一種具有倒f變形結構的pcb板載天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及天線技術領域，具體是一種具有倒F變形結構的PCB板載天線。
【背景技術】
[0002] 現今，無線技術日趨成熟，已經在日常生活中發揮越來越重要的作用，它避免了各 種設備之間繁雜的連線，使操控裝置簡潔無過多線纜連接。例如WIFI、Bluetooth音箱、遙 控器、無線口鈴、無線對講系統、手機通訊等。而天線是所有該些產品中重要的組成部分，現 主要有貼片陶瓷天線、鞭狀天線和PCB板載天線。
[0003] 對于電子產品開發工程師，無線技術通常是被視為神奇的，無法被完美駕馭的一 口技術。加上天價的射頻調試儀器和測試費用。使電子工程師為天線的設計望而卻步，或 者因為天線收發性能無法達標，而無限期拖慢產品開發進程，開發周期過長對開發周期要 求苛刻的消費類產品來說是最致命。
[0004] 基于該樣的問題，我們力求建立一個方便使用，加快產品開發的天線模型。進而有 了現有發明，該將給沒有天線設計經驗的電子工程師提供低成本、實用的、避免天價射頻測 試儀器的解決方案。使用者只需將改模型簡單的，按照規則放置到自己的電路中去即可發 揮其作用。
[0005] 現有可供使用的2. 4GHZISM頻段天線有如下幾種形式；貼片陶瓷天線、鞭狀天線、 PCB板載天線。其中貼片陶瓷天線具有性能中等、尺寸小的優點，但是需要嚴格按照規格書 設置好天線工作環境，提供嚴格形狀的凈空區等限制，功率也有所限制，相對成本較高；鞭 狀天線具有最好的性能，由于體積過大在很多產品中無法使用，高昂的成本讓人望而卻步； PCB板載天線具有成本最低的優點，性能也很好。該對成本敏感的消費類產品來說，是個非 常理想的解決方案。其中，倒F變形PCB板載天線W其成本低、性能較好的特點，而被廣泛 應用于低成本消費類無線電子產品的無線收發天線中。
[0006] W上方案在具體應用中，雖然陶瓷天線在嚴格規定環境下阻抗為50R，但是實際應 用環境的不同天線的阻抗測試會發生很大變化。有時候變化幅度過大而導致整體性能惡 化。而普通的PCB板載天線的阻抗不滿足一般產品中50R特性阻抗要求。因而需要在天線 的饋點之前加入PI電路，W做阻抗匹配使天線與源端阻抗匹配，達到最好的收發性能。但 是PI電路的引入，會導致PCB上需要嚴格控制阻抗的饋線發生阻抗突變進而導致反射增 加，惡化功率信號傳輸。雖說PI電路經過調試可W使整體阻抗等于特性阻抗，但是PI電路 還是會損耗部分能量。最致命的是調試PI電路需要昂貴的網絡分析儀，而該儀器對普通的 企業而言，是可望而不可即的。
[0007] 針對W上缺點，亟待設計出一種低成本、易于使用并且無需另外做阻抗匹配的高 性能PCB板載天線。正是基于該樣的目的，本設計得W發明。 【實用新型內容】
[000引因此，針對上述的問題，本實用新型提出一種具有倒F變形結構的PCB板載天線， 對現有的倒F變形天線的結構W及參數進行優化設計，從而獲得一個低成本、易于使用并 且無需另外做阻抗匹配的高性能PCB板載天線。
[0009] 為了解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是，一種具有倒F變形結 構的PCB板載天線，包括由介電材料實現的基板，基板上設置有接地電極和發射電極，發射 電極和接地電極相對地設置，發射電極設置在基板的頂面，是細長且平坦的導體。該發射電 極具有倒F形狀，包括饋電段、W及在饋電段位置處并聯連接的天線的短路段和開路段，其 中，短路段為L形狀，其具有第一折彎段和第二折彎段，第一折彎段連接至接地電極，第二 折彎段與接地電極平行；開路段沿短路段的第二折彎段的反方向延伸形成延伸臂，延伸臂 的末端向內折合，與基板的邊緣形成容性禪合的間隙；其中，短路段的第二折彎段的寬度和 開路段的延伸臂的寬度不同。
