CN112038770B - 双频天线的制作方法、装置及其计算机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双频天线的制作方法、装置及其计算机设备，其中方法包括：获取待制作的双频天线所对应的两个频段；根据频段和基板的介电常数计算双频天线的尺寸；判断双频天线的长度是否大于基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；若大于，则获取双频天线设置长度极值，根据双频天线设置长度极值设置第一频段的初始双频天线长度，并在双频天线设计区域内预留设置区域。本发明的有益效果：通过获取双频天线的频段计算出对应的双频天线尺寸，并根据双频天线设计区域的大小，合理设置双频天线的形状，使板载天线可以适用双频天线，具有双频天线的性能。

Description

双频天线的制作方法、装置及其计算机设备
技术领域
本发明涉及通讯领域，特别涉及一种双频天线的制作方法、装置及其计算机设备。
背景技术
随着网络时代的高速发展，无线终端越来越多样化，市场竞争越来越大，外接双频天线不仅增加了成本，并且有时也会影响到产品的美观。因此PCB板载天线应势而生，目前市面上常用的板载天线基本都为单频天线，并且效率极低；随着新技术应用推广，这种单频板载天线已经不能满足市场的需求。且外接双频天线成本较高，对机壳结构有要求，板载天线只适用于单一频段并且效率较低，因此，亟需一种双频天线的制作方法。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种双频天线的制作方法、装置及其计算机设备，旨在解决现有的板载天线只适用于单一频段的问题。
本发明提供了一种双频天线的制作方法，包括：
获取待制作的双频天线所对应的两个频段；
根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸，所述尺寸至少包括所述双频天线的长度和宽度；
判断所述双频天线的长度是否大于所述基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；
若大于，则根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段。
进一步地，所述根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸的步骤，包括：
根据所述双频天线的两个频段计算各自基准中心频点对应的波长λ1和λ2，其中波长λ1和λ2为大于0的常数；
根据公式m=λ/4和公式
Figure 107368DEST_PATH_IMAGE002
分别计算出对应波长λ1和λ2的双频天线分段长度L1和L2，其中ε为所述介电常数且为大于1的常数，为所述基准中心频点对应的波长；
根据公式L=L1+L2得到所述双频天线的长度。
进一步地，所述双频天线用于与外部电路连接，用于电讯号的交互，所述双频天线与所述外部电路之间还设置有匹配电路，所述根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分的步骤之后，还包括：
根据双频天线的频段以及射频通讯标准获取对应的标准天线阻抗匹配；
检测当前天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值是否在预设范围内；
若否，则调整所述匹配电路中的电阻和/或电容的值，使调整后的天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值在预设范围内。
进一步地，所述基板的双频天线设计区域为矩形，所述根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸的步骤，包括：
获取所述基板的板厚；
根据所述板厚设定所述双频天线的基准宽度，所述基准宽度表示所述双频天线的宽度初始设计值。
进一步地，所述根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分的步骤之后，还包括：
将所述设置区域内所述双频天线的宽度以及对应第二频段的双频天线的宽度均设置为两倍所述基准宽度；其中所述第二频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较短的频段。
