体而言，本实施例的该绝缘载体1还具有连接该第一表面11与该第二表面12的四个侧面13、14、15、16，且该连接导体23设于所述多个侧面13～16其中接近该第二侧边212的一侧面13以连接该第一导体21与该第二导体22，而与该第一导体21及该第二导体22共同形成沿该绝缘载体1的边缘延伸且环绕该第一导体21的周边的该第一辐射缝隙31，且该第一辐射缝隙31的长度可通过改变该连接导体23的连接该第一导体21与该连接导体23的一连接部231的长度来调整。例如图2所示，当该连接部231变长，则在该第一导体21与该连接导体23之间形成的一缝隙232会变短，而使得该第一辐射缝隙31的整体长度相对变短；反之，当该连接部231变短，将使得该第一辐射缝隙31的整体长度相对变长。此外，该缝隙232除了形成在该第一表面11与该侧面13的交界处外，也可以形成在该第一表面11或该侧面13，并不以图2所示为限。
该第二辐射缝隙32具有一宽部321及一窄部322，该宽部321呈矩形且其一端与该第三辐射缝隙33的一端连接而形成上述的该第一侧边211及该第二侧边212；该窄部322是一长槽，其由该宽部321的一侧边(与该第一侧边211同一边)朝远离该第二侧边212的方向延伸并与该第二侧边212垂直。且该第一导体21、该第二导体22及该连接导体23可以采用激光直接成型(LDS)、埋入射出成型(insert mold)或贴片等方式形成在该绝缘载体1上，但不以此为限。
且在本实施例中，该第二导体22还包含各别从该第二表面12延伸至除了该侧面13以外的三个侧面14、15、16的三个延伸部221、222、223，且所述多个延伸部221、222、223并未相连接，因此，在两两相邻的所述多个延伸部221、222之间以及所述多个延伸部222、223之间分别形成一与该第一辐射缝隙31连接的第一延伸缝隙311，而且，该连接导体23与相邻的各该延伸部221、223并未相连接，而分别与各该延伸部221、223之间形成一与该第一辐射缝隙31连接的第二延伸缝隙312。因此，所述多个第一延伸缝隙311及所述多个第二延伸缝隙312是包含在该第一辐射缝隙31中而做为该低频缝隙天线的一部分。
而且，具体而言，该第一辐射缝隙31的长度能决定该低频缝隙天线的一谐振频率，因此，本实施例通过适当调整该第一辐射缝隙31的长度而控制该低频缝隙天线的谐振频率为2.4GHz，亦即该低频缝隙天线能工作在2.4GHz频段；值得一提的是，延伸至各该侧面14、15、16的各该延伸部221、222、223还可再往上延伸至该绝缘载体1的该第一表面11，而使该第一辐射缝隙31的宽度变得更窄以调整该低频缝隙天线的谐振频率。且通过适当调整该第三辐射缝隙33、该第四辐射缝隙34及该第五辐射缝隙35的长度而控制该高频缝隙天线的谐振频率为5GHz，亦即该高频缝隙天线能工作在5GHz频段。且本实施例能通过调整该第二辐射缝隙32的长度和宽度决定该低频缝隙天线及该高频缝隙天线的阻抗和谐振频宽。因此，以本实施例的低剖面双频天线装置的工作频率(谐振频率)在2.4GHz及5GHz为例时，其相关尺寸(单位：毫米(mm))如图3和图4所示。
再者，如图2所示，本实施例的低剖面双频天线装置还包括一射频传输线4，该射频传输线4是一同轴电线缆而包含从内到外设置的一内导体41、一内绝缘层42、一外导体43及一外绝缘层44，该内导体41的一端与该第一导体21上的该信号馈入部211电连接，该外导体43与该第一导体21上的该接地部214电连接，以馈入一射频信号至该导体单元2或接收由该导体单元2馈入的一射频信号。此外，该射频传输线4还包含设于其另一端的一连接端子45，该连接端子45能与一另一设备(例如射频信号产生或处理装置)连接以将该外部设备输出的一射频信号馈入该导体单元2或将该导体单元2馈入的一射频信号传输至该另一设备。而且，通过调整该第二辐射缝隙32的长度和宽度可调整天线的阻抗至与该射频传输线4阻抗匹配，而使射频信号能由该射频传输线4顺利地馈入该导体单元2，并使来自外部的射频信号能由该导体单元2顺利地馈入该射频传输线4。
且如图5所示，当本实施例的低剖面双频天线装置以该绝缘载体1的该第二表面12朝下放置在一金属板5的表面，并且由该射频传输线4馈入射频信号至该导体单元2时，由图6所示可知，当射频信号的频率在2440MHz(即2.44GHz)、5520MHz(即5.22GHz)和5580MHz(即5.58GHz)时，本实施例低剖面双频天线装置的返回损失最低，而且在2.4～2.5GHz及5.1～5.9GHz频段内的返回损失也都低于-5dB；且如见图7所示，其中显示本实施例低剖面双频天线装置在2.4～2.5GHz及5.1～5.9GHz频段内皆维持在一定的辐射效能，例如50％以上，表示本实施例低剖面双频天线装置即使放置在金属表面上，其在2.4GHz频段和5GHz频段都具有相当良好的辐射效能。
