一种具有倒f变形结构的pcb板载天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及天线技术领域，具体是一种具有倒F变形结构的PCB板载天线。
【背景技术】
[0002] 现今，无线技术日趋成熟，已经在日常生活中发挥越来越重要的作用，它避免了各 种设备之间繁杂的连线，使操控装置简洁无过多线缆连接。例如WIFI、Bluetooth音箱、遥 控器、无线口铃、无线对讲系统、手机通讯等。而天线是所有该些产品中重要的组成部分，现 主要有贴片陶瓷天线、鞭状天线和PCB板载天线。
[0003] 对于电子产品开发工程师，无线技术通常是被视为神奇的，无法被完美驾驭的一 口技术。加上天价的射频调试仪器和测试费用。使电子工程师为天线的设计望而却步，或 者因为天线收发性能无法达标，而无限期拖慢产品开发进程，开发周期过长对开发周期要 求苛刻的消费类产品来说是最致命。
[0004] 基于该样的问题，我们力求建立一个方便使用，加快产品开发的天线模型。进而有 了现有发明，该将给没有天线设计经验的电子工程师提供低成本、实用的、避免天价射频测 试仪器的解决方案。使用者只需将改模型简单的，按照规则放置到自己的电路中去即可发 挥其作用。
[0005] 现有可供使用的2. 4GHZISM频段天线有如下几种形式；贴片陶瓷天线、鞭状天线、 PCB板载天线。其中贴片陶瓷天线具有性能中等、尺寸小的优点，但是需要严格按照规格书 设置好天线工作环境，提供严格形状的净空区等限制，功率也有所限制，相对成本较高；鞭 状天线具有最好的性能，由于体积过大在很多产品中无法使用，高昂的成本让人望而却步； PCB板载天线具有成本最低的优点，性能也很好。该对成本敏感的消费类产品来说，是个非 常理想的解决方案。其中，倒F变形PCB板载天线W其成本低、性能较好的特点，而被广泛 应用于低成本消费类无线电子产品的无线收发天线中。
[0006] W上方案在具体应用中，虽然陶瓷天线在严格规定环境下阻抗为50R，但是实际应 用环境的不同天线的阻抗测试会发生很大变化。有时候变化幅度过大而导致整体性能恶 化。而普通的PCB板载天线的阻抗不满足一般产品中50R特性阻抗要求。因而需要在天线 的馈点之前加入PI电路，W做阻抗匹配使天线与源端阻抗匹配，达到最好的收发性能。但 是PI电路的引入，会导致PCB上需要严格控制阻抗的馈线发生阻抗突变进而导致反射增 加，恶化功率信号传输。虽说PI电路经过调试可W使整体阻抗等于特性阻抗，但是PI电路 还是会损耗部分能量。最致命的是调试PI电路需要昂贵的网络分析仪，而该仪器对普通的 企业而言，是可望而不可即的。
[0007] 针对W上缺点，亟待设计出一种低成本、易于使用并且无需另外做阻抗匹配的高 性能PCB板载天线。正是基于该样的目的，本设计得W发明。 【实用新型内容】
[000引因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种具有倒F变形结构的PCB板载天线， 对现有的倒F变形天线的结构W及参数进行优化设计，从而获得一个低成本、易于使用并 且无需另外做阻抗匹配的高性能PCB板载天线。
[0009] 为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种具有倒F变形结 构的PCB板载天线，包括由介电材料实现的基板，基板上设置有接地电极和发射电极，发射 电极和接地电极相对地设置，发射电极设置在基板的顶面，是细长且平坦的导体。该发射电 极具有倒F形状，包括馈电段、W及在馈电段位置处并联连接的天线的短路段和开路段，其 中，短路段为L形状，其具有第一折弯段和第二折弯段，第一折弯段连接至接地电极，第二 折弯段与接地电极平行；开路段沿短路段的第二折弯段的反方向延伸形成延伸臂，延伸臂 的末端向内折合，与基板的边缘形成容性禪合的间隙；其中，短路段的第二折弯段的宽度和 开路段的延伸臂的宽度不同。
