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CN109390675B - 天线、发射装置、接收装置和无线通信系统 - Google Patents

天线、发射装置、接收装置和无线通信系统 Download PDF

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CN109390675B CN201710656050.9A CN201710656050A CN109390675B CN 109390675 B CN109390675 B CN 109390675B CN 201710656050 A CN201710656050 A CN 201710656050A CN 109390675 B CN109390675 B CN 109390675B
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Abstract

本发明公开一种天线、发射装置、接收装置和无线通信系统。在本发明中，发射天线和接收天线中的任一天线包括基板和形成在基板的上、下两个表面上的上、下两条圆弧形金属带。发射天线和接收天线可围绕同一个中心轴线转动。当发射天线和接收天线中的一个天线相对于另一个天线旋转时，发射天线和接收天线之间的距离不会发生变化，因此，在不提高发射功率的情况下也能保证信号强度和信号接收质量。而且，由于其无需提高发射功率，因此，天线的远场辐射能量很低，能够有效地防止通信信号泄漏到周围环境中，被他人窃听，从而提高了通信的保密安全性。

Description

天线、发射装置、接收装置和无线通信系统
技术领域
本发明涉及一种天线、包括该天线的发射装置和接收装置、以及包括该发射装置和接收装置的无线通信系统。
背景技术
智能家电或设备中常用的天线有偶极子天线，倒F天线等。这些天线结构简单，效率高，适用于一定距离的远场(R>>2D2/λ,R为两个互相传输信号的天线之间的距离，D为天线的最大外尺寸，λ为天线工作波长)通信。如今，随着无线供电技术在智能家电领域的越来越广泛地应用，对拥有高速传输速率、低远场辐射泄露的近距离通信的需求也越来越强烈。目前，NFC天线可以用于近距离通信，且其远场辐射功率低，但是由于其工作频率低，带宽窄，无法实现高速通信。另外，上述天线通常用于静止状态下的通信，当两个天线之间需要相互旋转时(例如，当一个天线安装在采用无线供电的无线高清摄像头上时，两个天线之间就会出现相对旋转运动)，由于上述NFC天线为线极化天线，且在旋转过程中两天线之间的距离常常变化较大，使得天线接收到的信号强度也剧烈变化。在现有技术中，通常通过提高发射功率来保证信号强度和信号接收质量，然而，提高发射功率，会导致通信信号泄漏到周围环境中，容易被他人窃听，降低了通信的安全保密性，因此，现有的这种天线不适用于那些具有严格的防窃听要求的安保设备。
发明内容
本发明的一个目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提供一种天线，包括：基板；第一圆弧形金属带，形成在所述基板的一个表面上；和第二圆弧形金属带，形成在所述基板的另一个表面上。所述第一圆弧形金属带的一端为馈电端，另一端用于连接至射频电阻的一端，所述第二圆弧形金属带的一端为接地端，另一端用于连接至所述射频电阻的另一端。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述基板为电路板，所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带为印刷在所述电路板上的金属微带传输线。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一圆弧形金属带或所述第二圆弧形金属带的两端之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述电路板呈圆形或圆环形。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述天线为发射天线或接收天线。
根据本发明的另一个方面，提供一种发射装置，包括：发射天线、射频电阻和射频芯片。所述发射天线包括：基板；第一圆弧形金属带，形成在所述基板的一个表面上；和第二圆弧形金属带，形成在所述基板的另一个表面上。所述第一圆弧形金属带的一端连接至所述射频芯片的馈电端，所述第二圆弧形金属带的一端连接至所述射频芯片的接地端；所述第一圆弧形金属带的另一端连接至所述射频电阻的一端，所述第二圆弧形金属带的另一端连接至所述射频电阻的另一端；所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带的特性阻抗的阻抗值等于所述射频电阻的电阻值。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带的特性阻抗的阻抗值在30欧姆至70欧姆的范围以内。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述基板为电路板，所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带为印刷在所述电路板上的金属微带传输线。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一圆弧形金属带或所述第二圆弧形金属带的两端之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
