CN109996388A - 一种pcb板和通信装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种PCB板和通信设备，该PCB板包括第一平面倒F天线和第一陷波器，其中，该第一陷波器的第一端与该第一平面倒F天线的馈电引脚电相连。本申请实施例的PCB板，通过将IFA天线的馈电引脚与陷波器相连，有助于将PCB地电流就近释放，从而有助于消除水平面的零点，提高用户体验。

Description

一种PCB板和通信装置
技术领域
本申请涉及电子设备领域，并且更具体地，涉及一种PCB板和通信装置。
背景技术
无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)是一种可以将个人电脑、手持设备(如pad、手机)等终端设备以无线方式互相连接的技术，Wi-Fi设备已经成为我们生活中不可或缺的设备，如何使Wi-Fi设备具有更好的性能体验，对Wi-Fi设备中天线的设计提出了新的要求。
在现有Wi-Fi设备的造型，一般存在立式和平放两种姿态，立式网关由于两侧高度不受限，可放置常规偶极子(dipole)天线，实现全向覆盖。平放姿态的无线访问接入点(Wireless Access Point，AP)或者终端设备，高度受限，常规的dipole天线无法放置，一般多用平面倒F天线(Inverted-F Antennas，IFA)形式天线，且由于印制电路板(PrintedCircuit Board，PCB)地电流影响，天线方向图存在较强方向性，水平面有较多零点，影响用户体验。如何消除这些零点，对天线设计者提出了新的挑战。
发明内容
本申请提供一种PCB板和通信装置，通过在馈电点附近引入陷波器(wavetrap)，有助于消除水平面的零点，从而提高用户体验。
第一方面，提供了一种PCB板，该PCB板包括第一平面倒F天线和第一陷波器，其中，该第一陷波器的第一端与该第一平面倒F天线的馈电引脚电相连。
在一些可能的实现方式中，该第一陷波器的第二端悬空。
本申请实施例的PCB板，通过将IFA天线的馈电引脚与陷波器相连，有助于将PCB地电流就近释放，从而有助于消除水平面的零点，提高用户体验。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一陷波器的第一端与开关的第一端相连，该开关的第二端与该第一平面倒F天线的馈电引脚相连。
本申请实施例的PCB板，通过在陷波器始端接开关，可以在需要达到IFA天线的全向特性时闭合开关，使得PCB地电流沿低阻抗区域释放；也可以在需要天线最大增益时，将该开关打开，从而实现开关切换控制。
在一些可能的实现方式中，该第一IFA天线的馈电引脚接开关的第一端，该开关的第二端接电感的第一端，该电感的第二端接该第一陷波器的第一端。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一陷波器的第一端与电感的第一端相连，该电感的第二端与该第一平面倒F天线的馈电引脚相连。
本申请实施例的PCB板，通过在陷波器的始端接电感，有助于实现陷波器的小型化。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一陷波器的第二端与电容的第一端相连，该电容的第二端接地。
本申请实施例的PCB板，通过在陷波器的末端接电容，有助于实现陷波器的小型化。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该PCB板还包括第二平面倒F天线和第二陷波器，该第二陷波器的第一端与该第二平面倒F天线的馈电引脚相连。
本申请实施例的PCB板，通过在两个IFA天线的馈电引脚分别连接陷波器，适用于2*2多输入多输出MIMO设备。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一平面倒F天线的馈电引脚与该第二平面倒F天线的馈电引脚的间距大于或者等于第一距离阈值。
本申请实施例的PCB板，PCB板上包括多个IFA天线时，任意两个IFA天线之间保持一定的距离，以保证两个IFA天线之间的隔离度。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一平面倒F天线的水平臂方向与该第一陷波器长度方向呈预定义角度。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一陷波器的长度是根据该第一平面倒F天线的工作频段确定的。
结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，该第一陷波器为分支结构或者立体结构。
第二方面，提供了一种通信装置，该通信装置包括第一方面及第一方面任一种可能的实现方式中的PCB板。