[0010] 作为一个优化后的参数方案，天线长度L=13. 67mm。第一折弯段宽度为d2=l. 8mm， 第一折弯段高度H=ll. 34mm;第二折弯段(也即平行接地电极的短路段）线宽dl=l. 1mm，第 二折弯段长S=l. 5mm。开路段向内折合之前的长度Ll=8. 5mm，开路段向内折合处的线宽 hl=0. 87mm;开路段折合部分之间的间距B=l. 64mm;开路段向内折合的长度L2=5mm。馈电段 的宽度为d4=lmm。
[0011] 本新型采用上述方案，具有如下优点：
[001引 1、对现有天线形状进行修改，使其谐振点落在2. 4GHZISM频段，并保证VSWR低于 2. 0,防止谐振频率偏向高频，提高天线增益；
[0013] 2、对于现有天线规格进行改进，避免PI网络的使用，使其阻抗接近50R，并且在不 同的应用环境下，阻抗变化小；
[0014] 3、适用不同环境，并且无需使用昂贵的网络分析仪进行阻抗匹配即可较好的实现 2. 4GHZISM频段各种无线应用的射频信号收发。只需简单复制到不同的2. 4GHz频段的电子 产品内，即可发挥比较好的射频性能。
[0015] 综上，本新型的具有倒F变形结构的PCB板载天线，具有高增益，为一般的设计提 供了很大的裕量，实现一种易实现易用型的PCB板载天线，具有很好的实用性。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型的PCB板载天线示意图；
[0017] 图2为本实用新型的实施例的天线实测VSWR和Smith图。
【具体实施方式】
[0018] 现结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0019] 设计一个天线，通常的做法是利用电磁场方面的知识，初步设计出天线模型的维 形。然后使用仿真软件对天线模型进行仿真得出具体方向图、增益、电压驻波比等反应天线 性能的参数。利用仿真软件设置变量参数仿真得到最优模型参数，最后打样实际测量天线 性能。如果无法满足要求，则需重复如上过程。本实用新型避免繁琐的仿真，而是基于现有 的倒F变形参数天线进行优化设计，W满足低成本并无需做阻抗匹配的高性能天线模型。
[0020] 常见的PCB板载天线有两个方式，一种是蛇形天线，另一种为倒F及其变形形式。 实际测量发现，蛇形天线对周边环境敏感，参考地面积稍有变化其阻抗会较大偏离。而倒F 型则对铺地面积不敏感。因此本实用新型选用倒F型天线为原始模型。
[0021] 为了避免PI网络的使用，必须对原始天线结构W及规格进行改进，使其阻抗接近 50R，并且在不同的应用环境下，阻抗变化小。原始天线的谐振频率偏向高频，因此需要对天 线形状做修改，W满足谐振点落在2. 401ZISM频段，并保证VSWR低于2. 0。为此做了不同理 论推导W及多次实验，最终得到如图1所示结构的天线。
[0022] 参见图1，本实用新型的一种具有倒F变形结构的PCB板载天线，包括由介电材料 实现的基板1，基板1上设置有接地电极2和发射电极3,发射电极3和接地电极2相对地 设置，发射电极3设置在基板1的顶面，是细长且平坦的导体。该发射电极2具有倒F形状， 包括馈电段21、W及与馈电段21并联连接的天线的短路段22和开路段23，其中，短路段22 为L形状，其具有第一折弯段221和第二折弯段222,第一折弯段221连接至接地电极2,第 二折弯段222与接地电极2平行；开路段23沿短路段22的第二折弯段222的反方向延伸 形成延伸臂231，延伸臂231的末端向内折合，与基板1的边缘形成容性禪合的间隙；其中， 短路段22的第二折弯段222的宽度和开路段23的延伸臂231的宽度不同。
