CN101740855A - 天线的协同设计及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线的协同设计及安装方法，包括如下步骤：先绕制一定几何形状和尺寸的螺旋状天线；在电路板上的天线馈线上选一处离地近一点的位置处割断，形成断点天线侧和断点源侧，断点天线侧的一端与所述天线的一端焊接，断点源侧邻近电路板上的匹配网络；将矢量网络分析仪测试天线在其工作环境中的阻抗；裁剪天线使之为合适长度；调节匹配网络，使断点源侧输出的阻抗值与断点天线侧输出的天线阻抗值共轭。本发明设计方法简单，调制出的天线与匹配网络的匹配性好，天线的方向性较好，同时满足阻抗要求，能极大的节约成本；而且调制出的匹配网络能够更好的驱动天线，辐射出更多的能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线的协同设计及安装方法。
背景技术
在设计无线通讯器材的无线接收/发送电路时，必须设计用于匹配天线阻抗的天线阻抗匹配电路，并设计用于调整功率放大器阻抗的功率放大器阻抗匹配电路。一般在对天线电路的匹配进行调整时，通常是借助于改变功率放大器阻抗匹配电路来达到相位误差符合规格的目的。然而功率放大器阻抗匹配电路的电路结构较复杂，牵扯的问题较多，设计人员往往要利用尝试错误的方法去寻找合适的功率放大器阻抗匹配电路，需要发费较多的时间，在研发的过程中，这往往成为设计过程中的瓶颈，需要发费更多的人力和成本，甚至调配出的功率放大器阻抗匹配电路也无法使天线本应有的优良性能发挥出。
申请号为03104483.2的中国专利公开了一种天线阻抗匹配电路的设计方法，包括天线、第一天线阻抗匹配电路以及第二天线阻抗匹配电路，第二天线阻抗匹配电路其与第一功率放大器阻抗匹配电路相匹配，以构成一整体电路。该整体电路的阻抗在史密斯圆图(Smith Chart)上形成第一轨迹，且调整其相位误差以符合预定规格。另外，设计第二功率放大器阻抗匹配电路，并将其与第一天线阻抗匹配电路相匹配，以构成另一整体电路，该整体电路的阻抗在史密斯圆图上形成第二轨迹。当第一轨迹与第二轨迹重迭时，该系统具有符合预定规格的相位误差。
然而，通过此方法获得的天线的协同设计的方法需要通过反复调试，调试方法较复杂，而且增加匹配电路设计需要发费更多的人力和成本且一旦工作环境发生变化又无法得到预期阻抗的情况。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种天线的协同设计及安装方法，设计方法简单，能使天线在特定设备中满足良好的方向性和阻抗要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种天线的协同设计及安装方法，包括如下步骤：
A、将长度为λ/4铜线循环弯曲绕制成多匝螺圈以形成螺旋状的天线，所绕曲形成的天线的相邻两匝螺圈的螺距间距为铜线直径的1.2～1.6倍；
B、在电路板上用来连接天线的天线馈线上选一处离地近一点的位置处割断，所割断点两边的天线馈线分别为断点天线侧和断点源侧，所述断点天线侧的一端与所述天线的一端焊接，所述断点源侧邻近电路板上的匹配网络；
C、将矢量网络分析仪的测试线的芯线焊接于断点天线侧，屏蔽线接地，并使测试线贴近电路板的地；将电路板安装于设备中，所述矢量网络分析仪显示的阻抗即为天线在其工作环境中的阻抗；
D、裁剪天线，通过矢量网络分析仪观察，使阻抗点在史密斯圆图中的短路点附近开始逆时针移动，阻抗点首先经过感性负载区，记下接近短路点的阻抗值；继续裁剪天线，使阻抗点移动到容性负载区，此时阻抗特性对天线尺寸的敏感性下降，记下天线阻抗值；
E、调节匹配网络，将所述矢量网络分析仪的芯线焊接于断点源侧，屏蔽层就近接地，调整匹配网络，使断点源侧输出的阻抗值与断点天线侧输出的天线阻抗值共轭。
其中，在步骤C之前包括步骤：将矢量网络分析仪的测试线用半刚性线引出，并使测试线的芯线和其屏蔽层开路，作开路校准；将芯线和屏蔽层作短路校准。
其中，在步骤D中，所述天线阻抗值的电阻部分值为10Ω数量级，电抗部分值为电阻部分值的10倍以内。
