低成本可重构模块化pcb天线的设计方法
【专利摘要】一种低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，包括印制在整机电路板上的PCB天线，其特征在于，将所述的PCB天线的图形设计成多个不连续的片段，通过在不同的片段之间用不同的集总元件连接起来，实现不同的谐振长度，不同的天线谐振长度对应不同的天线谐振频率。本发明的优点是：能够使PCB天线的调试不但不需要更换整机电路板，而且对PCB的材料属性不敏感，甚至可以采用模块化的方式直接复制到类似产品中去。可以实现只生产一次整机电路板就能完成PCB天线的调试；对天线本身辐射性能无影响。
【专利说明】
低成本可重构模块化PCB天线的设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，可以用于各种天线类型，如 PIFA、IFA、L00P 等。
【背景技术】
[0002]—直以来，PCB天线因其具有低剖面、低成本、集成度高等优势受到业界的重视。PCB天线通常印制在整机电路板上，是整机电路板的一部分。由于整机环境复杂和生产公差，首次生产出的天线性能与设计值都会存在偏差，表现在谐振频率偏移，自由空间辐射效率恶化。传统调试天线的方法是通过加长或减短天线的谐振长度对谐振频率进行修正，修正后更新天线图样，由于PCB天线与整机电路板是一个整体，因此更新天线图样会导致更新整机电路板，需要重新生产，这样会使成本增加，开发周期延长;PCB天线的性能对PCB材料属性非常敏感，PCB材料属性发生变化，天线需要重新调试;对于整机电路板相似的项目，PCB天线不能复用，需要重新设计。这些不足都限制了PCB天线的大规模应用。因此解决PCB天线的以上不足，变得非常有意义，也面临着很大挑战。传统方法是单独设计一块PCB天线小板，通过同轴线与主板连接，但这种方法会增加成本并且整机集成度变差。
[0003]PCB天线在调试过程中，需要重新生产整机电路板，导致成本上升和开发周期延长;PCB天线对PCB的材料属性非常敏感，PCB材料属性发生变化，天线需要重新调试;整机电路板类似的项目，PCB天线不能复用，需要重新设计。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，
本发明的技术方案是:一种低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，包括印制在整机电路板上的PCB天线，其特征在于，将所述的PCB天线的图形设计成多个不连续的片段，通过在不同的片段之间用不同的集总元件连接起来，实现不同的谐振长度，不同的天线谐振长度对应不同的天线谐振频率。
[0005]所述的集总元件包括电容、电感和电阻之一或它们任意组合连接。
[0006]所述的片段足够多，且每一个天线的片段的形状都不相同，天线结构由不同的片段任意重构，能够自由调节天线的谐振长度，从而在宽频带内实现了对天线谐振频率的调试。
[0007]本发明的优点是:能够使PCB天线的调试不但不需要更换整机电路板，而且对PCB的材料属性不敏感，甚至可以采用模块化的方式直接复制到类似产品中去。可以实现只生产一次整机电路板就能完成PCB天线的调试;对天线本身福射性能无影响。
[0008]
【附图说明】
[0009]图1是本发明将天线图样设计成多个片段的一个实施例的示意图； 图2是本发明天线图样片段形成不同的天线谐振长度的示意图；
图3是本发明两种状态下天线谐振频率对比图；
图4是本发明应用于微型电脑项目WIFI天线实施例的示意图；
图5是将图4所示的WIFI天线图样设计成多个片段的示意图；
图6是采用集总元件连接图5所示天线图样片段的示意图；
图7是图6所示的焊接集总元件后PCB天线的谐振频率图；
图8是本发明与传统PCB天线辐射效率对比图；
图9是不同的电路板介电常数对天线谐振频率的影响对比图；
图10是本发明更新集总元件值调整天线谐振频率的对比图。
[0010]附图标记说明:1、整机电路板，2、设有天线的绝缘底板部分，3、PCB天线，31、(天线)片段，4、接地点，5、馈点，6、第一天线分支，7、第二天线分支，P、集总元件。
【具体实施方式】