进一步地，所述基板的双频天线设计区域为矩形，所述根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸的步骤，包括：
获取矩形的宽度；
将所述矩形的宽度减去预留的板边长度作为所述双频天线的高度。
进一步地，所述根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分的步骤之后，还包括：
将所述双频天线的尺寸和形状参数输入至三维结构电磁场仿真软件，以建立三维仿真模型；
检测所述三维仿真模型是否满足双频天线的性能要求；
若否，则根据所述三维仿真模型对应的仿真示意图中的两个谐振点，对应调整双频天线的的尺寸和/或形状参数。
本发明还提供了一种双频天线结构，包括：
双频天线，根据上述所述的双频天线的制作方法中的双频天线参数制得；
基板，所述基板上设有双频天线设计区域，所述双频天线设计区域用于容纳所述双频天线；所述双频天线与所述基板内的电路共板。
本发明还提供了一种双频天线的设计装置，包括：
频段获取模块，用于获获取待制作的双频天线所对应的两个频段；
尺寸计算模块，用于根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸，所述尺寸至少包括所述双频天线的长度和宽度；
长度判断模块，用于判断所述双频天线的长度是否大于所述基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；
弯折模块，用于当所述双频天线的长度大于所述双频天线设置长度极值时，根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段。
本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的双频天线的制作方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的双频天线的制作方法的步骤。
本发明的有益效果：通过获取双频天线的频段计算出对应的双频天线尺寸，并根据基板的双频天线设计区域的大小，合理设置双频天线的形状，使板载天线可以适用2个频段，具有双频天线的性能。并在基板的设计区域内不能容纳总长度的双频天线时，将对应的两个频段中波长较长的部分双频天线弯曲，使其置于预留设置区域内，保证了在不影响使用的前提下，制作出来的双频天线也可以适应较小的PCB基板，使双频天线的应用场景更广。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种双频天线的制作方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例的一种双频天线结构的结构示意图；
图3是本发明一实施例的一种双频天线的回波损耗图；
图4是本发明一实施例的一种双频天线的制作装置的结构框图；
图5为本发明的存储介质一实施例的结构框图；
图6为本发明的计算机设备一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后等）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1，本发明提出一种双频天线的制作方法，包括：
S1：获取待制作的双频天线所对应的两个频段；
S2：根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸，所述尺寸至少包括所述双频天线的长度和宽度；
S3：判断所述双频天线的长度是否大于所述基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；
S4：若大于，则根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段。
需要说明的是，本文以5G（5.500GHz）频段和2.4G（2.442GHz）频段为例进行说明，但不仅限于5G频段和2.4G频段，可以是任意的频段进行组合。
如上述步骤S1所述，获取双频天线的频段，实际是获取技术人员所需要设计的频段，例如为5G频段和2.4G频段，即这个数据是由技术人员进行输入的，输入的方法可以是事先录入了各个频段的参数（例如频率、波长、基准中心频点等），然后根据设计选取对应的频段即可。