[0010] 作為一個優化后的參數方案，天線長度L=13. 67mm。第一折彎段寬度為d2=l. 8mm， 第一折彎段高度H=ll. 34mm;第二折彎段(也即平行接地電極的短路段）線寬dl=l. 1mm，第 二折彎段長S=l. 5mm。開路段向內折合之前的長度Ll=8. 5mm，開路段向內折合處的線寬 hl=0. 87mm;開路段折合部分之間的間距B=l. 64mm;開路段向內折合的長度L2=5mm。饋電段 的寬度為d4=lmm。
[0011] 本新型采用上述方案，具有如下優點：
[001引 1、對現有天線形狀進行修改，使其諧振點落在2. 4GHZISM頻段，并保證VSWR低于 2. 0,防止諧振頻率偏向高頻，提高天線增益；
[0013] 2、對于現有天線規格進行改進，避免PI網絡的使用，使其阻抗接近50R，并且在不 同的應用環境下，阻抗變化小；
[0014] 3、適用不同環境，并且無需使用昂貴的網絡分析儀進行阻抗匹配即可較好的實現 2. 4GHZISM頻段各種無線應用的射頻信號收發。只需簡單復制到不同的2. 4GHz頻段的電子 產品內，即可發揮比較好的射頻性能。
[0015] 綜上，本新型的具有倒F變形結構的PCB板載天線，具有高增益，為一般的設計提 供了很大的裕量，實現一種易實現易用型的PCB板載天線，具有很好的實用性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型的PCB板載天線示意圖；
[0017] 圖2為本實用新型的實施例的天線實測VSWR和Smith圖。
【具體實施方式】
[0018] 現結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0019] 設計一個天線，通常的做法是利用電磁場方面的知識，初步設計出天線模型的維 形。然后使用仿真軟件對天線模型進行仿真得出具體方向圖、增益、電壓駐波比等反應天線 性能的參數。利用仿真軟件設置變量參數仿真得到最優模型參數，最后打樣實際測量天線 性能。如果無法滿足要求，則需重復如上過程。本實用新型避免繁瑣的仿真，而是基于現有 的倒F變形參數天線進行優化設計，W滿足低成本并無需做阻抗匹配的高性能天線模型。
[0020] 常見的PCB板載天線有兩個方式，一種是蛇形天線，另一種為倒F及其變形形式。 實際測量發現，蛇形天線對周邊環境敏感，參考地面積稍有變化其阻抗會較大偏離。而倒F 型則對鋪地面積不敏感。因此本實用新型選用倒F型天線為原始模型。
[0021] 為了避免PI網絡的使用，必須對原始天線結構W及規格進行改進，使其阻抗接近 50R，并且在不同的應用環境下，阻抗變化小。原始天線的諧振頻率偏向高頻，因此需要對天 線形狀做修改，W滿足諧振點落在2. 401ZISM頻段，并保證VSWR低于2. 0。為此做了不同理 論推導W及多次實驗，最終得到如圖1所示結構的天線。
[0022] 參見圖1，本實用新型的一種具有倒F變形結構的PCB板載天線，包括由介電材料 實現的基板1，基板1上設置有接地電極2和發射電極3,發射電極3和接地電極2相對地 設置，發射電極3設置在基板1的頂面，是細長且平坦的導體。該發射電極2具有倒F形狀， 包括饋電段21、W及與饋電段21并聯連接的天線的短路段22和開路段23，其中，短路段22 為L形狀，其具有第一折彎段221和第二折彎段222,第一折彎段221連接至接地電極2,第 二折彎段222與接地電極2平行；開路段23沿短路段22的第二折彎段222的反方向延伸 形成延伸臂231，延伸臂231的末端向內折合，與基板1的邊緣形成容性禪合的間隙；其中， 短路段22的第二折彎段222的寬度和開路段23的延伸臂231的寬度不同。
