串口网关天线的制作方法

1.本技术涉及天线技术领域，具体涉及一种串口网关天线。


背景技术：

2.网关(gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。
3.目前，韩国串口网关采用zigbee协议，属于新开发设备，在目前并没有与韩国串口网关适配的天线，可能会使得韩国串口网关的使用有局限性。


技术实现要素：

4.本技术实施方式提出了一种串口网关天线，以改善上述技术问题。
5.本技术实施方式提出了一种串口网关天线，适于韩国串口网关，包括：电路板以及信号线。设置于电路板上的金属辐射体、金属辐射体包括第一枝节、第二枝节以及第三枝节，第三枝节的两端朝向同侧弯折形成第一弯折部和第二弯折部，第一枝节的一端连接于第一弯折部，第二枝节的一端连接于第二弯折部，第一枝节的另一端与第二枝节的另一端之间形成第一间隙，第一枝节设置有馈地点，第二枝节设置有馈电点。信号线的一端穿过第一间隙并电连接馈电点以及馈地点，信号线的另一端设置有连接端子。
6.在一些实施例中，金属辐射体还包括第四枝节和第五枝节，第四枝节连接于第一枝节的靠近第二枝节的一端，第五枝节连接于第二枝节的靠近第一枝节的一端。
7.在一些实施例中，馈地点设置于第一枝节的靠近第二枝节的一端，馈电点设置于第二枝节的靠近第一枝节的一端。
8.在一些实施例中，第一枝节与第三枝节相对设置，第二枝节与第三枝节相对设置，且第一枝节和第二枝节位于第三枝节的同侧。
9.在一些实施例中，第一枝节和第二枝节共线设置。
10.在一些实施例中，信号线相对于第一间隙倾斜设置。
11.在一些实施例中，信号线包括彼此电绝缘的第一芯层与第二芯层，第一芯层连接馈电点，第二芯层连接馈地点。
12.在一些实施例中，端子设置有传输端和接地端；传输端连接第一芯层，接地端连接第二芯层。
13.在一些实施例中，电路板的长度为39.01mm-39.51mm，电路板的宽度为8.95mm-9.45mm。
14.在一些实施例中，天线为zigbee天线。
15.本技术实施例提供的天线，通过信号线的端子连接韩国串口网关，再通过设置于所述主体部分的辐射部，实现韩国串口网关对其他设备的辐射。在适配新设备韩国串口网
关的同时，具有较高的天线增益和较好的辐射效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例提出的串口网关天线的结构示意图；
18.图2为本技术实施例提出的电路板的结构示意图；
19.图3为本技术实施例提出的信号线的结构示意图；
20.图4为图3中沿b-b线的剖视图；
21.图5为本技术实施例提出的端子的结构示意图；
22.图6为本实施例的串口网关天线在2400mhz频率时的平面辐射方向图；
23.图7为本实施例的串口网关天线在2450mhz频率时的平面辐射方向图；
24.图8为本实施例的串口网关天线在2500mhz频率时的平面辐射方向图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
26.在本技术中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通，也可以是仅为表面接触，或者通过中间媒介的表面接触连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本技术中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本技术中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。
28.zigbee是一种基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议，具有低功耗、低成本、低复杂度、抗干扰能力强、网络容量大等特性，可以支持网状网络、星型网络、树形网络等多种网络拓扑结构。zigbee使用了三种不同的工作频段，分别为2.4ghz、868mhz、433mhz，其中2.4ghz是zigbee的主流工作频段。
