CN108172986A - 双频pcb板天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频PCB板天线，包括高频双面覆铜PCB板，高频双面覆铜PCB板的正面设有辐射振子、阻抗变换器、馈电连接点和接地沉铜孔，接地沉铜孔连接同轴电缆的一端的外导体以及高频双面覆铜PCB板的背面的传输线路焊接导通，同轴电缆的一端的内导体与馈电连接点焊接连通后通过阻抗变换器连通所述辐射振子，辐射振子为有锥度和有弧度的杯型梅花瓣形状；高频双面覆铜PCB板的背面设有第一平衡‑不平衡转换器、第二平衡‑不平衡转换器、传输线和开路线。实施本发明的双频PCB板天线，具有以下有益效果：体积较小、结构较为简单、安装方便、成本低廉、易于规模生产同时又具有双频段覆盖及辐射性能指标优良。

Description

双频PCB板天线
技术领域
本发明涉及天线领域，特别涉及一种双频PCB板天线。
背景技术
在无线局域网(英文名为Wireless Local Area Networks，简写为WLAN)的网络覆盖中，为了满足较小的天线尺寸和防止其它电磁波的干扰，同时覆盖多个通信频段的要求，双频和多频天线应运而生。现有的无线局域网的双频PCB板天线大部分采用两幅不同频率的天线装在一个天线壳子里，这样的结构势必造成天线体积大，成本高，不适合批量生产，且两幅天线之间易产生干扰，调试难，产品使用的效果差。少部分双频PCB板天线由于未能很好的解决低驻波，高增益和良好的方向性的问题，存在着带宽不够，辐射性能指标差等问题，难于满足无线局域网终端设备在无线网络覆盖中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种体积较小、结构较为简单、安装方便、成本低廉、易于规模生产的同时又具有双频段覆盖及辐射性能指标优良的双频PCB板天线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双频PCB板天线，包括高频双面覆铜PCB板，所述高频双面覆铜PCB板的正面设有辐射振子、阻抗变换器、馈电连接点和接地沉铜孔，所述接地沉铜孔连接同轴电缆的一端的外导体以及所述高频双面覆铜PCB板的背面的传输线路焊接导通，所述同轴电缆的一端的内导体与所述馈电连接点焊接连通后通过所述阻抗变换器连通所述辐射振子，所述同轴电缆的另一端连接射频连接器，所述辐射振子为有锥度和有弧度的杯型梅花瓣形状；
所述高频双面覆铜PCB板的背面设有第一平衡-不平衡转换器、第二平衡-不平衡转换器、传输线和开路线，所述传输线的一端与所述第一平衡-不平衡转换器连通，所述传输线的另一端与所述第二平衡-不平衡转换器的一端连接，所述第二平衡-不平衡转换器的另一端与所述接地沉铜孔连通，所述开路线与所述第二平衡-不平衡转换器连接。
在本发明所述的双频PCB板天线中，所述辐射振子的高度为1/4λ0，其中，λ0为中心频点的空间自由波长。
在本发明所述的双频PCB板天线中，所述传输线的形状为S弯形。
在本发明所述的双频PCB板天线中，所述高频双面覆铜PCB板的厚度为0.80mm～1.20mm。
在本发明所述的双频PCB板天线中，所述辐射振子以微带线印制所述高频双面覆铜PCB板的正面上。
实施本发明的双频PCB板天线，具有以下有益效果：由于高频双面覆铜PCB板，所述高频双面覆铜PCB板的正面设有辐射振子、阻抗变换器、馈电连接点和接地沉铜孔，辐射振子为有锥度和有弧度的杯型梅花瓣形状，可大大拓展天线频带的带宽，从而实现频段的多频和宽频特性，高频双面覆铜PCB板的背面设有第一平衡-不平衡转换器、第二平衡-不平衡转换器、传输线和开路线，在传输线路阻抗匹配中，高频双面覆铜PCB板的正面和背面设计成有多节阻抗变换线和开路线，并设计了多个平衡-不平衡转换器，从而达到天线阻抗的完美匹配，因此体积较小、结构较为简单、安装方便、成本低廉、易于规模生产的同时又具有双频段覆盖及辐射性能指标优良。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明双频PCB板天线一个实施例中的结构示意图；