[0023] 作为一个较佳的实施例，本实施例中，天线长度1=13. 67mm。第一折弯段宽度 为d2=l. 8mm，第一折弯段高度H=ll. 34mm;第二折弯段(也即平行接地电极的短路段）线 宽dl=l. 1mm，第二折弯段长S=l. 5mm。开路段线宽d3=0. 9mm，开路段向内折合之前的长度 Ll=8. 5mm，开路段折合的长度h2=3. 34mm，开路段向内折合处的线宽hl=0. 87mm;开路段折 合部分之间的间距B=l. 64mm;开路段向内折合的长度L2=5mm，宽度d5=0. 8mm。馈电段的宽 度为d4=lmm。
[0024] 本实施例中，实际测量其VSWR参数小2. 0,实际测量的天线smith(R+巧)和VSWR 结果如图2所示。结果显示其VSWR满足一般通信系统所要求的VSWR<2. 0的标准，带宽有 200MHz。表1为天线的实际测试数据，数据表明其增益高于4地i，而常用的PCB板载天线增 益一般低于0地i，一般的陶瓷天线也低于1地i。高增益为一般的设计提供了很大的裕量。 因此采用该天线为基础，设计良好的50R阻抗，易用型PCB板载天线。
[0025]
【主权项】
1. 一种具有倒F变形结构的PCB板载天线，其特征在于：包括由介电材料实现的基板， 基板上设置有接地电极和发射电极，发射电极和接地电极相对地设置，发射电极设置在基 板的顶面；该发射电极具有倒F形状，包括馈电段、以及与馈电段并联连接的天线的短路段 和开路段，其中，短路段为L形状，其具有第一折弯段和第二折弯段，第一折弯段连接至接 地电极，第二折弯段与接地电极平行；开路段沿短路段的第二折弯段的反方向延伸形成延 伸臂，延伸臂的末端向内折合，与基板的边缘形成容性耦合的间隙；其中，短路段的第二折 弯段的宽度和开路段的延伸臂的宽度不同。
2. 根据权利要求1所述的PCB板载天线，其特征在于：天线长度L=13. 67mm。
3. 根据权利要求2所述的PCB板载天线，其特征在于：所述第一折弯段宽度为 d2=l. 8mm，第一折弯段高度 H=IL 34mm。
4. 根据权利要求3所述的PCB板载天线，其特征在于：第二折弯段线宽dl=l. 1mm，第二 折弯段长S=L 5mm。
5. 根据权利要求2或3或4所述的PCB板载天线，其特征在于：所述开路段向内折合 之前的长度Ll=8. 5mm。
6. 根据权利要求5所述的PCB板载天线，其特征在于：所述开路段向内折合处的线宽 hl=0. 87mm〇
7. 根据权利要求6所述的PCB板载天线，其特征在于：所述开路段折合部分之间的间 距 B=L 64mm。
8. 根据权利要求7所述的PCB板载天线，其特征在于：所述开路段向内折合的长度 L2=5mm〇
9. 根据权利要求5所述的PCB板载天线，其特征在于：所述馈电段的宽度为d4=lmm。
【专利摘要】本实用新型公开一种具有倒F变形结构的PCB板载天线，包括由介电材料实现的基板，基板上设置有接地电极和发射电极，发射电极和接地电极相对地设置，发射电极设置在基板的顶面，是细长且平坦的导体。该发射极具有倒F形状，包括馈电段、以及在馈电段并联连接的天线的短路段和开路段，其中，短路段为L形状，其具有第一折弯段和第二折弯段，第一折弯段连接至接地电极，第二折弯段与接地电极平行；开路段沿短路段的第二折弯段的反方向延伸形成延伸臂，延伸臂的末端向内折合，与基板的边缘形成容性耦合的间隙；其中，短路段的第二折弯段的宽度和开路段的延伸臂的宽度不同。
【IPC分类】H01Q1-50, H01Q1-38
【公开号】CN204558641
【申请号】CN201520267071
【发明人】彭仁生
【申请人】深圳市博鹏发电子科技有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月29日