29.串口网关是一种在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两
个高层协议不同的网络互连。串口网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。串口网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。
30.目前，韩国串口网关采用zigbee协议，属于新开发设备，并没有适配的天线。因此，针对于上述问题，本技术提出了一种串口网关天线，以改善上述问题。
31.实施例
32.在本实施例中，请参阅图1，串口网关基于zigbee协议与其他设备通信，通信信号将通过串口网关天线10辐射。具体而言，串口网关天线10包括电路板11以及信号线12，信号线12一端连接电路板11，且另一端连接串口网关。
33.在一些实施例中，串口网关天线10设置于串口网关内部。串口网关天线10不宜尺寸过大，尺寸过大将会大大缩小串口网关内部其他元件的空间，且较佳地，天线串口网关可以设置于串口网关的外壳侧壁或者外壳顶部，相邻于外壳的设置将会减少内部元件电流电路对信号的干扰，且可以跟更好辐射信号。并且因为金属体含有大量自由电子，电导率比较大，这样电磁波折射波部分损耗会很大，反射也会增大，所以电磁波很难穿透金属体。较佳地，串口网关的外壳采用塑料材质，例如pvc等，不宜采用金属体外壳。在一些其他的实施例中，串口网关天线10也可以设置于串口网关外面，防止串口网关内部电路对串口网关天线10造成干扰，端子121的设置也可以使得串口网关天线10在便于更换。
34.在本实施例中，电路板11采用的聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的印刷电路板，一种具有高度可靠性绝佳的可挠性的印刷电路板，称为柔性电路板。柔性设计可以使电路板11贴合串口网关的外壳，减少电路板11的使用空间。作为一种实施方式，可以根据电路板11的材质对上述实施例的金属辐射体13的结构进行调整，从而针对不同的电路板11都可以实现较优的天线性能。
35.在一些其他实施例中，电路板11为是fr-4板(环氧玻璃布层压板)。fr-4材料具有成本低、多层压制板工艺成熟等优点，是pcb板载天线中应用最广泛的材料，一般的fr-4材料的玻璃化温度(tg)为130℃，玻璃化温度即该材料保持刚性的最高温度。对于耐热性能要求比较高的应用场景，电路板11也可以采用高tg(“tg”是材料开始从固态转变为橡胶态的温度点)材料，即玻璃化温度大于170℃的材料。
36.电路板11设置有金属辐射体13，因为辐射信号是通过金属辐射体13辐射，所以金属辐射体13的保护措施尤为重要。金属辐射体13表面需要设置有保护层，一方面是防止金属辐射体13表面氧化、腐蚀，另一方面是防止金属辐射体13的内部构造被破坏，一般采用耐磨抗氧化材料组成，例如环氧变性树脂。较佳的，串口网关可能放置在室内，天线11应该不使用具有毒性材料。
37.请一同参阅图1和图2，金属辐射体13包括包括第一枝节131、第二枝节132以及第三枝节133，第三枝节133连接第一枝节131以及第二枝节132。在一些其他实施例中，金属辐射体13直接采用为矩形金属片，简单的结构不易造成损坏，较佳地，需要根据其辐射信号参数调整尺寸。
38.第三枝节133的两端朝向同侧弯折形成第一弯折部133a和第二弯折部133b，第一枝节131的一端连接于第一弯折部133a，第二枝节132的一端连接于第二弯折部133b，第一枝节131的另一端与第二枝节132的另一端之间形成第一间隙14。因为第三枝节133弯折设置，可以使得第三枝节133在更小的空间有更大的尺寸，进一步增加天线的电长度，提高信
号辐射效果。设置第一间隙14可以将第一枝节131和第二枝节132分离，不会互相干扰。在一些其他实施例中，第三枝节133的两端也可以朝向反向弯折，可以增加第一枝节131、第二枝节132的长度，其中具体参数可以根据实现需求进行调整，本实施例中不做限定。