如上述步骤S2所述，根据频段可以计算出双频天线的长度，具体地，双频天线的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，才可以作为双频天线使用；因为可以实现将双频天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。本实施例中的双频天线有两个中心频率点，即需要两个谐振点。以5G频段和2.4G频段为例，在2.4G频段中选择2.442GHz 为基准中心频点；在5G频段中选择5.500GHz为基准中心频点；则基准中心频点对应的波长为λ（波长）=V（光速）/f（需要的频率），即：2.442GHz的基准中心频点对应的波长：λ（m）=300,000,000/2442（MHz）≈122mm ; 5.500GHz的基准中心频点对应的波长：λ（m）=300,000,000/5500（MHz）≈54mm。需要注意的是，板载天线通常使用的是单极子天线，因为设计空间有限，只能设计成单极子天线，且单极子天线的长度通常只需要四分之一个波长，占用的空间较小，是设计空间有限的最优选择；如果是偶极子天线，则偶极子天线的长度一般采用半个波长或者一个波长。因此在2.4G频段中对应的双频天线长度为：m1=λ/4≈30mm；在5G频段中对应的双频天线长度为：m2=λ/4≈13mm，单极子天线的双频天线分段长度m=m1+m2。双频天线的实际长度还会受到介电常数的影响，介电常数与板材有关，假设其中介电常数为4.4，当双频天线完全处于介质中时，其波长为：2.4G频段的双频天线设计长度L1=30mm /（4.40.5）≈15mm；5G频段的双频天线长度L2=13 mm/（4.40.5）≈6.5mm，双频天线设计长度L=L1+L2。
如上述步骤S3-S4所述，结合双频天线设计区域，设计双频天线的基本形状；假设本双频天线设计区域大小为（长）19.1mm×（宽）5mm。根据上述公式计算所得：5G双频天线长度+2.4G双频天线长度理论上应为L=6.5mm+15mm=21.5mm；实际计算得出的双频天线长度已经超出了基板上的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值。因此在设计双频天线形状的时候需要弯折双频天线来满足长度上的要求；因为双频天线长度决定了谐振点的频点位置。从整体设计上考虑，因为2.4GHz频段的波长相对5G频段的波长较长，所以相对5G频段信号来说，2.4G讯号在介质传播中抗干扰能力更强；因此本设计首先考虑弯折2.4G频段的双频天线，应当理解的是，为了保证双频天线的辐射效率，一般而言，净空区域越大辐射效率越高，故而弯折点的设计应尽可能的贴近基板的双频天线设计区域边缘，即若双频天线设计区域大小为（长）19.1mm×（宽）5mm，则除去两边预留的板边长0.3mm后，双频天线未弯折部分双频天线的长度（初始双频天线长度）优选为18.5mm，且弯折的角度优选为90°，因为若小于90°，则超出了基板的双频天线设计区域，若大于90°，其净空区域比弯折90°都要小，故而优选弯折90°，因此预留的设置区域优选在双频天线的末端弯折90°的位置。
本实施例中，上述步骤S2，包括：
S201：根据所述双频天线的两个频段计算各自基准中心频点对应的波长λ1和λ2，其中波长λ1和λ2为大于0的常数；
S202：根据公式m=λ/4和公式
Figure 57744DEST_PATH_IMAGE004
分别计算出对应波长λ1和λ2的双频天线分段长度L1和L2，其中ε为所述介电常数且为大于1的常数，为所述基准中心频点对应的波长；
S203：根据公式L=L1+L2得到所述双频天线的长度。
如上述步骤S201-S203所述，分别计算两个频段内双频天线的基准中心频点所对应的波长λ1和λ2，然后根据m=λ/4计算出双频天线分段长度m1和m2，再根据所述介电常数ε以及公式
Figure 656216DEST_PATH_IMAGE004
计算出对应的双频天线设计长度L1和L2，双频天线设计总长度L=L1+L2。
本实施例中，所述双频天线用于与外部电路连接，用于电讯号的交互，所述双频天线与所述外部电路之间还设置有匹配电路，上述步骤S4之后，还包括：
S51：根据双频天线的频段以及射频通讯标准获取对应的标准天线阻抗匹配；
S52：检测当前天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值是否在预设范围内；
S53：若否，则调整所述匹配电路中的电阻和/或电容的值，使调整后的天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值在预设范围内。
