CN108808219B - 一种新型移动设备天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型移动设备天线。包括PCB电路覆铜板和覆铜板上的一侧开有的缺口槽，缺口槽中间布有微带线与PCB电路覆铜板内部电路连接。缺口槽上的微带线上同时连接多个电容作为匹配电路，微带线一端经由匹配电路与射频发射前端相连，微带线另一端通过零欧姆电阻与PCB板边缘连接，通过改变缺口槽上匹配电容的参数可灵活调整天线工作频率和电路匹配效果。本发明所采用的天线可连接各种射频通信芯片，并通过PCB板缺口槽利用PCB板外部金属边缘进行辐射；可以引入各种小型化通信设备中，减少了单独设计天线所占用的面积，并同时保持较高的辐射效率和较好的全向性，其设计结构简单、成本低、设计参数可调，可广泛应用于物联网终端等应用场合。

Description

一种新型移动设备天线
技术领域
本发明涉及了一种天线，具体是涉及了一种新型移动设备天线。
背景技术
无线通信技术中射频收发前端电路和系统越来越高度集成化，可以设计出非常小型化的无线应用系统。这其中对天线的小型化也提出了越来越高的尺寸和指标要求。而现有的移动终端的天线设计必须要满足一定的尺寸要求，使得电磁波在工作频率的一个工作波长至四分之一波长尺度内进行电磁波信号的有效辐射和接收。同时为了避免天线与其他电路结构的互相干扰，天线本身需要在电路系统中占用一定的空间，这就影响到无线电路系统的体积和尺寸。传统使用的天线如半波长天线、倒F天线、贴片天线都具有这样的特性。虽然缝隙天线具有体积小，重量轻，成本低、加工容易、可与载体共形安装等优点，相对来说可以减小天线的工作面积。但是由于射频通信电路系统的多样性，无法满足大部分使用情况，因此需设计一种的新的移动设备天线以满足需求。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种新型移动设备天线，实现了便携设备上的小型化天线，降低天线成本。
本发明采用的技术方案是：
本发明的移动设备天线包括PCB电路覆铜板、微带线和电容匹配电路，PCB电路覆铜板上开有一缺口槽，缺口槽主要由圆形缺口和矩形缝隙组成，圆形缺口经矩形缝隙延伸到PCB电路覆铜板边沿；微带线主要由下部导体带、上部导体带以及位于导体带两侧的导体空隙组成，下部导体带布置在圆形缺口中，上部导体带布置在PCB电路覆铜板圆形缺口位置，上部导体和PCB电路覆铜板之间设有作为微带线导体空隙的间隙；微带线经电容匹配电路和PCB电路覆铜板连接；所述电容匹配电路包括接口、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，下部导体带靠近矩形缝隙的一端的一侧通过0欧姆电阻与PCB电路覆铜板的矩形缝隙边沿连接，下部导体带靠近矩形缝隙的一端的另一侧经第一电容与PCB电路覆铜板的矩形缝隙边沿相连，下部导体带远离矩形缝隙的一端经第三电容后与上部导体带连接，上部导体带连接接口，接口布置在上导体带沿轴线(垂直于PCB电路覆铜板)向上的位置，接口连接到射频收发前端，第二电容和第四电容搭建在覆铜板和微带线之间。
所述的接口连接到射频收发前端，射频收发前端与基带处理器件相连，所述的射频收发前端采用一般无线通信设备前端相同的电路结构，包含2.4GHz频段信号的发射电路和2.4GHz频段信号的接收电路。此收发电路经过放大器和滤波器进行信号处理后通过混频器进行信号的频率变换，然后经过模数和数模转换功能与基带数字电路器件进行通信数据的交互。而基带就是实现符合WIFI、蓝牙、zigbee等ISM频段的无线通信数字协议的接收数据流和发射数据流的数字电路部分。
所述基带产生的信号经由射频收发前端发出后到达缺口槽，缺口槽等效电感与微带线连接的电容组成的谐振电路在连通后产生谐振电流，电流因其连续性沿着PCB电路覆铜板边缘外侧流动而形成有效的天线辐射效应。
通过调节所述电容匹配电路的电容值改变天线的工作频率，电容匹配电路与PCB电路覆铜板上电路的射频收发前端实现良好的匹配，提高辐射效率。
