CN101710648B - 一种带平衡馈电转换器柔性pcb天线 - Google Patents

Abstract

一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线，基于一阻燃型柔性的PCB线路片，所述PCB线路片上设置有：一芯线连接部，所述芯线连接部连接偶极振子左半臂；一外导体连接部，所述外导体连接部连接偶极振子右半臂；一平衡馈电转换器连接在芯线连接部和外导体连接部之间；所述偶极振子左半臂包含左横向构件、左纵向构件和左第二横向构件；所述偶极振子右半臂包含右横向构件、右纵向构件和右第二横向构件；所述平衡馈电转换器包含平衡第一横向构件、平衡纵向构件和平衡第二横向构件；本发明在电路设计上利用平衡馈电转换器设计减少不必要的辐射损失，提高天线的辐射效果，减少了组装平衡馈电转换器的工作，节约了成本，提高了生产效率。

Description

一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线

技术领域

本发明涉及一种微带振子天线，尤其是涉及一种柔性PCB天线的结构。

背景技术

现有技术中，已经有许多需要巡检的设备采用了无线抄表方式来采集数据，例如水表抄表系统。

无线传输的水表抄表系统因其无需布线，安装简便等优点而受到格外重视，其使用也比较广泛。

如专利号为200520039550.0，名为“一种无线水表”的中国发明专利对现有技术的水表及读数系统的改进之处在于：一种无线水表，其包括脉冲水表本体、电源、显示屏，其特点是，还包括一数据采集端、一水表数据采集处理单元、一射频收发单元、以及一天线；数据采集端与水表的输出端连接，数据采集端的输出端与水表数据采集处理单元的输入端连接，水表数据采集处理单元与射频收发单元双向连接，射频收发单元通过天线收发无线信号。该无线水表可实时采集表头显示的数据，在小区范围内采用多层无线传输结构，数据逐级汇总到社区表具数据管理中转装置后利用有线网络将数据上报，具有实时、方便和可靠的优点。

由以上可以看出，上述现有技术及后续本领域相关技术人员对水表及水表读数系统具有一定的改进，为人们的生活带来了极大的方便。

但是，现有技术的水表天线采用的PCB硬质线路片比较厚，形状不可以改变，这就造成了其在水表中的安装位置受到制约的问题。

于是，就有了柔性PCB天线。

但是，现有技术的微带振子天线直接应用同轴线馈电，其内导体馈电给偶极振子左半臂，而外导体馈电给偶极阵子右半臂，辐射电流会沿着外导体分布成为辐射系统的一部分，造成浪费，降低了天线效率。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种可弯折的柔性PCB天线。

本发明不仅有利于提高工作带宽和增益，而且可降低成本。

本发明通过采用如下的技术方案来实现。

设计制造一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线，基于一阻燃型柔性的PCB线路片，所述PCB线路片的厚度在0.2mm-0.3mm之间；所述PCB线路片上设置有：

一芯线连接部，所述芯线连接部连接偶极振子左半臂；

一外导体连接部，所述外导体连接部连接偶极振子右半臂；

一平衡馈电转换器连接在芯线连接部和外导体连接部之间；

所述偶极振子左半臂包含左横向构件、左纵向构件和左第二横向构件；

所述偶极振子右半臂包含右横向构件、右纵向构件和右第二横向构件；

所述平衡馈电转换器包含平衡第一横向构件、平衡纵向构件和平衡第二横向构件；

其中：所述右横向构件与左横向构件的上边沿平齐；

所述芯线连接部与外导体连接部的轴线对齐。

所述偶极振子右半臂的右横向构件为方形体，其电气长度A1从最右边沿到与所述右纵向构件接合处；

所述右纵向构件为方形体，其电气长度A2从与右横向构件接合处，到最底边沿；

所述右第二横向构件的电气长度从与所述右纵向构件的右边长的底端头算起，到与外导体连接部接合的左边止。

所述偶极振子左半臂的左横向构件为方形体，其电气长度B 1从最左边沿到与所述左纵向构件接合处；

所述左纵向构件为方形体，其电气长度B2从与左横向构件接合处到与左第二横向构件接合处，加上左第二横向构件自身的宽度，所述左第二横向构件自身的宽度是从与左纵向构件接合处到与芯线连接部的接合处；