图2为所述实施例中高频双面覆铜PCB板的正面结构示意图；
图3为所述实施例中高频双面覆铜PCB板的背面结构示意图；
图4为所述实施例中实测的驻波图；
图5为所述实施例中双频PCB板天线在低频2450MHz实测的方向图示意图；
图6为所述实施例中双频PCB板天线在高频5500MHz实测的方向图示意图。
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。
在本发明双频PCB板天线实施例中，该双频PCB板天线的结构示意图如图1所示。为了实现天线的双频特性和在高频段的宽频特性并实现良好的驻波、增益和方向图，本发明的双频PCB板天线适合于无线局域网的2.4GHz和5.0GHz终端设备使用的双频PCB板天线，具体的，该双频PCB板天线包括高频双面覆铜PCB板11，同轴电缆9的一端与高频双面覆铜PCB板11连接并加以焊接固定，同轴电缆9的另一端连接射频连接器10并通过焊接固定。
图2为本实施例中高频双面覆铜PCB板的正面结构示意图；图3为本实施例中高频双面覆铜PCB板的背面结构示意图。该高频双面覆铜PCB板11的正面设有辐射振子1、阻抗变换器2、馈电连接点3和接地沉铜孔4，接地沉铜孔4连接同轴电缆9的一端的外导体连接并通过焊接固定，接地沉铜孔4还与高频双面覆铜PCB板11的背面的传输线路焊接导通，同轴电缆9的一端的内导体与馈电连接点3焊接连通后，通过阻抗变换器2连通辐射振子1。辐射振子1以微带线印制该高频双面覆铜PCB板11的正面上。
辐射振子1为有锥度和有弧度的杯型梅花瓣形状，使得馈电连接点3到达各顶部的电长度是渐变的，等于该辐射振子1的上部接上了不同的平滑过渡段，使得沿天线表面电流反射很小，从而有效地展宽了阻抗和带宽，实现天线的双频和高频段的宽频特性；以微带线设计的杯型梅花瓣形状的辐射振子1，能获得较大的带宽及改善辐射性能指标的效果，能获得良好的宽频特性，在电压驻波比比较低的前提下，能获得相对较宽的频带宽度和方向图特性，能够很好的满足运营商通信系统的要求。
值得一提的是，本实施例中，馈电线路包括介质基板和以微带线印制在介质基板上的辐射振子和匹配网络(高频双面覆铜PCB板11的背面结构，见图3)。
本实施例中，该高频双面覆铜PCB板11的背面设有第一平衡-不平衡转换器5、第二平衡-不平衡转换器7、传输线6和开路线8，其中，传输线6的一端与第一平衡-不平衡转换器5连通，传输线6的另一端与第二平衡-不平衡转换器7的一端连接，第二平衡-不平衡转换器7的另一端与接地沉铜孔4连通，开路线8与第二平衡-不平衡转换器7连接。
接地沉铜孔4与同轴电缆9的一端的外导体，以及高频双面覆铜PCB板11的背面的介质基板和以微带线印制在介质基板上的传输线路(高频双面覆铜PCB板11的正面的传输线路包括辐射振子1，高频双面覆铜PCB板11的背面的传输线路包括匹配网络)焊接导通，在高频双面覆铜PCB板11的正面和背面的结构上，在传输线路的阻抗匹配中设计成有多节阻抗变换线、开路线以及平衡-不平衡转换器构成，采用多个平衡-不平衡转换匹配器的设计，既可增加带宽，同时在阻抗的匹配方面也起到了耦合谐振的作用，使得电流的不平衡变为平衡，形成宽频带和低驻波的特性，从而达到天线阻抗的共轭匹配。
本发明的双频PCB板天线是一款应用在无线局域网覆盖的终端设备上，利用介质微带技术、多频和宽频带技术和阻抗匹配技术，使无线局域网的设备工作于中心频率为2.4GHz(2400MHz～2500MHz)及5.0GHz(5150MHz～5850MHz)两个频段，使得设备可发射和接收中心频率为2.4GHz及5.0GHz两个频段的信号，并达到在一个端口上实现双频谐振的功效，实现双频段的通信用途。本发明的双频PCB板天线的结构较为简单，尺寸小巧，且能保证辐射性能指标。