所述缺口槽中，靠近PCB电路覆铜板边缘处的缺口槽宽度小于靠近PCB电路覆铜板中心处的缺口槽宽度，所述的缺口槽边沿的总长度为天线工作波长的1/10。
通过改变所述缺口槽的尺寸和形状来应对不同的PCB板结构，来调整天线的匹配和辐射性能。
所述天线可以支持WIFI、蓝牙、zigbee等ISM频段的无线应用。
本发明具有的有益效果：
本发明的移动设备天线不需要单独的大面积天线结构，而是利用电路板固有的外侧边缘设计天线结构；此种设计天线占用尺寸小、天线增益较高、频率调整灵活，且具有成本低、工作性能好的优点。
附图说明
图1是本发明移动设备天线与匹配电路的具体结构示意图。
图2是移动设备天线与电路部分关系示意图。
图3是本发明移动设备天线频率在2.4GHz的方向图结果实例。
图中：1.移动设备天线，2.PCB电路覆铜板，3.圆形缺口，4.矩形缝隙，5.接口，6.微带线，7.第一电容，8.第二电容，9.第三电容，10.第四电容。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，具体实施的移动设备天线1包括PCB电路覆铜板2、微带线6和电容匹配电路，PCB电路覆铜板2上开有一缺口槽，缺口槽主要由圆形缺口3和矩形缝隙4组成，圆形缺口3经矩形缝隙4延伸到PCB电路覆铜板2边沿；缺口槽的圆形缺口3中布置有一微带线6，微带线6经电容匹配电路和PCB电路覆铜板2连接；缺口槽经安置了匹配电容的微带连接到射频收发前端。
微带线6主要由下部导体带61、上部导体带62以及位于导体带两侧的导体空隙组成，下部导体带61布置在圆形缺口3中，上部导体带62布置在PCB电路覆铜板2圆形缺口3沿轴线向上的位置，上部导体62和PCB电路覆铜板2之间设有作为微带线6导体空隙的间隙；微带线6经电容匹配电路和PCB电路覆铜板2连接；所述电容匹配电路包括接口5、第一电容7、第二电容8、第三电容9和第四电容10，下部导体带61靠近矩形缝隙4的一端的一侧通过0欧姆电阻与PCB电路覆铜板2的矩形缝隙4边沿连接，下部导体带61靠近矩形缝隙4的一端的另一侧经第一电容7与PCB电路覆铜板2的矩形缝隙4边沿相连，下部导体带61远离矩形缝隙4的一端经第三电容9后与上部导体带62连接，上部导体带62连接接口5，其中接口包括中间信号馈入铜芯和其周围隔离圈；接口5布置在上导体带62沿轴线(垂直于PCB电路覆铜板2)向上的位置，覆铜板接口5连接到射频收发前端，第二电容8和第四电容10搭建在覆铜板2和微带线6之间。
如图1所示，下部导体带61主体布置在圆形缺口3中，上部导体带62和接口5布置在PCB电路覆铜板2开有的安装槽中，下部导体带61两侧和上部导体带62的两侧形成导体空隙。
缺口槽中，靠近PCB电路覆铜板2边缘处的缺口槽宽度小于靠近PCB电路覆铜板2中心处的缺口槽宽度，所述的缺口槽边沿的总长度为天线工作波长的1/10。
如图2所示，接口5连接到射频收发前端，射频收发前端与基带处理器件相连，基带产生的信号经由射频收发前端发出后到达缺口槽，缺口槽等效电感与微带线连接的电容组成的谐振电路在连通后产生显著的谐振电流，电流因其连续性沿着PCB电路覆铜板2边缘外侧流动而形成有效的天线辐射效应。
通过改变所述缺口槽的尺寸和形状来应对不同的PCB板结构，来调整天线的匹配和辐射性能。
本发明的实施例及其实施过程如下：
实施例天线用于WIFI的无线应用。在一块长为42mm，宽为12mm，高为0.4mm的PCB电路覆铜板2一侧开有一个半径为2mm的圆形缺口3，靠近板边缘有一个长为2mm、1mm的矩形缝隙4，其连接圆形缺口3和PCB电路覆铜板2边缘；缺口槽中间有一长6.5mm，宽为0.6mm的微带线7；PCB电路覆铜板2介质为FR4，介电常数为4.3，铜皮厚度为0.035mm；接口5的阻抗为50欧，容性匹配电路可以是pi型或者是T型，并联电路为0.537pF或者1pF，串联电容为1.5pF或者0.1pF。
当基带处理器件产生的信号经过由微带线7连接的容性匹配电路进入圆形缺口3产生谐振，显著的谐振电流沿着PCB电路覆铜板2的边缘流动从而产生辐射；通过调节容性匹配电路的电容值从而改变天线谐振的频率，实现了工作在不同频率的功能。
