CN108808236A - 应用于NB-IoT领域的小型半双工天线 - Google Patents

应用于NB-IoT领域的小型半双工天线 Download PDF

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Abstract

本发明为一种应用于NB‑IoT领域的小型半双工天线，包括由水平放置的FR‑4高频板构成的介质基板、以及竖直放置的FR‑4高频板，竖直放置的FR‑4高频板表面设置有金属走线构成辐射金属微带线、馈电用的同轴线、加载的电容、电感等；天线的辐射金属微带线为曲折结构，以降低天线的谐振频率，天线的金属微带线上加载有电容和电感，用来改变天线上的电流分布，电容可以直接改变天线的谐振频率，而且通过调节电感的大小可以调整天线的匹配情况。

Description

应用于NB-IoT领域的小型半双工天线
技术领域
本发明涉及通信天线的技术领域，具体的，其展示一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线。
背景技术
到了21世纪，由于物联网I0T（Internet of things）的迅速发展，在智能井盖、智能家居等方面急需进行无线通信的覆盖。
因此，有必要提供一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：
一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：包括由水平放置的FR-4高频板构成的介质基板、以及竖直放置的FR-4高频板，竖直放置的FR-4高频板表面设置有金属走线构成的辐射金属微带线、馈电用的同轴线、加载的电容、电感等；
天线的辐射金属微带线为曲折结构，以降低天线的谐振频率，天线的金属微带线上加载有电容和电感，用来改变天线上的电流分布，电容可以直接改变天线的谐振频率，而且通过调节电感的大小可以调整天线的匹配情况。
所述水平放置的FR-4高频板构成的介质基板构成地板，地板上均匀刻蚀金属化过孔。
进一步的，所述天线的馈线为在介质基板中间接的50欧姆同轴线，并且与介质基板垂直相接。
进一步的，所述天线介质基板正上方是挖空，可以放置金属屏蔽盒。
进一步的，所述天线上加载的电容值由天线的谐振频率以及带宽决定。
进一步的，所述天线在回地处有曲折结构，可以降低天线的谐振频率。
与现有技术相比，本发明利用w2和w3组成的弯折线部分实现并联电容加载，通过弯折线相互金属条之间的并联电容效应直接耦合，进行并联加载电容加载，达到降低谐振频点的目的。
附图说明
图1 是本发明应用于NB-IoT领域的小型半双工天线的3D结构示意图。
图2是本发明应用于NB-IoT天线起辐射作用的金属微带线示意图。
图3是本发明的介质基板的结构示意图。
图4是本发明的实施例的天线端口反射系数随频率变化的曲线。
图5是天线在不同的电容值的情况下端口的反射系数随频率的变化曲线。
图6是本发明的实施例的天线在有没有金属化过孔的反射系数对比曲线。
具体实施方式
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左端”、“右端”“上表面”、“下表面”、“左侧”、“右侧” 、“上侧”、“下侧”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不能认定为所指示的元件或者装置是特定的方位。
本发明的描述中，所给出的结构尺寸为优选参数，参照本发明的实施例，修改各个部件的参数可以进一步得到实际所需的性能。
实施例：
参照图1，本实施例展示应用于NB-IoT领域的小型半双工天线：
包括天线的介质基板1，由FR-4高频板制作；在介质基板1上刻蚀的金属化过孔2；馈电用的同轴线3，竖直放置的FR-4板4，在竖直放置的FR-4板4上刻蚀的金属微带线5，在馈电处附近的电感6，辐射金属微带线6与介质基板1连接处的电容7；
本实施例的介质基板1刻蚀有金属化通孔，可以降低天线的谐振频率；
本实施例天线的介质基板1和4是FR-4板，其介电常数为4.4，竖直放置的FR-4板和水平放置的FR-4板厚度分别是0.5mm和1mm；
本实施例的天线由50欧姆同轴线3的内芯与金属微带线相连；
本实施例的天线结构是类似于用在手机里面的PIFA（平面倒F天线）天线，在接地处的金属微带线设计成曲折结构，这可以方便地调整谐振频率；
本实施例天线的金属微带线为曲折结构，其长度与天线的谐振频率有关；
如图2所示，辐射微带金属线的长度W1是17~19mm，W2是12~14mm，W3是1~4mm，W4是7~11mm，W5是3~6mm，W6是2~6mm，
图3是介质基板的结构图，介质基板的长宽L和W7的都是15~20mm，孔间距D是3~8mm，过孔半径小于1mm；
图4是天线的反射系数S11随着频率变化的曲线，天线在402.5MHz到408.5MHz的反射系数都小于-10dB，
图5是电容变化的时候，天线的谐振频率随之变化的情况。在实际生产过程中，通过在7点处引入可变电容tuner。可以通过不改变天线整体结构和尺寸的情况下，改变可变电容的容值实现天线谐振频点的可调谐设计，可以让谐振频点出现从320MHz-425MHz的宽频点可调谐范围。这是本设计的很重要的创新点。
因为天线的的空间有限，在19mm*19mm*12mm以内。要在这么小的空间内实现馈电的平衡，要在适当的地方采用并联加载结构。
该天线是电小天线（电小天线是指最大几何尺寸远小于波长λ的天线），其实质就是一个带有少量辐射的电感或者电容器。电小天线的效率是和辐射电阻密切相关的。
发明中实现天线小型化的方法有串联电容，串联电容还可以方便地改变谐振频率；另外，在水平放置的介质基板上挖金属化过孔，相当于减小介质基板的介电常数，使得天线的谐振频率降低。这种方式可以不依靠固定介电常数的介质板。能够灵活的调节介质板的等效介电常数，达到灵活调节谐振频点的效果。
本发明方案的创新性是利用w2和w3组成的弯折线部分实现并联电容加载，一般而言，弯折线可以增加天线本体上电流的路径长度，能够达到移动频点的效果，但是本设计中的弯折线因为在距离天线本体很近，所以电流不会完整的绕着弯折线去流动，而是通过弯折线相互金属条之间的并联电容效应直接耦合，所以这种弯折线的设计本质上不是增加电流路径，而是进行并联加载电容加载，达到降低谐振频点的目的。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：包括由水平放置的FR-4高频板构成的介质基板、以及竖直放置的FR-4高频板，竖直放置的FR-4高频板表面设置有金属走线构成的辐射金属微带线、馈电用的同轴线、加载的电容、电感等；
天线的辐射金属微带线为曲折结构，以降低天线的谐振频率，天线的金属微带线上加载有电容和电感，用来改变天线上的电流分布，电容可以直接改变天线的谐振频率，而且通过调节电感的大小可以调整天线的匹配情况。
2.根据权利要求1所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：所述水平放置的FR-4高频板构成的介质基板构成地板。
3.根据权利要求2所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：地板上均匀刻蚀金属化过孔。
4.根据权利要求3所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：天线的馈线为在介质基板中间接的50欧姆同轴线。
5.根据权利要求4所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：天线的馈线与介质基板垂直相接。
6.根据权利要求5所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：介质基板正上方挖空。
7.根据权利要求6所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：介质基板的正上方挖空处设置有金属屏蔽盒。
8.根据权利要求7所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：天线上加载的电容的值由天线的谐振频率以及带宽决定。
9.根据权利要求8所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：天线在回地处有曲折结构，可以降低天线的谐振频率。
10.根据权利要求9所述的一种应用于NB-IoT领域的小型半双工天线，其特征在于：介质基板的长宽L和W7的都是15～20mm，孔间距D是3～8mm，过孔半径小于1mm。
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