所述左横向构件的第二电气长度B3是自身宽度的1/2；

所述左纵向构件的第二电气长度B4是自与左横向构件的接合处向底部延伸的左纵延伸边。

所述平衡馈电转换器的第一横向构件为方形体，其电气长度C1从最右边与芯线连接部接合处到自身最左边；

所述平衡纵向构件为方形体，其电气长度C2从最上边与第一横向构件接合处到最底边；

所述平衡第二横向构件为方形体，其电气长度C3从与之接合的平衡纵向构件的最左边算起，到与之接合的外导体连接部的最右边。

所述A1+A2+A3＝λ/4

式中λ为波长。

所述B1+B2+B3+B4＝λ/4

式中λ为波长。

所述所述C1+C2+C3＝λ/4

式中λ为波长。

本发明在电路设计上利用平衡馈电转换器设计减少不必要的辐射损失，提高天线的辐射效果。

本发明尤其是在柔性PCB的设计上增加了平衡馈电转换器设计，本发明所应用的一种新型的平衡馈电转换器，是分支导体型平衡馈电转换器的延伸扩展。本发明对称天线的两个臂都接在对称结构的外导体上，代替了用常规的应用线材设计平衡馈电转换器，以达到从不平衡到平衡的转换。本发明减少了组装平衡馈电转换器的工作，节约了成本，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明的一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线最佳实施例的偶极振子左半臂示意平面图；

图2是本发明的一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线最佳实施例的偶极振子右半臂示意平面图；

图3是本发明的一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线平衡馈电转换器的最佳实施例的示意图；

图4是现有技术中的微带振子天线未加平衡馈电转换器的辐射电流示意图；

图5本发明的一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线的加了平衡馈电转换器的辐射电流示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，然而所述实施例仅为提供说明与解释之用，不能用来限制本发明的专利保护范围。

如图1～图5所示的最佳实施例：设计制造一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线，基于一阻燃型柔性的PCB线路片80，所述PCB线路片80的厚度在0.2mm-0.3mm之间；

所述PCB线路片80上设置有：

一芯线连接部71，所述芯线连接部71连接偶极振子左半臂20；

一外导体连接部72，所述外导体连接部72连接偶极振子右半臂10；

一平衡馈电转换器30连接在芯线连接部71和外导体连接部72之间；

所述偶极振子左半臂20包含左横向构件26、左纵向构件22和左第二横向构件23；

所述偶极振子右半臂10包含右横向构件11、右纵向构件16和右第二横向构件17；

所述平衡馈电转换器30包含平衡第一横向构件31、平衡纵向构件33和平衡第二横向构件34；

其中：所述右横向构件11与左横向构件26的上边沿平齐；

所述芯线连接部71与外导体连接部72的轴线对齐。

如图1所示，上述结构中，所述偶极振子右半臂10的右横向构件11为方形体，其电气长度A1从最右边沿到与所述右纵向构件16接合处；

上述结构中，所述右纵向构件16为方形体，其电气长度A2从与右横向构件11接合处，到最底边沿；

上述结构中，所述右第二横向构件17的电气长度从与所述右纵向构件16的右边长12的底端头算起，到与外导体连接部72接合的左边18止。

如图2所示，上述结构中，所述偶极振子左半臂20的左横向构件26为方形体，其电气长度B1从最左边沿到与所述左纵向构件22接合处；

所述左纵向构件22为方形体，其电气长度B2从与左横向构件26接合处到与左第二横向构件23接合处，加上左第二横向构件23自身的宽度，所述左第二横向构件23自身的宽度是从与左纵向构件22接合处到与芯线连接部71的接合处；

所述左横向构件26的第二电气长度B3是自身宽度的1/2；

所述左纵向构件22的第二电气长度B4是自与左横向构件26的接合处向底部延伸的左纵延伸边25。

如图4所示，上述结构中，所述平衡馈电转换器30的第一横向构件31为方形体，其电气长度C1从最右边与芯线连接部71接合处到自身最左边；

所述平衡纵向构件33为方形体，其电气长度C2从最上边与第一横向构件31接合处到最底边；

所述平衡第二横向构件34为方形体，其电气长度C3从与之接合的平衡纵向构件33的最左边算起，到与之接合的外导体连接部72的最右边。

上述结构中，如图1所示，所述A1+A2+A3＝λ/4

式中λ为波长。

上述结构中，如图2所示，所述B1+B2+B3+B4＝λ/4

式中λ为波长。

上述结构中，如图3所示，所述所述C1+C2+C3＝λ/4

式中λ为波长。

本发明的一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线平衡馈电转换器的最佳实施例的柔性PCB水表天线的性能参数为：频率：2.3-2.7GHz；VSWR值为2.5MAX。

本发明的设计可以跟民用水表一样，应用ISM900，2.4Ghz和GSM850/1900频段广泛应用于商业及工业，其可以应用于多种规格的水表，并且确保在应用中表现良好的性能。

本发明的理论依据：

微带天线是微带坯片通过真空镀膜技术形成形成相当于导带变形的天线辐射单元及馈电电路，微带天线的辐射机理实质上高频的电磁泄漏。

本天线属于微带振子天线，是在基片利用半波对称振子l/λ实现的电流辐射，在振子的两个端点间馈以高频电流实现。这类天线的优点是剖面低，重量轻，可与各种载体共形，适合于印刷电路技术的批量性生产。

