CN105870618B - 一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线 - Google Patents

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Abstract

一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，包括FR44介质基板，所述FR44介质基板的平面地上安装有天线主体、短路地和按钮，所述第一天线末端枝节和第二天线末端枝节均固定在FR44介质基板的一端，天线末端双枝节结构提高了天线主体的工作带宽，所述短路地位于FR44介质基板的一侧，短路地上设置有与短路地电连接的平板补偿分布式电容，短路地与天线主体的另一端线程连接，且短路地与天线主体之间连接有匹配电路，所述匹配电路设置有天线输入端，所述按钮与天线输入端连接。本发明，平板补偿分布式电容，实现了PIFA的电感分量良好的阻抗匹配，双枝节结构提高了天线主体的工作带宽、低了天线主体的研制成本和集总元器件带来的噪声。

Description

一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线
技术领域
本发明涉及微波工程技术领域，具体为一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线。
背景技术
433MHz为国家的免申请段发射接收频率，并且具有穿透性强，通讯距离远等优势，所以广泛被用于智能家居、无线监控、个人通信和射频识别等系统中。本发明通过对传统的433MHz平面倒F天线的改善，研究得到了一种新型的无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线。此新型天线极大改善了传统的433MHz平面倒F天线性能，提高了天线的工作带宽和降低了集总元器件带来的噪声。这样大大增强了天线的相对辐射功率，从而增加了433MHz系统的稳定性。
常见的433MHz天线设计方法：对于一个无线系统设计，需要考虑的一个重要的问题就是天线的设计问题，而天线设计需要考虑频带、阻抗、增益等问题。最简单的是鞭状天线，但是由于其需要四分之一波长的天线垂直于地平面上，所以在小型系统安装和集成有很大困难。相比较于鞭状天线的弱点，微带天线则可以较好的集成到小功率的无线系统中，因而广泛的应用于小功率的无线系统中。但是一般的微带天线带宽都比较窄，阻抗匹配比较复杂。现在常用的主流天线是平面倒F天线(PIFA)，其最大的特点是尺寸小、重量轻、剖面低、频带宽、效率高、增益高和抗干扰性好等特点，在无线系统中也有广泛的应用。
新型平面倒F天线(PIFA)优势：传统平面倒F天线(PIFA)虽然有很好的优势，但是在辐射效率与阻抗匹配性能方面还不是很理想。因而基于传统平面倒F天线(PIFA)的劣势，研究得到了一种新型的无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线。此新型天线极摒弃了传统433MHz平面倒F天线中的集总元器件，调节交指电容的大小补偿天线的电感分量从而提高天线的匹配效果同时在天线末端采用双枝节结构，大改善了传统的433MHz平面倒F天线性能，提高了天线的工作带宽和降低了集总元器件带来的噪声。这样大大增强了天线的相对辐射功率，从而增加了433MHz系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，包括FR4介质基板，所述FR4介质基板的平面地上安装有天线主体、短路地和按钮，所述天线主体的一端线程连接有第一天线末端枝节，所述第一天线末端枝节线程连接有第二天线末端枝节，所述第一天线末端枝节和第二天线末端枝节均固定在FR4介质基板的一端，天线末端双枝节结构提高了天线主体的工作带宽；
所述短路地位于FR4介质基板的一侧，所述天线包括与短路地电连接的平板补偿分布式交指电容，所述平板补偿分布式交指电容固定在靠近短路地一侧的FR4介质基板上，平板补偿分布式交指电容提高输入阻抗的容性分量，补偿天线主体PIFA的电感分量实现良好的阻抗匹配，所述短路地与天线主体的另一端线程连接，且短路地与天线主体之间连接有匹配电路，所述匹配电路设置有天线输入端，且匹配电路铺设在FR4介质基板的走线槽内；
所述按钮位于FR4介质基板的中部，且按钮与天线输入端连接。
优选的，所述FR44介质基板的尺寸为48×30×2mm。
优选的，所述天线主体为双层天线主体通过金属化过孔固定连接而成的曲折状天线主体，且天线主体的尺寸为15×30×2mm。
优选的，所述平板补偿分布式交指电容为叉类、锯齿或发夹状的平板结构补偿分布式交指电容。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明，通过在传统平面倒F天线(PIFA)天线主体的短路地处增加平板补偿分布式交指电容，继而实现对天线主体的输入阻抗的虚部做调整作用，对PIFA的感性阻抗进行补偿实现良好的阻抗匹配，进而使得天线主体的回波损耗得到了极大改善的同时，实现了无需额外增加集总元件即可实现较好回波损耗的天线的设计，通过在天线主体末端采用第一天线末端枝节和第二天线末端枝节的双枝节结构提高了天线主体的工作带宽，进而提高了天线主体的工作带宽降低了天线主体的研制成本和集总元器件带来的噪声。
