CN103746172A - 板载PCB天线的855MHz射频模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PCB电路板，尤其涉及一种板载PCB天线的855MHz射频模块。本发明的板载PCB天线的855MHz射频模块，包括PCB基板，PCB基板上设有射频收发模块、平衡-不平衡电路、天线、天线增益模块，射频收发模块通过平衡-不平衡电路与天线增益模块连接，天线增益模块连接天线。本发明的PCB板载855MHz的射频天线模块，改变单元数目，实现不同的增益，该天线具有效率高、性能稳定可靠、成本低等特点。

Description

板载PCB天线的855MHz射频模块

技术领域

本发明涉及一种PCB电路板，尤其涉及一种板载PCB天线的855MHz射频模块。

背景技术

PCB（Printed Circuit Board,印刷电路板）作用一般包括：1.提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；2.实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接（信号传输）或电绝缘。提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。

天线是一种转能器。发射时，它把发射机的高频电流转化为空间电磁波；接收时，它又把从空间截获的电磁波转换为高频电流送入接收机。对于设计一个应用于无线传感网或有源RFID类型的小功率、短距离无线收发设备，天线设计是其中的重要部分。良好的天线系统可以使通信距离达到最佳状态。天线的种类很多，在低于1GHz频率的射频系统中，常用的天线种类包括弹簧天线，棒状天线、定向天线、八木天线及PCB天线等。现在采用PCB印刷板（印刷电路板）作为辐射单元结构中，其采用实心平面型振子臂，存在以下问题：增益偏低、带宽偏窄、剖面偏高、三阶互调指标不理想，这些问题导致服务区内的通讯质量得不到保障。

衡量天线性能的主要指标是天线方向性参数和天线增益参数，其中：方向性参数代表不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度，方向图的尖锐程度，我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性，在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E02的比值称为该点的方向性参数D=E2/E02。

天线增益：增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数，但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的，方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等，天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。

在小功率、短距离的无线传感网系统或有源RFID系统中，因为产品的体积小，需要一个体系小、价格低廉、通信距离尽可能远的天线设计，PCB天线在上述天线种类中体积小、制作成本低，但是通信距离普遍小于其它天线。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种板载PCB天线的855MHz射频模块，其有效增加天线增益，提高射频模块在无线传感网和有源RFID系统中的通信距离。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括PCB基板，PCB基板上设有射频收发模块、平衡-不平衡电路、天线、天线增益模块，射频收发模块通过平衡-不平衡电路与天线增益模块连接，天线增益模块连接天线。

平衡-不平衡电路(又叫巴伦Balun，是平衡-不平衡转换器的英文音译)，原理是按天线理论，偶极天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输现，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过（按同轴电缆传输原理，高频电流应在电缆内部流动，外皮是屏蔽层，是没有电流的），这样一来，就会影响天线的辐射（可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射）因此，就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。

优选地，天线增益模块为月牙形金属片，月牙形金属片含铜量大于90%。

波长的计算方法：频率＝波速/波长，波速为光速：300000000m/s，频率为855MHz的话，则波长等于0.3509米。

月牙形金属片的外弧半径为0.548cm，外弧两端点之间的夹角为33.7°，月牙形金属片的内弧半径为1.40cm，外弧与内弧之间的最大厚度为0.05cm。

经过月牙形金属片外弧中心的半径延长线与经过月牙形金属片内弧中心的半径延长线之间的夹角为16.8°。

月牙形金属片的外弧面凸出于PCB基板平面且垂直于PCB基板平面；月牙形金属片的内弧贴在PCB基板平面上。月牙形金属片的底面平铺在PCB基板上，另一面内弧与外弧之间凸出于PCB基板且圆滑过渡。

所述的射频收发模块采用TI CC1101型号。

本发明的PCB板载855MHz的射频天线模块，改变单元数目，实现不同的增益，该天线具有效率高、性能稳定可靠、成本低等特点。通过增加一个低成本的组件，有效增加天线增益，提高射频模块在无线传感网和有源RFID系统中的通信距离。有效改善PCB天线的远场方向的均匀对称性，并具备通过自耦合区加感走线的参数调整获得对天线频率、尺寸、增益、方向的调整能力，从而更好地适用便携式终端设备对内置天线复杂多变的布局要求。