其中，所述天线的阻抗值为(12+j95)Ω。
其中，在步骤A中，所述每匝螺圈的直径为4.2mm。
其中，在步骤A中，所述螺距为1.25mm。
其中，在步骤A中，所述铜线为磷铜线，所述磷铜线的直径为0.8mm。
其中，在步骤C中，所述矢量网络分析仪的测试线的芯线露出2mm。
其中，在步骤B中，天线的附近安装有能影响天线的金属配件或电子元器件。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的天线的协同设计方法较复杂，一旦工作环境发生变化无法得到预期阻抗的情况，本发明通过用磷铜线绕制成螺旋状的天线，并通过矢量网络分析仪调节测试出断点天线侧输出的天线阻抗值和裁切出天线的合适长度，设计方法简单，而且由于天线绕制和匹配过程相关联，避免现有技术的天线在设计过程中无法得到预期的阻抗，或者在其实际工作环境中阻抗发生变化，而导致天线实际工作于失配状态的情况。
另本发明由于采用协同设计，天线放置位置和几何形状更有弹性，天线可以根据需要调整出较好的方向性，同时满足阻抗要求，能极大的节约成本；而且调制出的匹配网络能够更好的驱动天线，辐射出更多的能量。
附图说明
图1是根据本发明所设计出的天线的侧视图；
图2是本发明所设计出的天线安装于电路板上的结构示意图；
图3是本发明天线的协同设计及安装方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1以及图2，本发明所设计出的天线10为大线径的铜线按一定几何形状和尺寸循环绕曲成螺旋状，本实施例中，所述铜线为磷铜线，所述磷铜线的直径φ为0.8mm，所绕曲形成的天线10的相邻两匝螺圈的螺距A间距为磷铜线直径的1.2～1.6倍，本实施例中，所述螺距A为1.25mm，如此所绕曲形成的天线在刚性和螺距上能取得较好的平衡。本实施例中，天线可以尽量压缩螺距，以使天线的阻抗尽量大，本实施例中，所述天线的阻抗值为(12+j95)Ω。本实施例中，所述天线拉直的长度为λ/4(λ为天线所接收或发射电磁波的波长)。
请参阅图3，本发明天线的协同设计及安装方法如下：
A、选择一大直径的磷铜线，循环弯曲绕制成多匝螺圈以构成螺旋状的天线10，所绕制构成天线的每匝螺圈的尺寸一致，本实施例中，所述磷铜线的直径为0.8mm，所绕曲形成的天线的相邻两匝螺圈的螺距A间距为磷铜线直径的1.2～1.6倍，本实施例中，所述螺距A为1.25mm，每匝螺圈的直径为4.2mm，所述天线10拉直的长度为λ/4。
B、在电路板20上用来连接天线10的天线馈线(铜膜走线)上选一处离地近一点的位置处割断，所割断点两边的天线馈线分别称作断点天线侧11和断点源侧12，所述断点天线侧11的一端与所述天线10的一端焊接，所述断点源侧12邻近电路板上的匹配网络14。
C、将矢量网络分析仪的测试线用半刚性线引出，使测试线的芯线露出2mm，并使测试线的芯线和其屏蔽层开路，作开路校准；将芯线和屏蔽层短路，作短路校准；可不作50Ω纯电阻负载校准，也可用0306封装的电阻作为负载焊接于芯线和屏蔽线之间进行校准。
D、将测试线的芯线焊接于断点天线侧11，屏蔽线就近接地，并使测试线贴近电路板的地，以减少对天线的影响；将电路板安装于设备中，矢量网络分析仪显示的阻抗即为天线10在其工作环境中的阻抗。
E、裁剪天线，通过矢量网络分析仪观察，使阻抗点在史密斯圆图中的短路点附近开始逆时针移动，阻抗点首先经过感性负载区，此时天线阻抗对尺寸极敏感，记下接近短路点的阻抗值；继续裁剪天线，使阻抗点移动到容性负载区，此时阻抗特性对天线尺寸的敏感性下降，如此对产品设计制造公差的控制是有利的，直到电阻部分值为10Ω数量级，电抗部分值为电阻部分的10倍以内，记下天线阻抗值，如此剪切调节出天线的合适长度。
F、调节匹配网络，将矢量网络分析仪的芯线焊接于断点源侧，屏蔽层就近接地，调整匹配网络，使断点源侧输出阻抗值与断点天线侧输出的天线阻抗值共轭。
天线安装于能影响天线的金属配件(如电子产品的壳体)或电子元器13件附近，如此可以和天线一起产生谐振以扩展天线的频宽。