波长计算公式λ＝v/f＝3000x10⁸mm/s/2.5x10⁶Hz＝120mm

式中：λ----波长

v----光在真空中的传播速度

f-----天线的中心频率

计算出λ，利用1/4λ＝30mm设计对称振子天线。并在利用hfss(流行微波天线设计软件)进行仿真修改最佳尺寸。

本发明的优点在于：

本发明在电路设计上利用平衡馈电转换器设计减少不必要的辐射损失，提高天线的辐射效果。

具体的是在柔性PCB的设计上增加了平衡馈电转换器设计，本发明所应用的一种新型的平衡馈电转换器，是分支导体型平衡馈电转换器的延伸扩展。

本发明对称天线的两个臂都接在对称结构的外导体上，代替了用常规的应用线材设计平衡馈电转换器，以达到从不平衡到平衡的转换。本发明减少了组装平衡馈电转换器的工作，节约了成本，提高了生产效率。

如图4：如果不加平衡馈电转换器的设计，直接应用同轴线馈电，其内导体馈电给偶极振子左半臂，I1构成为左辐射76，而外导体馈电给偶极阵子右半臂，I2构成为右辐射77，两边是不平衡的，右边弱。

电流I3会沿着外导体分布成为无用辐射78。

图5是加平衡馈电转换器后的本发明的方案，偶极振子左半臂和偶极阵子右半臂的左辐射76和右辐射77，两边相等，效率提高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带平衡馈电转换器柔性PCB天线，基于一阻燃型柔性的PCB线路片（80），所述PCB线路片（80）的厚度在0.2mm—0.3mm之间；其特征在于：

所述PCB线路片（80）上设置有

一芯线连接部（71)，所述芯线连接部（71)连接偶极振子左半臂（20）；

一外导体连接部（72)，所述外导体连接部（72) 连接偶极振子右半臂（10）；

一平衡馈电转换器（30）连接在芯线连接部（71)和外导体连接部（72)之间；

所述偶极振子左半臂（20）包含左横向构件（26)、左纵向构件（22）和左第二横向构件（23)；

所述偶极振子右半臂（10）包含右横向构件（11)、右纵向构件（16）和右第二横向构件（17)；

所述平衡馈电转换器（30）包含平衡第一横向构件（31)、平衡纵向构件（33）和平衡第二横向构件（34)；

其中：所述右横向构件（11)与左横向构件（26)的上边沿平齐；

所述芯线连接部（71)与外导体连接部（72)的轴线对齐；

所述偶极振子左半臂（20）的左横向构件（26) 为方形体，其电气长度B1从最左边沿到与所述左纵向构件（22）接合处；

所述左纵向构件（22）为方形体，其电气长度B2从与左横向构件（26)接合处到与左第二横向构件（23)接合处，加上左第二横向构件（23)自身的宽度，所述左第二横向构件（23)自身的宽度是从与左纵向构件（22）接合处到与芯线连接部（71)的接合处；

所述左横向构件（26)的第二电气长度B3是自身宽度的1/2；

所述左纵向构件（22）的第二电气长度B4是自与左横向构件（26)的接合处向底部延伸的左纵延伸边（25）；

所述偶极振子右半臂（10）的右横向构件（11)为方形体，其电气长度A1从最右边沿到与所述右纵向构件（16）接合处；

所述右纵向构件（16）为方形体，其电气长度A2从与右横向构件（11) 接合处，到最底边沿；

所述右第二横向构件（17)的电气长度从与所述右纵向构件（16）的右边长（12）的底端头算起，到与外导体连接部（72)接合的左边（18）止；

所述平衡馈电转换器（30）的第一横向构件（31)为方形体，其电气长度C1从最右边与芯线连接部（71)接合处到自身最左边；

所述平衡纵向构件（33）为方形体，其电气长度C2从最上边与第一横向构件（31)接合处到最底边；

所述平衡第二横向构件（34) 为方形体，其电气长度C3从与之接合的平衡纵向构件（33）的最左边算起，到与之接合的外导体连接部（72)的最右边。

2.根据权利要求1所述的带平衡馈电转换器柔性PCB天线，其特征在于：

所述A1 + A2 + A3 = λ/4

式中λ为波长。

3.根据权利要求1所述的带平衡馈电转换器柔性PCB天线，其特征在于：

所述B1 + B2 + B3 + B4 =λ/4

式中λ为波长。

4.根据权利要求1所述的带平衡馈电转换器柔性PCB天线，其特征在于：

所述C1 + C2 + C3 =λ/4

式中λ为波长。

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