如图3所示为本发明新型移动设备天线谐振在频率为2.4GHz时的方向图，图中的坐标为极坐标，为2.4GHz频率下360°方向的增益曲线，增益最大值为2.15dB，未设置本发明天线结构的电路板在相同面积天线结构情况下增益是-1dB到1dB之间，由此可以看出本发明天线产生的辐射具有较好的辐射效率。
以上所述，仅是本发明在2.4GHz特定频率的较佳实例而已，并非对本发明做任何形式上的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上事例所做的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型移动设备天线，其特征在于：所述移动设备天线(1)包括PCB电路覆铜板(2)、微带线(6)和电容匹配电路，PCB电路覆铜板(2)上开有一缺口槽，缺口槽主要由圆形缺口(3)和矩形缝隙(4)组成，圆形缺口(3)经矩形缝隙(4)延伸到PCB电路覆铜板(2)边沿；微带线(6)主要由下部导体带(61)、上部导体带(62)以及位于导体带两侧的导体空隙组成，下部导体带(61)布置在圆形缺口(3)中，上部导体带(62)布置在PCB电路覆铜板(2)圆形缺口(3)位置，上部导体(62)和PCB电路覆铜板(2)之间设有作为微带线(6)导体空隙的间隙；微带线(6)经电容匹配电路和PCB电路覆铜板(2)连接；所述电容匹配电路包括接口(5)、第一电容(7)、第二电容(8)、第三电容(9)和第四电容(10)，下部导体带(61)靠近矩形缝隙(4)的一端的一侧通过0欧姆电阻与PCB电路覆铜板(2)的矩形缝隙(4)边沿连接，下部导体带(61)靠近矩形缝隙(4)的一端的另一侧经第一电容(7)与PCB电路覆铜板(2)的矩形缝隙(4)边沿相连，下部导体带(61)远离矩形缝隙(4)的一端经第三电容(9)后与上部导体带(62)连接，上部导体带(62)连接接口(5)，接口(5)布置在上导体带(62)沿轴线向上的位置，接口(5)连接到射频收发前端，第二电容(8)和第四电容(10)搭建在覆铜板(2)和微带线(6)之间。
2.根据权利要求1所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：所述的接口(5)连接到射频收发前端，射频收发前端与基带处理器件相连。
3.根据权利要求2所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：所述基带处理器件产生的信号经由射频收发前端发出后到达缺口槽，缺口槽等效电感与微带线连接的容性匹配电容组成的谐振电路在连通后产生谐振电流，电流因其连续性沿着PCB电路覆铜板(2)边缘外侧流动而形成有效的天线辐射效应。
4.根据权利要求1所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：通过调节所述电容匹配电路的电容值改变天线的工作频率，与PCB电路覆铜板(2)上所连接的射频收发前端实现良好的匹配，提高辐射效率。
5.根据权利要求1所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：所述缺口槽中，靠近PCB电路覆铜板(2)边缘处的缺口槽宽度小于靠近PCB电路覆铜板(2)中心处的缺口槽宽度。
6.根据权利要求1所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：所述的缺口槽边沿的总长度为天线工作波长的1/10。
7.根据权利要求1所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：通过改变所述缺口槽的尺寸和形状来应对不同的PCB板结构调整天线的匹配和辐射性能。
8.根据权利要求1所述的一种新型移动设备天线，其特征在于：所述天线支持WIFI、蓝牙、zigbee等ISM频段的无线应用。
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