结合第二方面，在第二方面的某些可能的实现方式中，所述通信装置为终端设备。在一些可能的实现方式中，该通信装置为家庭网关设备。
附图说明
图1是本申请实施例的PCB板的实物图。
图2是本申请实施例的PCB板的示意图。
图3是IFA天线的S11曲线。
图4是2.45GHz处的PCB地电流分布。
图5是本申请实施例的IFA天线的水平面方向图。
图6是陷波器离地距离的平面示意图。
图7是本申请实施例的IFA天线的另一水平面方向图。
图8是本申请实施例的不同PCB板尺寸下的水平面方向图。
图9是本申请实施例的PCB板的平面示意图。
图10是本申请实施例的PCB板的另一平面示意图。
图11是本申请实施例的PCB板的再一平面示意图。
图12是本申请实施例的PCB板的另一实物图。
图13是本申请实施例的PCB板的再一实物图。
图14是两天线的S11/S21曲线。
图15是两天线的水平方向图。
图16是两天线的另一水平方向图
图17是本申请实施例的PCB板的另一示意图。
图18是本申请实施例的PCB板的再一示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请实施例的技术方案可以应用于平放姿态的Wi-Fi设备，还可以应用于其他小型终端产品上，如家庭网关、客户终端设备(Customer Premise Equipment，CPE)。
本申请实施例中的终端设备可以指用户设备、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置。终端设备还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(Session InitiationProtocol，SIP)电话、无线本地环路(Wireless Local Loop，WLL)站、个人数字处理(Personal Digital Assistant，PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备，未来5G网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(Public Land Mobile Network，PLMN)中的终端设备等，本申请实施例对此并不限定。
图1示出了根据本申请实施例的PCB板的实物图，如图1所示，该PCB板包括第一平面倒F天线和第一陷波器，其中，该第一陷波器的第一端与该第一平面倒F天线的馈电引脚电相连。
应理解，该第一陷波器的第一端可以与该第一平面倒F天线的馈电引脚焊接在一起，或者通过其他方式电连接。
还应理解，该第一陷波器的第二端可以悬空，或者，可以接电容的第一端，该电容的第二端接地。
还应理解，本申请实施例的陷波器还可以称为“伴生结构”，作用是将PCB板的地电流束缚起来。
还应理解，本申请实施例的PCB板，通过将馈电引脚和伴生结构相连，有助于将PCB地电流通过伴生结构将PCB板的地电流束缚起来。
具体而言，该PCB板包括普通的钢板插件IFA天线(一个插件是接地引脚(PIN)，另一个是信号馈电PIN)和陷波器构成，简单易实现。
应理解，该第一IFA天线和该第一陷波器可以印刷在该PCB板上，也可以焊接在该PCB板上，本申请对此并不做限定。
可选地，该陷波器的长度是根据所述第一平面倒F天线的频段确定的。
可选地，该陷波器的长度为四分之一波长。
例如，该陷波器的长度为四分之一波长，其中，波长的计算公式如下公式(1)所示：
其中，λ代表波长，υ代表光速，f代表IFA天线的工作频率。
图2示出了根据本申请实施例的PCB板的示意图，基于IFA天线的馈电引脚附近引入一段有效陷波器，IFA天线分支L1+L2＝L3(1/4波长)，控制PCB地电流分布，从而有助于改善IFA天线的全向特性。
下面以图2中陷波器离地距离为4mm(Wavetrap nearby with D＝4mm)，对本申请实施例的IFA天线的性能进行测试。
图2所示的空白部分为非导电区域，阴影部分为导电区域(陷波器除外)，“离地距离”指的是该陷波器与导电区域之间的非导电区域的长度。
图3示出了IFA天线的S11曲线(横坐标Frequency代表频率)，有图3可以看出，IFA天线可以工作在2.4-2.5GHz，天线的带宽较宽。
此处将该IFA的工作频率确定为2.5GHz，光速确定为3×108m/s，则可以得到波长为120mm，则该四分之一空气波长为30mm。
应理解，30mm为该陷波器的四分之一空气波长，介质波长是空气波长除以根号介电常数，普通PCB板介质为FR4，介电常数为4.4，则考虑四分之一介质波长为15mm。