再参见图8所示，其中显示当该射频传输线4的长度不同(从5、10、15、……、30公分)时，本实施例低剖面双频天线装置在谐振频率(工作频率)范围内(例如在2.4～2.5GHz及5.1～5.9GHz频段内)的返回损失低(皆在-5dB以下)且辐射效能变化不大，并且皆维持在一定的辐射效能以上，例如50％以上。由此可知，当该射频传输线4的长度不同时，并不会对本实施例的低剖面双频天线装置的辐射效能产生明显影响，因为本实施例低剖面双频天线装置的天线是缝隙天线，其是通过在该导体单元2上形成的缝隙和槽孔共同构成的共振腔与射频信号产生谐振而将射频信号发射出去，因此其辐射效能与该射频传输线4的长度无关，不会受到该射频传输线4的长度影响。
再参见图9所示，其中显示该射频传输线4未摆放于该金属板5的表面和摆放在该金属板5的表面时，对本实施例低剖面双频天线装置在谐振频率(工作频率)范围内(例如在2.4～2.5GHz及5.1～5.9GHz频段内)的返回损失低及辐射效能皆没有明显的影响。因为如上所述，本实施例的低剖面双频天线装置是通过在该导体单元2上形成的缝隙和槽孔共同构成的共振腔与射频信号产生谐振而将射频信号发射出去，因此其辐射效能与该射频传输线4的摆放位置无关，不会受到该射频传输线4的摆放位置影响。
此外，参见图10所示，是将本实施例低剖面双频天线装置放置于一金属箱或一金属凹槽7内的底面71上的实施方式；且参见图11所示，其中显示本实施例低剖面双频天线装置放置于该金属板5的表面与放置于该金属箱或该金属凹槽7内相较，其在谐振频率(工作频率)范围内(例如在2.4～2.5GHz及5.1～5.9GHz频段内)的返回损失低以及辐射效能皆没有明显的变化。由此可知，由于本实施例低剖面双频天线装置并不会因为周围(侧面)遭到金属壁面的阻挡而影响其辐射效能。
再参见图12和图13所示，是本发明低剖面双频天线装置的第二实施例，其大部分构造皆与第一实施例相同，唯一不同处在于该第二导体22的所述多个各别从该绝缘载体1的该第二表面12延伸至除了该侧面13以外的三个侧面14、15、16的三个延伸部221’、222’、223’相连接，而且该连接导体23与相邻的各该延伸部221’、223’相连接。因此，本实施例的该低频缝隙天线虽不具有第一实施例的所述多个第一延伸缝隙311及所述多个第二延伸缝隙312，但仍可通过改变连接该第一导体21与该连接导体23的该连接部231的长度(即相对改变缝隙232的长度)来调整该第一辐射缝隙31的长度，而使本实施例的该低频缝隙天线能实现如同第一实施例的辐射效能。
值得一提的是，上述所述多个延伸部221(221’)、222(222’)、223(223’)不一定要全部存在，亦即该第二导体22可以只包含形成在所述多个侧面14～16其中一个或两个侧面的一个或两个延伸部，例如该第二导体22还包含相邻的两个延伸部221(221’)、222(222’)或222(242’)、223(243’)；或者该第二导体22还包含单一延伸部221(221’)或222(222’)或223(223’)。
综上所述，上述实施例的低剖面双频天线装置通过在该绝缘载体1上布设的该导体单元2所形成的该第一辐射缝隙31构成该低频缝隙天线，以及通过在该第一导体21上形成的第三辐射缝隙33、第四辐射缝隙34及第五辐射缝隙35共同构成该高频缝隙天线，使该低频缝隙天线能与低频射频信号产生谐振而发射或接收低频射频信号，并使该高频缝隙天线能与高频射频信号产生谐振而发射或接收高频射频信号，达到能收发高、低两种不同频段的射频信号的技术效果与目的。而且，由于上述实施例的缝隙天线是通过自谐振(自身与该射频信号产生谐振)来发射及接收该射频信号，与用以传输射频信号的该射频传输线4的长度或其放置位置无关，因此其辐射效能不会受到该射频传输线4的长度或其放置位置的影响；而且上述实施例低剖面双频天线装置可以直接放置在一金属表面或一金属凹槽的底面，且不会影响其辐射效能，因此可以工作于任何材质表面，且摆放灵活易于安装，确实达到本发明诉求的能应用于金属表面且性能高稳定性佳的技术效果与目的。
而以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种高效率漏波天线