参照图2，如上述步骤S51-S53所述，根据双频天线的频段以及射频通讯标准，可以得到对应的标准天线阻抗匹配；双频天线的频段以5G和2.4G为例，其对应的标准天线阻抗匹配为50欧姆，检测当前的天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值是否在预设范围内；该预设范围为事先根据不影响双频天线性能所确定的范围，即当前的天线阻抗匹配不应相差标准天线阻抗匹配太多，以免改变谐振点的位置，使双频天线发挥不出最佳性能。若是不在预设范围内，则可以通过匹配电路调整参数进行调控，具体地，匹配电路可以是π型的匹配电路，由两个电容和一个电感构成，其中电感串联在双频天线与外部电路之间，两个电容分别设置在电感两侧，并与外部电路并联。检测时， C2、C1不上件，L1用0R电阻。当实际的天线阻抗匹配与标准天线阻抗匹配的差值不在预设范围内时，在不改板的情况下可以利用这调整位置的元件来实现50欧姆的天线阻抗匹配，从而改变谐振点的位置；使双频天线发挥出最佳性能。调整的方式可以是，根据当前的天线阻抗匹配不断调整个元件的参数，使调整后的天线阻抗匹配与标准天线阻抗匹配的差值在预设范围内。
本实施例中，所述基板的双频天线设计区域为矩形，上述步骤S2，包括：
S211：获取所述基板的板厚；
S212：根据所述板厚设定所述双频天线的基准宽度，所述基准宽度表示所述双频天线的宽度初始设计值。
如上述步骤S211-S212所述，天线宽度一般受基板的板层堆栈的影响比较大；不同的基板厚度M给FR4基板提供了相应的W（双频天线的基准宽度），一般设置基准宽度为板厚的三分之一至三分之二之间任意一值，为了便于计算一般取整值，例如，可以设置为W=[M/2]，其中[M/2]表示离M/2最近的整值，整值的设定可以根据实际情况设置，例如以毫米（mm）作为单位时，双频天线的宽度一般为零点几毫米，故而可以将整值定义为以毫米为单位的小数点后一位为整值，即保留小数点后一位数。后边再导入三维结构电磁场仿真软件中进行相应的调整。三维结构电磁场仿真软件例如可以是高频结构仿真（High FrequencyStructure Simulator，HFSS）软件。
本实施例中，上述步骤S4之后，还包括：
S511：将所述设置区域内所述双频天线的宽度以及对应第二频段的双频天线的宽度均设置为两倍所述基准宽度；其中所述第二频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较短的频段。
如上述步骤S511所述，将设置区域内双频天线的宽度设置为两倍基准宽度；设置区域内的部分双频天线因为能够弯折的长度空间有限，离GND（公共端）平面也很近，因此预设线宽为两倍所述基准宽度以达到增加有效辐射面积的效果。波长较短的频段的部分的双频天线长度因为受空间结构的影响，达不到理论上的长度值，但弯折双频天线有一段微带线离平面会很近，会导致波长较短的频段的双频天线部分效率变差。因此波长较短的频段的部分双频天线的线宽预设也采用为两倍所述基准宽度，等效于两根为两倍基准宽度的线宽折叠。
本实施例中，所述基板的双频天线设计区域为矩形，上述步骤S2，包括：
S221：获取矩形的宽度；
S222：将所述矩形的宽度减去预留的板边长度作为所述双频天线的高度。
如上述步骤S221-S222所述，对于双频天线来说频带越宽越好，适应性强，效率也越高；一般而言，系统都具有截止频率（是指一个系统的输出信号能量开始大幅下降的边界频率），系统对频率高于截止频率的信号具有过滤的功能，而对于频率低于截止频率的信号则可直接通过或略有衰减。从复现输入信号的角度来说，常要求带宽大一些，它相应于较小的上升时间和较快的响应速度。但从抑制高频噪声的角度来看，则带宽不宜太大。因此确定带宽需要全面考虑。
但是对于抑制高频或者低频噪声则靠板上的匹配电路来实现，往往会加滤波器或者用分立元件来搭建滤波器来实现这个目标。因此，此处设计的高度越高越好。而预留的板边长度则是为了防止基板需要分板的时候，切伤到双频天线微带线。
本实施例中，上述步骤S4之后，还包括：
S521：将所述双频天线的尺寸和形状参数输入至三维结构电磁场仿真软件建立三维仿真模型；
S522：检测所述三维仿真模型是否满足双频天线的性能要求；
S523：若否，则根据所述三维仿真模型对应的仿真示意图中的两个谐振点，对应调整双频天线的尺寸和/或形状参数。
