CN111355028A - 双频pcb螺旋天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频PCB螺旋天线，其包括PCB介质基板、螺旋天线、匹配短路微带线和金属地，其中，所述螺旋天线、所述匹配短路微带线和所述金属地均设置于所述PCB介质基板上，所述匹配短路微带线的一端接金属地，所述匹配短路微带线的另一端接所述螺旋天线，所述螺旋天线包括设置于所述PCB介质基板正面的正面微带线和设置于所述PCB介质基板背面的背面微带线，所述正面微带线和所述背面微带线通过位于PCB介质基板上的金属过孔连接。本发明与现有的双频天线相比，尺寸小，成本低，效率高，易集成，加工简便。

Description

双频PCB螺旋天线
技术领域
本发明涉及一种PCB天线。
背景技术
天线是一种能量变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介中传播的电磁波，或者进行相反的变换。频率越低，波长越长，天线越长。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线，同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。比如，天线应用在无线设备上，将无线设备输出的电磁波信号传输出去或者将天线接收的电磁波信号传回无线设备。而天线选型、匹配、安装和调试这四个方面都会对通信效果产生的影响。
而无线通信设备若采用PCB(印刷电路板)天线，可大大降低生产成本和时间。螺旋天线采用微带形式集成在PCB上，可大大减小尺寸。但是现代通信的快速发展要求天线能在双频甚至多频下工作，由此需要一种双频PCB天线。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中PCB天线不能在双频模式下工作的缺陷，提供一种双频PCB螺旋天线。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种双频PCB螺旋天线，其特点在于，其包括PCB介质基板、螺旋天线、匹配短路微带线和金属地，其中，所述螺旋天线、所述匹配短路微带线和所述金属地均设置于所述PCB介质基板上，所述匹配短路微带线的一端接金属地，所述匹配短路微带线的另一端接所述螺旋天线，所述螺旋天线包括设置于所述PCB介质基板正面的正面微带线和设置于所述PCB介质基板背面的背面微带线，所述正面微带线和所述背面微带线通过位于PCB介质基板上的金属过孔连接。
优选地，所述正面微带线和所述背面微带线交错缠绕。
优选地，所述正面微带线和所述背面微带线均为螺旋状。
优选地，所述正面微带线的螺旋旋向和所述背面微带线的螺旋旋向相反。
优选地，所述正面微带线在所述PCB介质基板的正面呈多条平行线段排布，所述背面微带线在所述PCB介质基板的背面呈多条平行线段排布。
优选地，所述PCB介质基板的正面的多条平行线段之间的间距为1mm-5mm，和/或，所述PCB介质基板的背面的多条平行线段之间的间距为1mm-5mm。
优选地，所述螺旋天线的宽度为0.5mm-1.5mm。
优选地，所述匹配短路微带线的宽度为0.5mm-1.5mm。
优选地，所述金属过孔的高度为0.5mm-1.6mm。
优选地，所述螺旋天线与所述PCB介质基板的一侧边的夹角为10°～45°。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：常规天线在1/4波长处可产生谐振，对于RFID(射频识别)、小基站等频段，所需谐振长度较长，不易集成进PCB板，而将螺旋天线以缠绕微带线方式敷在PCB介质基板上，可大大降低尺寸。而以交错缠绕的方式设计螺旋天线，可以激励出两个谐振模式，从而形成双频谐振。将螺旋天线集成到PCB电路板上时，降低了它的高度，同时增加了天线的容性，为了保证天线的谐振特性，在馈电端接上一节微带线，另一端与地相连，该短路微带线可以等效成电感，从而改善了输入阻抗的匹配。
附图说明
图1为本发明一实施例的双频PCB螺旋天线的立体示意图。
图2为图1的双频PCB螺旋天线的正面示意图。
图3为图1的双频PCB螺旋天线的背面示意图。
图4为本发明另一实施例的双频PCB螺旋天线的回波损耗仿真效果示意图。
图5为图4实施例的双频PCB螺旋天线的在低频915MHz增益方向仿真示意图。