[0023] 作為一個較佳的實施例，本實施例中，天線長度1=13. 67mm。第一折彎段寬度 為d2=l. 8mm，第一折彎段高度H=ll. 34mm;第二折彎段(也即平行接地電極的短路段）線 寬dl=l. 1mm，第二折彎段長S=l. 5mm。開路段線寬d3=0. 9mm，開路段向內折合之前的長度 Ll=8. 5mm，開路段折合的長度h2=3. 34mm，開路段向內折合處的線寬hl=0. 87mm;開路段折 合部分之間的間距B=l. 64mm;開路段向內折合的長度L2=5mm，寬度d5=0. 8mm。饋電段的寬 度為d4=lmm。
[0024] 本實施例中，實際測量其VSWR參數小2. 0,實際測量的天線smith(R+巧)和VSWR 結果如圖2所示。結果顯示其VSWR滿足一般通信系統所要求的VSWR<2. 0的標準，帶寬有 200MHz。表1為天線的實際測試數據，數據表明其增益高于4地i，而常用的PCB板載天線增 益一般低于0地i，一般的陶瓷天線也低于1地i。高增益為一般的設計提供了很大的裕量。 因此采用該天線為基礎，設計良好的50R阻抗，易用型PCB板載天線。
[0025]
【主權項】
1. 一種具有倒F變形結構的PCB板載天線，其特征在于：包括由介電材料實現的基板， 基板上設置有接地電極和發射電極，發射電極和接地電極相對地設置，發射電極設置在基 板的頂面；該發射電極具有倒F形狀，包括饋電段、以及與饋電段并聯連接的天線的短路段 和開路段，其中，短路段為L形狀，其具有第一折彎段和第二折彎段，第一折彎段連接至接 地電極，第二折彎段與接地電極平行；開路段沿短路段的第二折彎段的反方向延伸形成延 伸臂，延伸臂的末端向內折合，與基板的邊緣形成容性耦合的間隙；其中，短路段的第二折 彎段的寬度和開路段的延伸臂的寬度不同。
2. 根據權利要求1所述的PCB板載天線，其特征在于：天線長度L=13. 67mm。
3. 根據權利要求2所述的PCB板載天線，其特征在于：所述第一折彎段寬度為 d2=l. 8mm，第一折彎段高度 H=IL 34mm。
4. 根據權利要求3所述的PCB板載天線，其特征在于：第二折彎段線寬dl=l. 1mm，第二 折彎段長S=L 5mm。
5. 根據權利要求2或3或4所述的PCB板載天線，其特征在于：所述開路段向內折合 之前的長度Ll=8. 5mm。
6. 根據權利要求5所述的PCB板載天線，其特征在于：所述開路段向內折合處的線寬 hl=0. 87mm〇
7. 根據權利要求6所述的PCB板載天線，其特征在于：所述開路段折合部分之間的間 距 B=L 64mm。
8. 根據權利要求7所述的PCB板載天線，其特征在于：所述開路段向內折合的長度 L2=5mm〇
9. 根據權利要求5所述的PCB板載天線，其特征在于：所述饋電段的寬度為d4=lmm。
【專利摘要】本實用新型公開一種具有倒F變形結構的PCB板載天線，包括由介電材料實現的基板，基板上設置有接地電極和發射電極，發射電極和接地電極相對地設置，發射電極設置在基板的頂面，是細長且平坦的導體。該發射極具有倒F形狀，包括饋電段、以及在饋電段并聯連接的天線的短路段和開路段，其中，短路段為L形狀，其具有第一折彎段和第二折彎段，第一折彎段連接至接地電極，第二折彎段與接地電極平行；開路段沿短路段的第二折彎段的反方向延伸形成延伸臂，延伸臂的末端向內折合，與基板的邊緣形成容性耦合的間隙；其中，短路段的第二折彎段的寬度和開路段的延伸臂的寬度不同。
【IPC分類】H01Q1-50, H01Q1-38
【公開號】CN204558641
【申請號】CN201520267071
【發明人】彭仁生
【申請人】深圳市博鵬發電子科技有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月29日