本实施例中，辐射振子1的高度为1/4λ0，其中，λ0为中心频点的空间自由波长。传输线6的形状为S弯形，这种设计可减少该高频双面覆铜PCB板11的长度，也可增加带宽，同时在阻抗匹配方面也起到了耦合谐振的作用，在有限的空间内达到完美的电性能指标。
本实施例中，该高频双面覆铜PCB板11的厚度为0.80mm～1.20mm，优选1.0mm。本发明的双频PCB板天线具有体积较小，结构简单，安装方便(可用螺丝把该高频双面覆铜PCB板11固定在机子设备中或用线卡卡在机子设备中)，成本低廉，易于规模生产同时又具有双频段覆盖以及辐射性能指标优良等优点。
本发明的双频PCB板天线样品经多次改进和完善，最后经仪器的检测验证，实现在一个端口里面双频的谐振，频率范围可从2400MHz～2500MHz/5150MHz-5850MHz，驻波比在1.6以下(行业标准要求2.0以下)，低频段2400MHz～2500MHz增益达4dBi(行业标准要求3dBi)，高频段5150MHz～5850MHz增益达5dBi(行业标准要求4dBi)，且水平面方向图的不圆度在±1dB之内(行业标准要求水平面方向图的不圆度在±2dB之内)，如图4、图5和图6所示，图4为本实施例中实测的驻波图；图5为本实施例中双频PCB板天线在低频2450MHz实测的方向图示意图；图6为本实施例中双频PCB板天线在高频5500MHz实测的方向图示意图。
本发明的双频PCB板天线的性能指标远远好于同类型天线；该双频PCB板天线不但性能指标优良，而且体积较小，重量较轻，安装方便，且成本较低，易于规模化生产，能满足在无线局域网网络同时覆盖两个通信频段的需求，同时也能满足设备运营商低成本和高性能的要求，具有结构简单和高性能的优点。
总之，与现有技术比较，本发明的双频PCB板天线的优点在于：1)突破传统PCB板天线单一频段系统辐射的局限性，能解决传统的双频天线难加工、难调试、成本高和性能差的缺点，能实现多频段和宽频带的全向辐射。2)成本低廉，制作简单，易于规模生产；焊接时只需一人操作，便可一步到位，使得焊接操作的效率高，能大大地提高生产效率，同时也能提升产品的品质。3)体积较小，重量较轻，便于天线的安装；损耗较小，增益较高，方向图不圆度较好，阻抗匹配较好，驻波比低，能减少天线的调试时间，提高生产效率，产品双频段覆盖，能弥补同类型天线频带窄的不足，满足电信设备商的多个通信频段覆盖的需求，同时也满足设备运营商低成本和高性能的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双频PCB板天线，其特征在于，包括高频双面覆铜PCB板，所述高频双面覆铜PCB板的正面设有辐射振子、阻抗变换器、馈电连接点和接地沉铜孔，所述接地沉铜孔连接同轴电缆的一端的外导体以及所述高频双面覆铜PCB板的背面的传输线路焊接导通，所述同轴电缆的一端的内导体与所述馈电连接点焊接连通后通过所述阻抗变换器连通所述辐射振子，所述同轴电缆的另一端连接射频连接器，所述辐射振子为有锥度和有弧度的杯型梅花瓣形状；
所述高频双面覆铜PCB板的背面设有第一平衡-不平衡转换器、第二平衡-不平衡转换器、传输线和开路线，所述传输线的一端与所述第一平衡-不平衡转换器连通，所述传输线的另一端与所述第二平衡-不平衡转换器的一端连接，所述第二平衡-不平衡转换器的另一端与所述接地沉铜孔连通，所述开路线与所述第二平衡-不平衡转换器连接。
2.根据权利要求1所述的双频PCB板天线，其特征在于，所述辐射振子的高度为1/4λ0，其中，λ0为中心频点的空间自由波长。
3.根据权利要求2所述的双频PCB板天线，其特征在于，所述传输线的形状为S弯形。
4.根据权利要求3所述的双频PCB板天线，其特征在于，所述高频双面覆铜PCB板的厚度为0.80mm～1.20mm。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的双频PCB板天线，其特征在于，所述辐射振子以微带线印制所述高频双面覆铜PCB板的正面上。
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