图6为图4实施例的双频PCB螺旋天线的在高频1900MHz增益方向仿真示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参考图1-图3，本发明一实施例的双频PCB螺旋天线，其包括PCB介质基板3、螺旋天线1、匹配短路微带线2和金属地4，其中，所述螺旋天线1、所述匹配短路微带线2和所述金属地4均设置于所述PCB介质基板3上，所述匹配短路微带线2的一端接金属地4，所述匹配短路微带线2的另一端接所述螺旋天线1，所述螺旋天线1包括设置于所述PCB介质基板3正面的正面微带线11和设置于所述PCB介质基板3背面的背面微带线12，所述正面微带线和所述背面微带线通过位于PCB介质基板上的金属过孔5连接。为了保证天线的谐振特性，在馈电端6接上一节匹配短路微带线，另一端与地相连，该匹配短路微带线可以等效成电感，从而改善了输入阻抗的匹配。
其中，所述正面微带线和所述背面微带线交错缠绕。所述正面微带线和所述背面微带线均为螺旋状。所述正面微带线的螺旋旋向和所述背面微带线的螺旋旋向相反。
参考图2和图3，所述正面微带线在所述PCB介质基板的正面呈多条平行线段排布，所述背面微带线在所述PCB介质基板的背面呈多条平行线段排布。
下面通过具体实施例，结合仿真结果，进一步介绍本发明的技术方案。
(1)双频PCB螺旋天线，天线长22mm，宽5.5mm，螺旋天线的微带线宽1mm，微带线距3mm，匹配短路微带线长5mm，线宽1mm，其回波损耗仿真结果如图4所示(采用电磁仿真软件HFSS仿真获得，横坐标：频率f(GHz),纵坐标回波损耗(dB))，-6dB带宽分别为904～934MHz，1680～2170MHz。
(2)双频PCB螺旋天线，天线长22mm，宽5.5mm，螺旋天线的微带线宽1mm，微带线距3mm，匹配短路微带线长5mm，线宽1mm，其在低频915MHz增益方向图仿真结果如图5所示，辐射对称且良好的法向模。其中，图5为总增益GainTotal随旋转角theta变化的极坐标图；Phi指方位角；Gaintotal为总增益。实线表示GainTotal(Phi＝0°)，虚线表示GainTotal(Phi＝90°)。
(3)双频PCB螺旋天线，天线长22mm，宽5.5mm，微带线宽1mm，微带线距3mm，匹配短路微带线长5mm，线宽1mm，在高频1900MHz其增益方向图仿真结果如图6所示，也辐射出对称且良好的法向模。实线表示GainTotal(Phi＝0°)，虚线表示GainTotal(Phi＝90°)。
本发明与现有的双频天线相比，尺寸小，成本低，效率高，易集成，加工简便。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双频PCB螺旋天线，其特征在于，其包括PCB介质基板、螺旋天线、匹配短路微带线和金属地，其中，所述螺旋天线、所述匹配短路微带线和所述金属地均设置于所述PCB介质基板上，所述匹配短路微带线的一端接金属地，所述匹配短路微带线的另一端接所述螺旋天线，所述螺旋天线包括设置于所述PCB介质基板正面的正面微带线和设置于所述PCB介质基板背面的背面微带线，所述正面微带线和所述背面微带线通过位于PCB介质基板上的金属过孔连接。
2.如权利要求1所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述正面微带线和所述背面微带线交错缠绕。
3.如权利要求1所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述正面微带线和所述背面微带线均为螺旋状。
4.如权利要求3所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述正面微带线的螺旋旋向和所述背面微带线的螺旋旋向相反。
5.如权利要求3所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述正面微带线在所述PCB介质基板的正面呈多条平行线段排布，所述背面微带线在所述PCB介质基板的背面呈多条平行线段排布。
6.如权利要求5所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述PCB介质基板的正面的多条平行线段之间的间距为1mm-5mm，和/或，所述PCB介质基板的背面的多条平行线段之间的间距为1mm-5mm。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述螺旋天线的宽度为0.5mm-1.5mm。
8.如权利要求1-6中任意一项所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述匹配短路微带线的宽度为0.5mm-1.5mm。
9.如权利要求1-6中任意一项所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述金属过孔的高度为0.5mm-1.6mm。
10.如权利要求1-6中任意一项所述的双频PCB螺旋天线，其特征在于，所述螺旋天线与所述PCB介质基板的一侧边的夹角为10°～45°。
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