[0011]参见图1?图10，本发明一种低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，包括印制在整机电路板1( 一端的绝缘底板2上)的PCB天线3。保持整机电路板1(除了 PCB天线3以外的)其他部分不变，根据天线的工作频段和PCB的材料属性，将PCB天线3的图形设计成多个断续的、纵横排列的片段31，如图1所示。选择不同的天线图样片段31，通过集总元件(电容、电感、电阻)P在不同位置将不同的片段31连接起来，图2中表示了两种连接方式，L2的天线形状由多个片段31连接为两个U形首位相对组成的形状;LI天线形状为L形(比L2少一个U形弯)，L2天线的谐振长度大于LI的长度，从而实现了不同的谐振长度，不同的天线谐振长度对应不同的天线谐振频率，如图3所示。
[0012]如果天线图形的片段31足够多，且每一个天线片段31形状、方向或长度都不相同，整个的PCB天线3的结构可以任意重构，可以自由调节天线的谐振长度，从而在宽频带内实现了对天线谐振频率的调试。
[0013]当确定最终的天线形状连接方式后，就可以不必更新整机电路板，只需要更新连接天线片段的集总元件值或焊接位置，从而实现了只生产一版整机电路板就可以完成天线调试。
[0014]当PCB的材料属性发生变化时，会导致天线谐振频率偏移，需要重新调试PCB天线，传统方法必须重新生产整机电路板，采用本发明提出的方法，只需要更新连接天线片段的集总元件值或焊接位置，因此解决了 PCB天线对PCB材料属性敏感的问题。
[0015]对于整机电路板类似的项目，传统方法必须重新设计PCB天线，导致项目周期延长，采用本发明提出的方法，可以将PCB天线作为一个模块直接复制，只需要更新连接天线图样片段的集总元件值或焊接位置，因此解决了 PCB天线不能复制的问题。
[0016]由于本发明采用的改变天线本身谐振长度的方法，与传统天线调试方法在本质上是一致的，因此不会对天线的辐射性能产生影响。
[0017]本发明提到的天线图样片段可根据不同项目需求灵活设计。
[0018]在一款微型电脑项目中，存在一个PCB WIFI天线3，第一天线分支6工作在2.4GHz，第二天线分支7工作在5GHz，如图4所示。将此WIFI天线图样分成多个片段31，如图5所示。选用O欧姆电阻R、0.7nH电感Tl和InH电感T2将天线图样片段31按如图6方式连接起来，则天线的谐振频率满足频段要求，如图7所示。与传统天线相比，天线辐射效率保持不变，如图8所示(图8中A曲线为传统PCB天线的辐射效率，B曲线为本发明的PCB天线的辐射效率)。
[0019]当整机电路板材料的介电常数由4.5变为3.9时，导致天线在2.4GHz处谐振频率偏高200MHz，如图9所示(图9中C曲线为介电常数3.9的谐振曲线，D曲线为介电常数4.5的谐振曲线)。此时重新调整集总元件的值，将0.7nH电感换成1.5nH，将InH电感换成3nH，天线谐振频率被调正，如图10所示(E曲线为集总元件调整前，F曲线为集总元件调整后)。
【主权项】
1.一种低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，包括印制在整机电路板上的PCB天线，其特征在于，将所述的PCB天线的图形设计成多个不连续的片段，通过在不同的片段之间用不同的集总元件连接起来，实现不同的谐振长度，不同的天线谐振长度对应不同的天线谐振频率。2.根据权利要求1所述的低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，其特征在于，所述的集总元件包括电容、电感和电阻之一或它们任意组合连接。3.根据权利要求1所述的低成本可重构模块化PCB天线的设计方法，其特征在于，所述的片段足够多，且每一个天线的片段的形状都不相同，天线结构由不同的片段任意重构，能够自由调节天线的谐振长度，从而在宽频带内实现了对天线谐振频率的调试。
【文档编号】H01Q1/38GK105977626SQ201610342796
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】王文磊
【申请人】北京技德网络技术有限公司