图4示出了2.45GHz处的PCB地电流分布，从电流分布可以看出，四分之一波长的陷波器符合谐振结构原理，就近呈低阻抗状态，使PCB电流就近释放，削弱原本长边的电流分布，并且，四分之一波长的陷波器和IFA水平臂电流同向，可以产生横向偶极子的水平极化方向图，剩余IFA天线纵向分支，可以产生垂直偶极子的垂直极化方向图。
应理解，当该PCB板上的IFA天线馈电引脚附近无陷波器时，PCB板边沿会分布较多电流，从而导致水平面零点较多，IFA天线整体全向性差。
本申请实施例的PCB板，在IFA天线馈电引脚(近端电流最强处)附近引入陷波器，陷波器形成低阻抗区域，使得PCB板地电流沿低阻抗区域就近释放，削弱原本PCB板边沿的电流分布。并且，四分之一分支和IFA天线水平臂电流同向，产生横向偶极子的水平极化方向图，剩余IFA纵向分支产生垂直偶极子的垂直极化方向图，从而改善IFA天线的全向特性。
应理解，本申请实施例的PCB板，整个方案简单易实现，没有引入额外的成本。
图5示出了根据本申请实施例的IFA天线水平面(Horizontal Plane)方向图，如图5所示，最小增益可以达到-1.5dBi，相比于无陷波器(PCB板只包括IFA天线)提升了1.5dB，且水平面平均增益提升了2.2dB。
应理解，当该PCB板上的IFA天线馈电引脚附近无陷波器时，可以使用偶极子天线原理解释，不等长偶极子方向图受长臂牵引控制(PCB板边沿有较多电流)，最大增益在长臂方向，天线最大增益为5.6dBi，水平面最小增益为-3dBi，存在3个零点，整体全向性差。
上面结合图2至图5，对陷波器离地距离为4mm时IFA天线的性能进行了测试，下面结合图6和图7，对陷波器离地距离为8mm(Wavetrap nearby with D＝8mm)时IFA天线的性能进行测试。
图6示出了陷波器离地距离的平面示意图，如图6所示，该陷波器的离地距离D由图2中的4mm拉大到了8mm。
图7示出了根据本申请实施例的IFA天线的另一水平面方向图，如图7所示，离地距离从4mm拉大到8mm后，该IFA天线的全向性能更好。
图8示出了根据本申请实施例的不同PCB板尺寸下的水平面方向图，图8中以PCB板1(x＝250mm/y＝128mm)、PCB板2(x＝250mm/y＝200mm)和PCB板3(x＝180mm/y＝128mm)为例进行了说明，由图8可以看出，在增加陷波器后，IFA天线对PCB板的尺寸变得不再敏感，在不同尺寸的PCB板均可以保持较好的全向性能。
应理解，本申请实施例的陷波器在一定的范围内拉大离地距离，可以提高该IFA天线的整体全向性能，但是超过某一距离阈值后，该IFA天线的整体全向性能变化趋于平缓。
还应理解，本申请实施例的陷波器的离地距离和该IFA天线的尺寸(L1和L2)有关，对于不同尺寸的IFA天线，存在不同的最佳离地距离。
可选地，该第一陷波器的第一端与开关的第一端相连，该开关的第二端与该第一平面倒F天线的馈电引脚相连。
应理解，该第一陷波器的第一端和第二端相同，可以是该第一IFA天线的馈电引脚接开关的第一端，该开关的第二端接该第一陷波器的第二端，该第一陷波器的第一端悬空；或者，该第一陷波器的第一端接电容的第一端，该电容的第二端接地。
图9示出了根据本申请实施例的PCB板的平面示意图(图9中未示出IFA天线)，可以在该陷波器的始端接开关的始端，该开关的末端接该IFA天线的馈电引脚，从而实现开关切换控制。
本申请实施例的PCB板，在陷波器始端接开关，可以在需要达到IFA天线的全向特性时闭合开关，使得PCB地电流沿低阻抗区域释放；也可以在需要天线最大增益时，将该开关打开，从而实现开关切换控制。
可选地，该第一陷波器的第一端与电感的第一端相连，该电感的第二端与该第一平面倒F天线的馈电引脚相连。
图10示出了根据本申请实施例的PCB板的另一平面示意图(图10中未示出IFA天线)，可以在该陷波器的始端接电感的始端，该电感的末端接该IFA天线的馈电引脚。
应理解，加入电感后，可以减小该陷波器的尺寸，例如，在没有电感时，该陷波器的最佳长度为20mm，在加入电感后，该长度可以缩小为15mm，即可达到IFA天线的全向性能。
本申请实施例的PCB板，在陷波器的始端接电感，有助于实现陷波器的小型化。
可选地，该第一陷波器的第二端与电容的第一端相连，该电容的第二端接地。
图11示出了根据本申请实施例的PCB板的再一平面示意图(图11中未示出IFA天线)，可以在该陷波器的末端接电容的始端，该电容的末端接地。
应理解，加入电感和电容所要达到的效果一样，都是为了实现陷波器的小型化。
还应理解，图9、图10和图11中的三种结构可以任意组合，例如，该陷波器的始端可以同时接开关和电感，或者，同时在该陷波器的末端接电容。
可选地，该陷波器为立体结构。
图12示出了根据本申请实施例的PCB板的另一实物图。如图12所示，该陷波器为立体结构。
图13示出了根据本申请实施例的PCB板的再一实物图，如图13所示，该PCB板还包括第二平面倒F天线和第二陷波器，其中，该第二陷波器的第一端与该第二平面倒F天线的馈电引脚电相连，该第二陷波器的第二端接地。