根据本发明的另一个方面，提供一种接收装置，包括：接收天线、射频电阻和射频芯片。所述接收天线包括：基板；第一圆弧形金属带，形成在所述基板的一个表面上；和第二圆弧形金属带，形成在所述基板的另一个表面上。所述第一圆弧形金属带的一端连接至所述射频芯片的馈电端，所述第二圆弧形金属带的一端连接至所述射频芯片的接地端；所述第一圆弧形金属带的另一端连接至所述射频电阻的一端，所述第二圆弧形金属带的另一端连接至所述射频电阻的另一端，所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带的特性阻抗的阻抗值等于所述射频电阻的电阻值。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带的特性阻抗的阻抗值在30欧姆至70欧姆的范围以内。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述基板为电路板，所述第一圆弧形金属带和所述第二圆弧形金属带为印刷在所述电路板上的金属微带传输线。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第一圆弧形金属带或所述第二圆弧形金属带的两端之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
根据本发明的另一个方面，提供一种无线通信系统，包括：前述发射装置和前述接收装置。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述发射天线和所述接收天线具有共同的中心轴线，所述发射天线和所述接收天线中的至少一个可围绕所述中心轴线转动。
在本发明的前述各个实例性的实施例中，发射天线和接收天线中的任一天线包括基板和形成在基板的上、下两个表面上的上、下两条圆弧形金属带。发射天线和接收天线可围绕同一个中心轴线转动。当发射天线和接收天线中的一个天线相对于另一个天线旋转时，发射天线和接收天线之间的距离不会发生变化，因此，在不提高发射功率的情况下也能保证信号强度和信号接收质量。而且，由于其无需提高发射功率，因此，天线的远场辐射能量很低，能够有效地防止通信信号泄漏到周围环境中，被他人窃听，从而提高了通信的保密安全性。
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实施例的发射天线从正面观看时的立体示意图；
图2显示根据本发明的一个实施例的发射天线从背面观看时的立体示意图；
图3显示根据本发明的一个实施例的发射天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻；
图4显示根据本发明的一个实施例的接收天线从正面观看时的立体示意图；
图5显示根据本发明的一个实施例的接收天线从背面观看时的立体示意图；
图6显示根据本发明的一个实施例的接收天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻；
图7显示图1所示的发射天线与图4所示的接收天线工作时的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总体构思，提供一种天线，包括：基板；第一圆弧形金属带，形成在所述基板的一个表面上；和第二圆弧形金属带，形成在所述基板的另一个表面上。所述第一圆弧形金属带的一端为馈电端，另一端用于连接至射频电阻的一端，所述第二圆弧形金属带的一端为接地端，另一端用于连接至所述射频电阻的另一端。
发射天线的实施例
图1至图3显示了根据本发明的一个实施例的发射天线10。图1显示根据本发明的一个实施例的发射天线从正面观看时的立体示意图；图2显示根据本发明的一个实施例的发射天线从背面观看时的立体示意图。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，该发射天线主要包括：基板100、第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120。第一圆弧形金属带110形成在基板100的一个表面上。第二圆弧形金属带120形成在基板100的另一个表面上。
图3显示根据本发明的一个实施例的发射天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻130。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的一端111为馈电端，另一端112用于连接至射频电阻130的一端。第二圆弧形金属带120的一端121为接地端，另一端122用于连接至射频电阻130的另一端。
在实际应用时，第一圆弧形金属带110的一端111连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带120的一端121连接至射频芯片(未图示)的接地端。
在本发明的一个实例性的实施例中，前述基板100可以为电路板，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的两端111、112之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带120的两端121、122之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，前述电路板100可以呈圆形或圆环形。
接收天线的实施例
图4至图6显示了根据本发明的一个实施例的接收天线20。图4显示根据本发明的一个实施例的接收天线从正面观看时的立体示意图；图5显示根据本发明的一个实施例的接收天线从背面观看时的立体示意图。
如图4和图5所示，在图示的实施例中，该接收天线主要包括：基板200、第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220。第一圆弧形金属带210形成在基板200的一个表面上。第二圆弧形金属带220形成在基板200的另一个表面上。
图6显示根据本发明的一个实施例的接收天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻230。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的一端211为馈电端，另一端212用于连接至射频电阻230的一端。第二圆弧形金属带220的一端221为接地端，另一端222用于连接至射频电阻230的另一端。
在实际应用时，第一圆弧形金属带210的一端211连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带220的一端221连接至射频芯片(未图示)的接地端。