39.在本实施例中，第一枝节131设置有馈地点1311，第二枝节132设置有馈电点1321。信号线12的一端穿过第一间隙14并电连接馈地点1311以及馈电点1321，信号线12的另一端设置有连接端子121。馈地点1311的设置可以使天线的效率达到最佳，使信号传输的辐射与接收效果更好。而馈电点1321的设置可以将信号引出，也就是传输信号的点。信号线12一端连接并电连接馈电点1321以及馈地点1311用以形成天线回路，具体而言，信号从馈电点1321馈入金属辐射体13，沿第二枝节132、第三枝节133、第一枝节131，然后在馈地点1311回地，形成回路。端子121可以将控制电路与电路板11连接并形成回路。
40.在本实施例中，金属辐射体13还包括第四枝节134和第五枝节135，第四枝节134连接于第一枝节131的靠近第二枝节132的一端，第五枝节135连接于第二枝节132的靠近第一枝节131的一端。串口网关天线10在工作时，设置第四枝节134和第五枝节135可以激励起电流，提高辐射信号的效果，起到辅助的作用。
41.第一枝节131与第三枝节133相对设置，第二枝节132与第三枝节133相对设置，且第一枝节131和第二枝节132位于第三枝节133的133同侧，第一枝节131和第二枝节132共线设置。同侧设置可以使天线的尺寸更小，减少天线的使用空间。在一些其他实施例中，第一枝节131和第二枝节132可以分别位于第三枝节133两侧，可以减少第一枝节131和第二枝节132相互之间的干扰。并且第一枝节131和第二枝节132也可以不共线设置，可以呈一定角度，增加第一枝节131远离第三枝节133的一端和第二枝节132远离第三枝节133的一端之间距离，减少相互之间的干扰。
42.信号线12相对于第一间隙14倾斜设置，相对倾斜的设置可以将馈电点1321与馈地点1311尽可能远离，防止馈地点1311受到馈电点1321的干扰，或者相对倾斜的设置可以使端子121和电路板11不共线的，在安装时不需要控制电路连接处和电路板11位于同一水平线，例如，将电路板11设置于串口网关的侧壁，网关的控制电路不需要与电路板11位于同一水平线，信号线12可以呈一定角度连接控制电路和电路板11。在一些其他实施例中，信号线12相对于第一间隙14平行设置，防止受到外力影响，迫使信号线12与电路板11连接变形；可以使得信号线12与电路板11平行设置，减少串口网关天线10使用空间。
43.在本实施例中，请一同参阅图1、图3以及图4，信号线12包括彼此电绝缘的第一芯层122与第二芯层123，第一芯层122连接馈电点1321，第二芯层123连接馈地点1311。信号线12的第一芯层122与第二芯层123的设置，第一芯层122用于传输信号；第二芯层123一般用于接地，可以作为屏蔽层具有双重作用，既可以通过传输回路来传导低电平，又具有同时避免多根线路对串口网关天线10产生干扰。在第二芯层123的屏蔽保护下，第一芯层122中的信号基本没有辐射损耗，也不受外界信号干扰。
44.信号线12还设置有第一绝缘层124以及第二绝缘层125，第一绝缘层124位于第一芯层122与第二芯层123之间并包覆第一芯层122，第二绝缘层125包覆于第二芯层123外。第一绝缘层124可以防止第一芯层122与第二芯层123连接，防止两者相互干扰，扰乱信号辐射。第二绝缘层125可以防止信号线12在恶劣环境下，第二芯层123受到破坏。
45.在本实施例中，请一同参阅图4和图5，端子121设置有传输端121a和接地端121b；
传输端121a连接第一芯层122，接地端121b连接第二芯层123。端子121设置有传输端121a用于连接第一芯层122以及控制电路的信号传输口，可以将信号从控制电路辐射至天线或天线辐射进入控制电路。接地端121b用于连接第二芯层123以及控制电路的的馈地点1311，可以传输回路的低电平，且可以给第一芯层122形成屏蔽保护。在一些实施例中，端子121可以采用ipex一代端子，ipex一代端子场型能控制更好，插损低，信号的方向指向性好，效率高，抗干扰能力强。较佳地，可以根据不同的口径和高度可以选择对应尺寸的ipex端子，例如ipex三代端子、ipex四代端子等。