具体而言，该PCB板在图1的基础上，从单天线变换成了双天线，适合2*2多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)设备。
应理解，该PCB板IFA天线的数量并不限于1个或者2个，可能还有更多的IFA天线和陷波器，在此不逐一列举。
可选地，所述第一平面倒F天线的馈电引脚与所述第二平面倒F天线的馈电引脚的间距大于或者等于第一距离阈值。
具体而言，PCB板上包括多个IFA天线时，任意两个IFA天线之间应该保持一定的距离，以保证两个IFA天线之间的隔离度。
图14示出了两天线的S11/S21曲线(S parameter代表S参数)，从图14中可以看出，两条天线可以覆盖2.4GHz，且隔离度大于14dBi，可满足使用。
图15示出了两天线的水平方向(Horizontal pattern)图，由图15可以看出，第一IFA天线和第二IFA天线均有较好的全向特性。
表1为两天线的性能测试结果，选取一款AP产品，PCB尺寸为180*125*1mm，Wi-Fi天线单体为钢片插件IFA形式，天线长度为25mm，高度为15mm。图16示出了根据本申请实施例的两天线的另一水平方向图，为了简便起见，该Wi-Fi天线选取单频模式，工作在2.4GHz。实测增益在3dBi，水平面最小增益在-2.86dBi，全向性较好。
表1两天线性能测试结果
应理解，表1中的效率为IFA天线输入能量与输出能量的比值，增益为3D增益。
还应理解，图5、图7、图8和图15的水平方向图为仿真结果图，图16所示的水平方向图为实物测试的水平方向图。
本申请实施例基于IFA天线的馈电引脚附近引入陷波器，就近呈现低阻抗状态，使PCB地电流就近释放，削弱原本长边的电流分布。陷波器和IFA水平臂电流同向，产生横向偶极子的水平极化方向图。剩余IFA纵向分支产生，垂直偶极子的垂直极化方向图；起到全向效果；整个方案简单已实现，没有引入额外成本。
图17示出了根据本申请实施例的PCB板的另一示意图，相比于图2，引入的陷波器为分支或者沟槽，其走向可以根据设计需求，可以与IFA水平臂相同，产生类偶极子全向特性；也可以控制其角度或者长度，使得呈现多极化特性。
图18示出了根据本申请实施例的PCB板的再一示意图，该陷波器可以通过弯曲、加载、三维立体和结构共形等手段，实现陷波器的小型化。
本申请实施例还提供了一种通信装置，该通信装置包括上述任意一种PCB板。
可选地，该通信装置为终端设备。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种PCB板，其特征在于，所述PCB板包括第一平面倒F天线和第一陷波器，其中，
所述第一陷波器的第一端与所述第一平面倒F天线的馈电引脚电相连。
2.根据权利要求1所述的PCB板，其特征在于，所述第一陷波器的第一端与开关的第一端相连，所述开关的第二端与所述第一平面倒F天线的馈电引脚相连。
3.根据权利要求1或2所述的PCB板，其特征在于，所述第一陷波器的第一端与电感的第一端相连，所述电感的第二端与所述第一平面倒F天线的馈电引脚相连。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述第一陷波器的第二端与电容的第一端相连，所述电容的第二端接地。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述PCB板还包括第二平面倒F天线和第二陷波器，所述第二陷波器的第一端与所述第二平面倒F天线的馈电引脚相连。
6.根据权利要求5所述的PCB板，其特征在于，所述第一平面倒F天线的馈电引脚与所述第二平面倒F天线的馈电引脚的间距大于或者等于第一距离阈值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述第一平面倒F天线的水平臂方向与所述第一陷波器长度方向呈预定义角度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述第一陷波器的长度是根据所述第一平面倒F天线的工作频段确定的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的PCB板，其特征在于，所述第一陷波器为分支结构或者立体结构。
10.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括如权利要求1-9中任一项所述的PCB板。
11.根据权利要求10所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置为终端设备。
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