在本发明的一个实例性的实施例中，前述基板200可以为电路板，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的两端211、212之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带220的两端221、222之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，前述电路板200可以呈圆形或圆环形。
发射装置的实施例
在本发明的一个实例性的实施例中，还公开了一种发射装置，该发射装置主要包括：发射天线、射频电阻和射频芯片。
发射天线可以为图1至图3所示的发射天线10。如图1至图3所示，该发射天线主要包括：基板100；第一圆弧形金属带110，形成在基板100的一个表面上；和第二圆弧形金属带120，形成在基板100的另一个表面上。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的一端111连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带120的一端121连接至射频芯片的接地端。第一圆弧形金属带110的另一端112连接至射频电阻130的一端，第二圆弧形金属带120的另一端122连接至射频电阻130的另一端。第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗的阻抗值等于射频电阻130的电阻值。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗的阻抗值可以在30欧姆至70欧姆的范围以内。
在本发明的另一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗的阻抗值以及射频电阻130的电阻值可以等于50欧姆。
在本发明的一个实例性的实施例中，可以通过改变第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的宽度和/或厚度来改变第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，基板100可以为电路板，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的两端111、112之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带120的两端121、122之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
接收装置的实施例
在本发明的一个实例性的实施例中，还公开了一种接收装置，该接收装置主要包括：接收天线、射频电阻和射频芯片。
接收天线可以为图4至图6所示的接收天线20。如图4至图6所示，该接收天线主要包括：基板200；第一圆弧形金属带210，形成在基板200的一个表面上；和第二圆弧形金属带220，形成在基板200的另一个表面上。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的一端211连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带220的一端221连接至射频芯片的接地端。第一圆弧形金属带210的另一端212连接至射频电阻230的一端，第二圆弧形金属带220的另一端222连接至射频电阻230的另一端。第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗的阻抗值等于射频电阻230的电阻值。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗的阻抗值可以在30欧姆至70欧姆的范围以内。
在本发明的另一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗的阻抗值以及射频电阻230的电阻值可以等于50欧姆。
在本发明的一个实例性的实施例中，可以通过改变第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的宽度和/或厚度来改变第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，基板200可以为电路板，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的两端211、212之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带220的两端221、222之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
无线通信系统的实施例
在本发明的一个实例性的实施例中，还公开了一种无线通信系统，该无线通信系统主要包括：前述发射装置和前述接收装置。
图7显示图1所示的发射天线10与图4所示的接收天线20工作时的示意图。
如图7所示，在图示的实施例中，发射天线10和接收天线20具有共同的中心轴线Z。发射天线10和接收天线20中的至少一个可围绕中心轴线Z转动。
如图7所示，在图示的实施例中，发射天线和接收天线可围绕同一个中心轴线转动。当发射天线和接收天线中的一个天线相对于另一个天线旋转时，发射天线和接收天线之间的距离不会发生变化，因此，在不提高发射功率的情况下也能保证信号强度和信号接收质量。而且，由于其无需提高发射功率，因此，天线的远场辐射能量很低，能够有效地防止通信信号泄漏到周围环境中，被他人窃听，从而提高了通信的保密安全性。
在本发明的前述实施例中，发射天线和接收天线中的任一天线包括基板和形成在基板的上、下两个表面上的上、下两条圆弧形金属带。每条圆弧形金属带占据了几乎整圆的长度，仅仅在两个端面处有1～5mm的间距。两条圆弧形金属带的特性阻抗的阻抗值等于串联在两条圆弧形金属带之间的射频电阻的电阻值，因此，当对天线馈电时，每条圆弧形金属带内的电磁波为只向一个方向流动的行波，而传统远场天线工作在谐振状态，其内部的电磁场为驻波形式。本发明的天线具有类似传输线的宽带宽，圆形的行波天线周围的电场为圆极化，极化方式不受其自身旋转角度的影响。如图7所示，当两个天线平行且共轴近距离(R<<2D2/λ)放置时，一个天线发射的电磁波能够有效的被另一个天线接收到。同时，由于本发明的天线是近场天线，其远场辐射能量很低，远距离的信号截获难度很大。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种天线，其特征在于，包括：