如上述步骤S521-S523所述，在HFSS内输入设计的形状参数和尺寸进行检测，HFSS会根据输入的参数生成仿真数据图，从图中可以判断对应的使用频段是否在有效带宽内，若否，则可以修改双频天线的尺寸和/或形状参数进行优化，例如调整双频天线的长度、宽度、弯曲点以及弯曲角度等（一般只调整长度和宽度），具体调整的方式为在HFSS内进行调整，调整过程中可以参照仿真数据图中的数据进行调整。若在，则符合设计要求。设计完成后，可以用PDAS 等工具按照HFSS仿真的模型设计成Layout；然后洗板打样。最后可以使用网络分析仪实际量测驻波比等参数判断是否与仿真结果一致，是否满足设计需求。
在一具体地实施例中，可以通过网络分析仪实际量测回波损耗S11（S11=反射功率/入射功率）、驻波比等参数，例如参照图3，图3为根据上述方法设计的双频天线，所测量的回波损耗，可见在回波损耗图中出现了两个谐振点，该谐振点也分别位于5GHz和2.4GHz对应的谐振点上，说明设计的双频天线是符合要求的。如果谐振点偏离带宽区域，则通过改变C2、L1、C1的值来调整。按照设计流程调试结果初步确认后，可以去实验室扫描相关无源参数，如双频天线场型、增益、效率等，进行进一步确认。本双频天线预设形状结构，通过HFSS仿真与仪器实测各项指标符合设计目标无需再调整；可以应用于实际产品中，如网络摄像机（IP Camera、IPC）、互联网电视(Over The Top、OTT)、物联网(Internet Of Things、iot)等产品类型。
参照图2，本发明还提供了一种双频天线结构，包括：
双频天线，根据上述所述的双频天线的制作方法中的双频天线参数制得；
基板，所述基板上设有双频天线设计区域，所述双频天线设计区域用于容纳所述双频天线；所述双频天线与所述基板内的电路共板。
本实施例中，在获取到双频天线的参数（长度，宽度，带宽，弯折点，弯折角度）后，可以通过HFSS建立三维仿真模型，再通过PDAS等工具将三维仿真模型设置成Layout，然后洗板打样，制得双频天线结构，后续再通过其他仪器（如网络分析仪）检测相关参数，进行进一步确认，若可以，则可以根据获取到的双频天线参数批量生产双频天线结构。
参照图4，本申请还提供了一种双频天线的制作装置，包括：
频段获取模块10，用于获取待制作的双频天线所对应的两个频段；
尺寸计算模块20，用于根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸，所述尺寸至少包括所述双频天线的长度和宽度；
长度判断模块30，判断所述双频天线的长度是否大于所述基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；
弯折模块40，用于当所述双频天线的长度大于所述双频天线设置长度极值时，根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线在第一频段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段。
需要说明的是，本文以5G（5.500GHz）频段和2.4G（2.442GHz）频段为例进行说明，但不仅限于5G频段和2.4G频段，可以是任意的频段进行组合。
通过频段获取模块10获取双频天线的频段，实际是获取技术人员所需要设计的频段，例如为5G频段和2.4G频段，即这个数据是由技术人员进行输入的，输入的方法可以是事先录入了各个频段的参数（例如频率、波长、基准中心频点等），然后根据设计选取对应的频段即可。
尺寸计算模块20根据频段可以计算出双频天线的长度，具体地，双频天线的长度与信号波长成特定比例或整数倍时，才可以作为双频天线使用；因为可以实现将双频天线的电能被发射到空间内，所以该条件被称为“谐振”。本实施例中的双频天线为双频天线，有两个中心频率点，即需要两个谐振点。以5G频段和2.4G频段为例，在2.4G频段中选择2.442GHz 为基准中心频点；在5GHz 频段中选择5.500GHz为基准中心频点；则基准中心频点对应的波长为λ（波长）=V（光速）/f（需要的频率），即：2.442GHz的基准中心频点对应的波长：λ（m）=300,000,000/2442（MHz）≈122mm ; 5.500GHz的基准中心频点对应的波长：λ（m）=300,000,000/5500（MHz）≈54mm。需要注意的是，板载天线通常使用的是单极子天线，因为设计空间有限，只能设计成单极子天线，且单极子天线的长度通常只需要四分之一个波长，占用的空间较小，是设计空间有限的最优选择；如果是偶极子天线，则偶极子天线的长度一般采用半个波长或者一个波长。因此在2.4G频段中对应的双频天线长度为：m1=λ/4≈30mm；在5G频段中对应的双频天线长度为：m2=λ/4≈13mm，单极子天线的双频天线分段长度m=m1+m2。双频天线的实际长度还会受到介电常数的影响，介电常数与板材有关，假设其中介电常数为4.4，当双频天线完全处于介质中时，其波长为：2.4G频段的双频天线设计长度L1=30mm/（4.40.5）≈15mm；5G频段的双频天线长度L2=13 mm/（4.40.5）≈6.5mm，双频天线设计长度L=L1+L2。