区别于现有技术的天线的协同设计方法调试方法较复杂，而且增加匹配电路需要发费更多的人力和成本，本发明天线的协同设计及安装方法通过用长度为λ/4的磷铜线绕制呈螺旋状的天线10，并将天线10的一端安装在电路板上的天线馈线上于离地近的断点天线侧11，通过矢量网络分析仪调节测试出断点天线侧的阻抗值和裁切出天线的合适长度，并调节匹配网络，使断点源侧12输出的阻抗值与所述断点天线侧11的输出的天线阻抗值相匹配共轭，如此调制出匹配网络14的阻抗值，通过此方法调制出的天线10与匹配网络14的匹配性好，天线的方向性较好，调试设计方法简单，能极大的节约成本，同时满足阻抗要求；而且调制出的匹配网络14能够更好的驱动天线10，辐射出更多的能量。
本发明设计方法简单，由于天线绕制和匹配过程相关联，避免现有技术的天线在设计过程中无法得到预期的阻抗，或者在其实际工作环境中阻抗发生变化，而天线阻抗不变导致天线实际工作于失配状态的情况。另本发明由于采用协同设计，天线放置位置和几何形状更有弹性，天线可以根据需要调整出较好的方向性，同时满足阻抗要求，能极大的节约成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种天线的协同设计及安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将长度为λ/4铜线循环弯曲绕制成多匝螺圈以形成螺旋状的天线，所绕曲形成的天线的相邻两匝螺圈的螺距间距为铜线直径的1.2～1.6倍；
B、在电路板上用来连接天线的天线馈线上选一处离地近一点的位置处割断，所割断点两边的天线馈线分别为断点天线侧和断点源侧，所述断点天线侧的一端与所述天线的一端焊接，所述断点源侧邻近电路板上的匹配网络；
C、将矢量网络分析仪的测试线的芯线焊接于断点天线侧，屏蔽线接地，并使测试线贴近电路板的地；将电路板安装于设备中，所述矢量网络分析仪显示的阻抗即为天线在其工作环境中的阻抗；
D、裁剪天线，通过矢量网络分析仪观察天线阻抗点，使阻抗点在史密斯圆图中的短路点附近开始逆时针移动，阻抗点首先经过感性负载区，记下接近短路点的阻抗值；继续裁剪天线，阻抗点移动到容性负载区，阻抗特性对天线尺寸的敏感性下降，记下天线阻抗值；
E、调节匹配网络，将所述矢量网络分析仪的芯线焊接于断点源侧，屏蔽层就近接地，调整匹配网络，使断点源侧输出的阻抗值与断点天线侧输出的天线阻抗值共轭。
2.根据权利要求1所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤C之前包括步骤：将矢量网络分析仪的测试线用半刚性线引出，并使测试线的芯线和其屏蔽层开路，作开路校准；将芯线和屏蔽层作短路校准。
3.根据权利要求2所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤D中，所述天线阻抗值的电阻部分值为10Ω数量级，电抗部分值为电阻部分值的10倍以内。
4.根据权利要求3所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，所述天线的阻抗值为(12+j95)Ω。
5.根据权利要求1所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤A中，所述每匝螺圈的直径为4.2mm。
6.根据权利要求1所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤A中，所述螺距为1.25mm。
7.根据权利要求1所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤A中，所述铜线为磷铜线，所述磷铜线的直径为0.8mm。
8.根据权利要求1所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤C中，所述矢量网络分析仪的测试线的芯线露出2mm。
9.根据权利要求1所述的天线的协同设计及安装方法，其特征在于，在步骤B中，邻近天线位置处安装有能影响天线的金属配件或电子元器件。
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