附图说明
图1为传统433MHz平面倒F天线的结构示意图；
图2为本发明中的无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线的结构示意图；
图3为本发明运用到实际工程中的一个小型化实施电路模型图；
图4为图3所示的具体实施例的回波损频率响应曲线结果图；
图中：FR44介质基板(1)、天线主体(2)、第一天线末端枝节(21)、第二天线末端枝节(22)、短路地(3)、平板补偿分布式交指电容(30)、匹配电路(4)、天线输入端(5)、按钮(6)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，包括FR44介质基板1，FR44介质基板1的尺寸为48×30×2mm，FR44介质基板1的平面地上安装有天线主体2、短路地3和按钮6，天线主体2为双层天线主体通过金属化过孔固定连接而成的曲折状天线主体，且天线主体2的尺寸为15×30×2mm，天线主体2的一端线程连接有第一天线末端枝节21，第一天线末端枝节21线程连接有第二天线末端枝节22，第一天线末端枝节21和第二天线末端枝节22均固定在FR44介质基板1的一端，天线末端双枝节结构提高了天线主体2的工作带宽。
短路地3位于FR44介质基板1的一侧，天线还包括与短路地3电连接的平板补偿分布式交指电容30，平板补偿分布式交指电容30固定在靠近短路地3一侧的FR44介质基板1上，平板补偿分布式交指电容30提高输入阻抗的容性分量，补偿天线主体2PIFA的电感分量实现良好的阻抗匹配，平板补偿分布式交指电容30为叉类、锯齿或发夹状平板结构补偿分布式交指电容，短路地3与天线主体2的另一端线程连接，且短路地3与天线主体2之间连接有匹配电路4，匹配电路4设置有天线输入端5，且匹配电路4铺设在FR44介质基板1的走线槽内。
按钮6位于FR44介质基板1的中部，且按钮6与天线输入端5连接。
在传统的433MHz的PIFA的短路地3(Short Pin)的结构基础上增加了平板补偿分布式交指电容30，通过改变其结构尺寸实现对PIFA的感性阻抗值的补偿，进而实现了无须在加载集总元件即可实现较好的输入阻抗的匹配，进而使得天线主体2的回波损耗得到了极大改善的同时，实现了无需额外增加集总元件即可实现较好回波损耗的天线的设计，通过在天线主体2末端采用第一天线末端枝节21和第二天线末端枝节22的双枝节结构提高了天线主体2的工作带宽，FR44介质基板1，尺寸设计为48×30×2mm，天线主体2尺寸在15×30×2mm，天线主体2采用曲折线实现PIFA结构，上下金属层通过金属化过孔连接，进而提高了天线主体2的工作带宽降低了天线主体2的研制成本和集总元器件带来的噪声。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，包括FR44介质基板(1)，所述FR44介质基板(1)的平面地上安装有天线主体(2)、短路地(3)和按钮(6)，其特征在于：所述天线主体(2)的一端线程连接有第一天线末端枝节(21)，所述第一天线末端枝节(21)线程连接有第二天线末端枝节(22)，所述第一天线末端枝节(21)和第二天线末端枝节(22)均固定在FR44介质基板(1)的一端，天线末端双枝节结构提高了天线主体(2)的工作带宽；
所述短路地(3)位于FR44介质基板(1)的一侧，所述天线包括与短路地(3)电连接的平板补偿分布式交指电容(30)，所述平板补偿分布式交指电容(30)固定在靠近短路地(3)一侧的FR44介质基板(1)上，平板补偿分布式交指电容(30)提高输入阻抗的容性分量，补偿天线主体(2)PIFA的电感分量实现良好的阻抗匹配，所述短路地(3)与天线主体(2)的另一端线程连接，且短路地(3)与天线主体(2)之间连接有匹配电路(4)，所述匹配电路(4)设置有天线输入端(5)，且匹配电路(4)铺设在FR44介质基板(1)的走线槽内；
所述按钮(6)位于FR44介质基板(1)的中部，且按钮(6)与天线输入端(5)连接；
所述天线主体(2)为双层天线主体通过金属化过孔固定连接而成的曲折状天线主体。
2.根据权利要求1所述的一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，其特征在于：所述FR44介质基板(1)的尺寸为48×30×2mm。
3.根据权利要求1所述的一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，其特征在于：所述天线主体(2)的尺寸为15×30×2mm。
4.根据权利要求1所述的一种无集总元件匹配的433MHz平面倒F天线，其特征在于：所述平板补偿分布式交指电容(30)为叉类、锯齿或发夹状的平板结构补偿分布式交指电容。
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