基板(100)；
第一圆弧形金属带(110)，形成在所述基板(100)的一个表面上；和
第二圆弧形金属带(120)，形成在所述基板(100)的另一个表面上，
其中，
所述第一圆弧形金属带(110)的一端(111)为馈电端，另一端(112)用于连接至射频电阻(130)的一端，所述射频电阻(130)的所述一端仅连接至所述第一圆弧形金属带(110)的所述另一端(112)，
所述第二圆弧形金属带(120)的一端(121)为接地端，另一端(122)用于连接至所述射频电阻(130)的另一端，所述射频电阻(130)的所述另一端仅连接至所述第二圆弧形金属带(120)的所述另一端(122)，
所述第一圆弧形金属带(110)和所述第二圆弧形金属带(120)的特性阻抗的阻抗值等于所述射频电阻(130)的电阻值。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：
所述基板(100)为电路板，所述第一圆弧形金属带(110)和所述第二圆弧形金属带(120)为印刷在所述电路板上的金属微带传输线。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于：
所述第一圆弧形金属带(110)或所述第二圆弧形金属带(120)的两端(111、112，121、122)之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于：所述电路板呈圆形或圆环形。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述天线为发射天线或接收天线。
6.一种发射装置，包括：发射天线、射频电阻和射频芯片，其特征在于，所述发射天线包括：
基板(100)；
第一圆弧形金属带(110)，形成在所述基板(100)的一个表面上；和
第二圆弧形金属带(120)，形成在所述基板(100)的另一个表面上，
其中，
所述第一圆弧形金属带(110)的一端(111)连接至所述射频芯片的馈电端，所述第二圆弧形金属带(120)的一端(121)连接至所述射频芯片的接地端；
所述第一圆弧形金属带(110)的另一端(112)连接至所述射频电阻(130)的一端，所述第二圆弧形金属带(120)的另一端(122)连接至所述射频电阻(130)的另一端，所述射频电阻(130)的所述一端仅连接至所述第一圆弧形金属带(110)的所述另一端(112)，所述射频电阻(130)的所述另一端仅连接至所述第二圆弧形金属带(120)的所述另一端(122)；
所述第一圆弧形金属带(110)和所述第二圆弧形金属带(120)的特性阻抗的阻抗值等于所述射频电阻(130)的电阻值。
7.根据权利要求6所述的发射装置，其特征在于：
所述第一圆弧形金属带(110)和所述第二圆弧形金属带(120)的特性阻抗的阻抗值在30欧姆至70欧姆的范围以内。
8.根据权利要求6所述的发射装置，其特征在于：
所述基板(100)为电路板，所述第一圆弧形金属带(110)和所述第二圆弧形金属带(120)为印刷在所述电路板上的金属微带传输线。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的发射装置，其特征在于：
所述第一圆弧形金属带(110)或所述第二圆弧形金属带(120)的两端(111、112，121、122)之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
10.一种接收装置，包括：接收天线、射频电阻和射频芯片，其特征在于，所述接收天线包括：
基板(200)；
第一圆弧形金属带(210)，形成在所述基板(200)的一个表面上；和
第二圆弧形金属带(220)，形成在所述基板(200)的另一个表面上，
其中，
所述第一圆弧形金属带(210)的一端(211)连接至所述射频芯片的馈电端，所述第二圆弧形金属带(220)的一端(221)连接至所述射频芯片的接地端；
所述第一圆弧形金属带(210)的另一端(212)连接至所述射频电阻(230)的一端，所述第二圆弧形金属带(220)的另一端(222)连接至所述射频电阻(230)的另一端，所述射频电阻(130)的所述一端仅连接至所述第一圆弧形金属带(110)的所述另一端(112)，所述射频电阻(130)的所述另一端仅连接至所述第二圆弧形金属带(120)的所述另一端(122)，
所述第一圆弧形金属带(210)和所述第二圆弧形金属带(220)的特性阻抗的阻抗值等于所述射频电阻(230)的电阻值。
11.根据权利要求10所述的接收装置，其特征在于：
所述第一圆弧形金属带(210)和所述第二圆弧形金属带(220)的特性阻抗的阻抗值在30欧姆至70欧姆的范围以内。
12.根据权利要求10所述的接收装置，其特征在于：
所述基板(200)为电路板，所述第一圆弧形金属带(210)和所述第二圆弧形金属带(220)为印刷在所述电路板上的金属微带传输线。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的接收装置，其特征在于：
所述第一圆弧形金属带(210)或所述第二圆弧形金属带(220)的两端(211、212，221、222)之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
14.一种无线通信系统，其特征在于，包括：
权利要求6-9中任一项所述的发射装置；和
权利要求10-13中任一项所述的接收装置。
15.根据权利要求14所述的无线通信系统，其特征在于：
所述发射天线(10)和所述接收天线(20)具有共同的中心轴线(Z)，所述发射天线(10)和所述接收天线(20)中的至少一个可围绕所述中心轴线(Z)转动。
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