板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及工业无线物联网通信领域，具体涉及一种板载PCB倒F的2.4GHz射频通信模块。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的发展，工业无线传感网对无线通信节点提出了微型化的新要求。一般而言，无线通信节点中的通信模块主要由射频芯片及其外围电路和天线两大部分组成，天线的性能直接决定了节点甚至整个无线通信网络的品质。目前传统的射频通信模块往往采用外接天线的方式，而这些外接天线存在功放与天线之间匹配电路不统一的问题以及天线体积较大不利于通信模块的安装或部署，大多数的外接天线抗干扰能力比较弱，容易受到外部环境的影响，从而导致无线通信模块整体通信性能大大降低。
[0003]然而，无线通信节点微型化的特殊要求决定了天线必须具有结构简单、尺寸小、成本低的特点。传统的外接射频天线很难满足以上要求，而PCB天线具有结构简单、易于匹配和设计成本低等优点，被广泛用于蓝牙、IEEE 802.a/b/g等短距离无线通信领域。
[0004]其中倒F(IFA)天线是单极子天线的一种变形结构，不仅具有体积小、结构简单、易于匹配和制作等优点，其辐射既包括水平极化分量有包含垂直计划分量。所以尤其对于应用环境主要为室内存在墙壁或装饰品等的散射会造成电场极化现象时，使用倒F天线可以有效的增强接收效果。
[0005]国内外对印刷倒F(IFA)天线的研究已经历经数年的历史，但以往研究者所设计的PCB倒F天线大都存在增益不足，回波损耗过大，有效带宽过窄等缺点，为克服这些缺点，许多国内外研究者从天线的极化、阻抗机理、电流特性等层面对印刷倒F天线进行了深入的研究，从印刷倒F天线的结构和天线的极化、阻抗匹配等理论层面对印刷倒F天线进行了深入分析。然而，他们所设计的印刷倒F天线虽具有足够大的增益，但其回波损耗分别为_30dB和-16dB，仍然存在回波损耗偏大的缺点。这些天线的应用使得无线通信模块还存在传输距离较短、接收灵敏度较低等性能较差的通信问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的是提供一种板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，包括射频模块和匹配电路，还包括与匹配电路连接的PCB天线，所述PCB天线为倒F天线。
[0008]进一步，所述射频模块包括射频芯片、外围电路和电源管理模块，所述电源管理模块为外围电路、射频芯片供电，所述射频芯片与匹配电路连接。
[0009]进一步，所述倒F天线包括福射体3、接地端I和馈入端2，所述接地端从福射体一端向下延伸，所述馈入端的一端与辐射体连接，馈入端的另一端与射频模块连接。
[0010]进一步，所述辐射体包括谐振段31，所述谐振段的长度L为16.2mm，所述接地端的长度H为3.7mm，所述接地端与馈入端间的距离S为5_。
[0011]进一步，该通信模块的回波损耗低至-47.8dB，电压驻波比VSWR〈2的有效带宽为160MHz ο
[0012]进一步，该通信模块的有效传输距离超过100米，发射功率4.2dBm，发射功耗为
0.08mWo
[0013]进一步，所述射频芯片为CC2530。
[0014]由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点:
[0015]本发明具有低成本、低功耗、远距离传输等特点，解决工业物联网通信中节点通信性能较差的难题，满足了无线通信节点微型化、低成本、低功耗和远距离传输等特殊要求。
【附图说明】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
[0017]图1为无线通信模块结构框图；
[0018]图2为无线通信模块实物图和PCB;
[0019]图3为倒F天线结构图。
【具体实施方式】
[0020]以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述;应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0021 ]如图1所示，板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，包括射频模块和匹配电路，还包括与匹配电路连接的PCB天线，所述PCB天线为倒F天线。进一步，所述射频模块包括射频芯片(CC2530)、外围电路和电源管理模块，所述电源管理模块为外围电路、射频芯片供电，所述射频芯片与匹配电路连接。
[0022]所述倒F天线包括辐射体3、接地端I和馈入端2，所述接地端从辐射体一端向下延伸，所述馈入端的一端与辐射体连接，馈入端的另一端与射频模块连接。所述辐射体包括谐振段31，所述谐振段的长度L为16.2mm，所述接地端的长度H为3.7mm，所述接地端与馈入端间的距离S为5mm。
[0023]该通信模块的回波损耗低至-47.8dB，电压驻波比VSWR〈2的有效带宽为160MHz;有效传输距离超过100米，发射功率4.2dBm，发射功耗为0.08mW。
[0024]本发明提升了印刷倒F天线的增益，降低了天线的回波损耗，提高了2.4GHz射频模块的通信性能，射功率为4.2dBm，发射功耗低至0.08mff，有效传输距离超过100米，具有体积小，成本低等优点。
[0025]图2为板载PCB倒F天线的2.4GHz射频模块实物图，根据已经优化和仿真的天线模型绘制的PCB倒F天线和射频模块集成的2.4GHz射频模块实物。其中天线实物制作中，铜的厚度为0.03_，采用50 Ω的SMA接头同轴馈电，内同轴直径为1.2_。
[0026]如图3所示，倒F天线可以等效为一种a端开路，e端短路的振荡器，它由长为L的终端开路传输线和长为S的终端短路传输线并联而成，其中，a端到b端可以视作电阻和电容并联，c端到b端可以视作电阻和电感串联。在实际应用中，可以通过调整b点的位置和天线的尺寸来进行匹配，以获得在工作频段的理想匹配效果。
[0027]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，包括射频模块和匹配电路，其特征在于:还包括与匹配电路连接的PCB天线，所述PCB天线为倒F天线。2.根据权利要求1所述的板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，其特征在于:所述射频模块包括射频芯片、外围电路和电源管理模块，所述电源管理模块为外围电路、射频芯片供电，所述射频芯片与匹配电路连接。3.根据权利要求2所述的板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，其特征在于:所述倒F天线包括辐射体(3)、接地端(I)和馈入端(2)，所述接地端从辐射体一端向下延伸，所述馈入端的一端与辐射体连接，馈入端的另一端与射频模块连接。4.根据权利要求3所述的板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，其特征在于:所述辐射体包括谐振段(31)，所述谐振段的长度L为16.2mm，所述接地端的长度H为3.7mm，所述接地端与馈入端间的距离S为5mm。5.根据权利要求4所述的板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，其特征在于:该通信模块的回波损耗低至-47.8dB，电压驻波比VSWR〈2的有效带宽为160MHz。6.根据权利要求5所述的板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，其特征在于:该通信模块的有效传输距离超过100米，发射功率4.2dBm，发射功耗为0.08mW。7.根据权利要求6所述的板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，其特征在于:所述射频芯片为CC2530。
【专利摘要】本发明公开了一种板载PCB倒F天线的2.4GHz射频通信模块，还包括与匹配电路连接的PCB天线，所述PCB天线为倒F天线；所述倒F天线包括辐射体3、接地端1和馈入端2，所述接地端从辐射体一端向下延伸，所述馈入端的一端与辐射体连接，馈入端的另一端与射频模块连接。本发明具有低成本、低功耗、远距离传输等特点，解决工业物联网通信中节点通信性能较差的难题，满足了无线通信节点微型化、低成本、低功耗和远距离传输等特殊要求。
【IPC分类】H04B1/40, H01Q1/36, H01Q1/50, H01Q1/48
【公开号】CN105514587
【申请号】CN201610058460
【发明人】严冬, 程亚军, 王平, 汪朋
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月28日