结合双频天线设计区域，设计双频天线的基本形状；假设本双频天线设计区域大小为（长）19.1mm×（宽）5mm。根据上述公式计算所得：5G双频天线长度+2.4G双频天线长度理论上应为L=6.5mm+15mm=21.5mm；实际计算得出的双频天线长度已经超出了基板上的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值。因此在设计双频天线形状的时候需要弯折双频天线来满足长度上的要求；因为双频天线长度决定了谐振点的频点位置。从整体设计上考虑，因为2.4GHz 频段的波长相对5G频段的波长较长，所以相对5G 频段信号来说，2.4G讯号在介质传播中抗干扰能力更强；因此本设计首先考虑弯折2.4G频段的双频天线，应当理解的是，为了保证双频天线的辐射效率，一般而言，净空区域越大辐射效率越高，故而弯折点的设计应尽可能的贴近基板的双频天线设计区域边缘，即若双频天线设计区域大小为（长）19.1mm×（宽）5mm，则除去两边预留的板边长0.3mm后，双频天线未弯折部分双频天线的长度（初始双频天线长度）优选为18.5mm，且弯折的角度优选为90°，因为若小于90°，则超出了基板的双频天线设计区域，若大于90°，其净空区域比弯折90°都要小，故而优选弯折90°，因此预留的设置区域优选在双频天线的末端弯折90°的位置。
本实施例中，尺寸计算模块20，包括：
波长计算子模块，用于根据所述双频天线的两个频段计算各自基准中心频点对应的波长λ1和λ2，其中波长λ1和λ2为大于0的常数；
双频天线分段长度计算模块，用于根据公式m=λ/4和公式
Figure 142692DEST_PATH_IMAGE004
分别计算出对应波长λ1和λ2的双频天线分段长度L1和L2，其中ε为所述介电常数且为大于1的常数，为所述基准中心频点对应的波长；
长度计算模块，用于根据公式L=L1+L2得到所述双频天线的长度。
计算两个频段的波长λ1和λ2，然后根据m=λ/4计算出双频天线分段长度m1和m2，再根据所述介电常数ε以及公式L=m⁄ε^0.5 计算出对应的双频天线设计长度L1和L2，双频天线设计总长度L=L1+L2。
本实施例中，所述双频天线用于与外部电路连接，用于电讯号的交互，所述双频天线与所述外部电路之间还设置有匹配电路，双频天线的设计装置，还包括：
标准天线阻抗匹配获取模块，用于根据双频天线的频段以及射频通讯标准获取对应的标准天线阻抗匹配；
阻抗匹配检测模块，用于检测当前天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值是否在预设范围内；
匹配电路参数调整模块，用于若不在预设范围内，则调整所述匹配电路中的电阻和/或电容的值，使调整后的天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值在预设范围内。
参照图2，根据双频天线的频段以及射频通讯标准，可以得到对应的标准天线阻抗匹配；双频天线的频段以5G和2.4G为例，其对应的标准天线阻抗匹配为50欧姆，检测当前的天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值是否在预设范围内；该预设范围为事先根据不影响双频天线性能所确定的范围，即当前的天线阻抗匹配不应相差标准天线阻抗匹配太多，以免改变谐振点的位置，使双频天线发挥不出最佳性能。若是不在预设范围内，则可以通过匹配电路调整参数进行调控，具体地，匹配电路可以是π型的匹配电路，由两个电容和一个电感构成，其中电感串联在双频天线与外部电路之间，两个电容分别设置在电感两侧，并与外部电路并联。检测时，C2、C1不上件，L1用0R电阻。当实际的天线阻抗匹配与标准天线阻抗匹配的差值不在预设范围内时，在不改板的情况下可以利用这调整位置的元件来实现50欧姆的天线阻抗匹配，从而改变谐振点的位置；使双频天线发挥出最佳性能。调整的方式可以是，根据当前的天线阻抗匹配不断调整个元件的参数，使调整后的天线阻抗匹配与标准天线阻抗匹配的差值在预设范围内。