附图说明

图1为本发明的模块结构示意图；

图2为本发明的增益模块结构示意图。

图中：1-月牙形金属片；2-内弧；3-外弧。

具体实施方式

如图1所示，本发明的PCB板载855MHz的射频天线模块包括PCB基板，PCB基板上设有射频收发模块、平衡-不平衡电路、天线、天线增益模块，射频收发模块通过平衡-不平衡电路与天线增益模块连接，天线增益模块连接天线。

如图2所示，天线增益模块为月牙形金属片1，其含铜量大于90%。

月牙形金属片1的外弧半径为0.548cm，外弧两端点之间的夹角为33.7°，月牙形金属片的内弧半径为1.40cm，外弧与内弧之间的最大厚度为0.05cm。

经过月牙形金属片1外弧中心的半径延长线与经过月牙形金属片内弧中心的半径延长线之间的夹角为16.8°。

月牙形金属片1的外弧面凸出于PCB基板平面且垂直于PCB基板平面；月牙形金属片1的内弧贴在PCB基板平面上。月牙形金属片1的底面平铺在PCB基板上，另一面内弧2与外弧3之间凸出于PCB基板且圆滑过渡。

所述的射频收发模块采用TI CC1101型号。

实施例1

在仓储有源RFID设别系统中，每个仓库一般分为货物堆放区和过道，过道中可以让叉车通行，叉车上安装的射频模块可以和每件货物上挂载一个射频模块通信，实现快速盘点和找货的功能；在未实施本发明前，过道内的叉车上的射频模块只能和20m之内的挂载在货物上的射频模块通信，采用本发明的技术方案后，由于天线增益增加，有效的增加了通信距离，叉车上安装的射频模块可以和30m以内的模块进行通信，使该系统可以适应更大和更高的仓库。

实施例2

在校园学生定位RFID识别系统中，学生佩戴包含射频模块的校徽，在学校范围内安装固定的射频模块，通过2个模块之间的通信，可以确定学生的所处的的位置，在未实施本发明前，在楼道每50m需要安装一个射频模块，在实施本发明的技术方案后，由于学生佩戴的包含射频模块的校徽的天线增益增加，可以和更远的固定模块进行通信，故楼道内只需要75m增加安装一个射频模块，有效降低了成本。

Claims (7)

1.一种板载PCB天线的855MHz射频模块，包括PCB基板，其特征在于，PCB基板上设有射频收发模块、平衡-不平衡电路、天线、天线增益模块，射频收发模块通过平衡-不平衡电路与天线增益模块连接，天线增益模块连接天线。

2.根据权利要求1所述的板载PCB天线的855MHz射频模块，其特征在于，天线增益模块为月牙形金属片（1）。

3.根据权利要求2所述的板载PCB天线的855MHz射频模块，其特征在于，月牙形金属片（1）的外弧半径为0.548cm，外弧两端点之间的夹角为33.7°，月牙形金属片的内弧半径为1.40cm，外弧与内弧之间的最大厚度为0.05cm。

4.根据权利要求3所述的板载PCB天线的855MHz射频模块，其特征在于，经过月牙形金属片外弧中心的半径延长线与经过月牙形金属片内弧中心的半径延长线之间的夹角为16.8°。

5.根据权利要求2所述的板载PCB天线的855MHz射频模块，其特征在于，月牙形金属片（1）的外弧面凸出于PCB基板平面且垂直于PCB基板平面；月牙形金属片（1）的内弧贴在PCB基板平面上。月牙形金属片（1）的底面平铺在PCB基板上，另一面内弧（2）与外弧（3）之间凸出于PCB基板且圆滑过渡。

6.根据权利要求2所述的板载PCB天线的855MHz射频模块，其特征在于，月牙形金属片（1）含铜量大于90%。

7.根据权利要求1或2所述的板载PCB天线的855MHz射频模块，其特征在于，射频收发模块采用TI CC1101型号。

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