46.在本实施例中，请一同参阅图1和图2，电路板11的长度为39.01mm-39.51mm，以及电路板11宽度为8.95mm-9.45mm，因为长度小于1/4波长的倍数的天线其阻抗呈容性，这时天线不产生谐振，所以当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率较高。较佳地，可以在满足天线的长度为波长的1/4的前提，采用较小的设计可以使得占用更少的使用空间；具体而言，第四枝节134宽度为4.26mm-4.56mm，第五枝节135的长度为14.85mm-15.15mm。其中具体参数可以根据实现需求进行调整，本实施例中不做限定。
47.串口网关天线10为zigbee天线，因为串口网关基于zigbee协议连接其他设备，所以串口网关天线10为配套的zigbee天线。在一些其他实施例中，天线可以根据使用场景和对象的不同进行调整，可以为wifi天线、ble天线等。
48.在实际测试中，利用网络分析仪对前述的串口网关天线10进行测试，请参阅表1，表1示出了网络分析仪测试得到的上述实施例的串口网关天线10中辐射体在各个测量点的频率以及驻波比值；
49.表1 2.4ghz-2.5ghz频段的天线驻波比
[0050][0051]
请参阅表2，根据上述实施例的串口网关天线10，在实际测试中其不同频率对应的增益和效率如表2所示；
[0052]
表2 2.4ghz-2.5ghz频段的天线增益和效率
[0053][0054][0055]
从表2的数据得知，在2400至2500ghz频段时，增益在1.14db至1.4db之间，辐射效率在72.46％至76.83％之间。因此，本技术实施例的串口网关天线10在收发2.4ghz频段时的辐射效率均高于70％，其辐射效率明显较高。
[0056]
请参见图6，图6中a、b、c示出了本实施例的串口网关天线10在2400mhz频率时的平面辐射方向图，圆形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示天线的增益越大。其中，图6中的a部分为h面辐射方向图，图6中的b部分为e1面辐射方向图，图6中的c部分为e2
面辐射方向图，e面为辐射最大方向和电场所在的面，e1和e2面相互垂直，即金属辐射体13所在的平面，h面为磁场和最大辐射方向所在的平面，即与金属辐射体13垂直的平面。在2400mhz的频率下，可以发现图6中的a部分以及图6中的c部分所示的辐射方向图都较为接近圆形，且增益较高。
[0057]
请参见图7，图7中a、b、c示出了本实施例的串口网关天线10在2450mhz频率时的平面辐射方向图，圆形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示天线的增益越大。其中，图7中的a部分为h面辐射方向图，图7中的b部分为e1面辐射方向图，图7中的c部分为e2面辐射方向图，e面为辐射最大方向和电场所在的面，即金属辐射体13所在的平面，h面为磁场和最大辐射方向所在的平面，即与金属辐射体13垂直的平面。在2450mhz的频率下，可以发现图7中的a部分以及图7中的c部分所示的辐射方向图都较为接近圆形，且增益较高。
[0058]
请参见图8，图8中a、b、c示出了本实施例的串口网关天线10在2500mhz频率时的平面辐射方向图，圆形的中心点代表天线的位置，距离中心点越远表示天线的增益越大。其中，图8中的a部分为h面辐射方向图，图8中的b部分为e1面辐射方向图，图8中的c部分为e2面辐射方向图，e面为辐射最大方向和电场所在的面，即金属辐射体13所在的平面，h面为磁场和最大辐射方向所在的平面，即与金属辐射体13垂直的平面。在2500mhz的频率下，可以发现图8中的a部分以及图8中的c部分所示的辐射方向图都较为接近圆形，且增益较高。
[0059]
综上所述，本实施例的串口网关天线10，金属辐射体13都具有近似全向性的辐射方向图，可以基本实现全向辐射。
[0060]
本技术实施例提供的串口网关天线10，通过设置于信号线12的端子121连接串口网关，另一端电连接电路板11，通过电路板11上的金属辐射体13可以进行信号辐射，可以在适配串口网关的同时，实现全向辐射，具有较高的天线增益和较好的辐射效率。
[0061]
以上实施方式仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。