本实施例中，所述基板的双频天线设计区域为矩形，尺寸计算模块20，包括：
基板厚度获取子模块，用于获取所述基板的板厚；
基准宽度设定模块，用于根据所述板厚设定所述双频天线的基准宽度，所述基准宽度表示所述双频天线的宽度初始设计值。
天线宽度一般受基板的板层堆栈的影响比较大；不同的基板厚度M给FR4基板提供了相应的W（双频天线的基准宽度），一般设置基准宽度为板厚的三分之一至三分之二之间任意一值，为了便于计算一般取整值，例如，可以设置为W=[M/2]，其中[M/2]表示离M/2最近的整值，整值的设定可以根据实际情况设置，例如以毫米（mm）作为单位时，双频天线的宽度一般为零点几毫米，故而可以将整值定义为以毫米为单位的小数点后一位为整值，即保留小数点后一位数。后边再导入三维结构电磁场仿真软件中进行相应的调整。三维结构电磁场仿真软件例如可以是高频结构仿真（High Frequency Structure Simulator，HFSS）软件。
本实施例中，双频天线的设计装置，还包括：
天线宽度设定子模块，用于将所述设置区域内所述双频天线的宽度以及对应第二频段的双频天线的宽度均设置为两倍所述基准宽度；其中所述第二频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较短的频段。
将设置区域内双频天线的宽度设置为两倍基准宽度；设置区域内的部分双频天线因为能够弯折的长度空间有限，离GND（公共端）平面也很近，因此预设线宽为两倍所述基准宽度以达到增加有效辐射面积的效果。波长较短的频段的部分的双频天线长度因为受空间结构的影响，达不到理论上的长度值，但弯折双频天线有一段微带线离平面会很近，会导致波长较短的频段的双频天线部分效率变差。因此波长较短的频段的部分双频天线的线宽预设也采用为两倍所述基准宽度,等效于两根为两倍基准宽度的线宽折叠。
本实施例中，所述基板的双频天线设计区域为矩形，尺寸计算模块20，包括：
矩形宽度获取子模块，用于获取矩形的宽度；
高度计算子模块，用于将所述矩形的宽度减去预留的板边长度作为所述双频天线的高度。
对于双频天线来说频带越宽越好，适应性强，效率也越高；一般而言，系统都具有截止频率（是指一个系统的输出信号能量开始大幅下降的边界频率），系统对频率高于截止频率的信号具有过滤的功能，而对于频率低于截止频率的信号则可直接通过或略有衰减。从复现输入信号的角度来说，常要求带宽大一些，它相应于较小的上升时间和较快的响应速度。但从抑制高频噪声的角度来看，则带宽不宜太大。因此确定带宽需要全面考虑。但是对于抑制高频或者低频噪声则靠板上的下一级RF Trace匹配电路来实现，往往会加滤波器或者用分立元件来搭建滤波器来实现这个目标。因此，此处设计的高度越宽越好。而预留的板边长度则是为了防止基板需要分板的时候，切伤到双频天线微带线。
本实施例中，双频天线的设计装置，还包括：
三维仿真模型建立模块，用于将所述双频天线的尺寸和弯曲形状参数输入至三维结构电磁场仿真软件建立三维仿真模型；
性能检测模块，用于检测所述三维仿真模型是否满足双频天线的性能要求；
双频天线参数调整模块，用于若不满足双频天线的性能要求，则根据所述三维仿真模型对应的仿真示意图中的两个谐振点，对应调整双频天线的的尺寸和/或形状参数。
在HFSS内输入设计的形状参数和尺寸进行检测，HFSS会根据输入的参数生成仿真数据图，从图中可以判断对应的使用频段是否在有效带宽内，若否，则可以修改双频天线的的尺寸和/或形状参数进行优化，例如调整双频天线的长度、宽度、弯曲点以及弯曲角度等（一般只调整长度和宽度），具体调整的方式为在HFSS内进行调整，调整过程中可以参照仿真数据图中的数据进行调整。若在，则符合设计要求。设计完成后，可以用PDAS 等工具按照HFSS仿真的模型设计成Layout；然后洗板打样。最后可以使用网络分析仪实际量测驻波比等参数判断是否与仿真结果一致，是否满足设计需求。
在一具体地实施例中，可以通过网络分析仪实际量测回波损耗S11（S11=反射功率/入射功率）、驻波比等参数，例如参照图3，图3为根据上述方法设计的双频天线，所测量的回波损耗图，可见在回波损耗图中出现了两个谐振点，该谐振点也分别位于5GHz和2.4GHz对应的谐振点上，说明设计的双频天线是符合要求的。如果谐振点偏离带宽区域，则通过改变C2、L1、C1的值来调整。按照设计流程调试结果初步确认后，可以去实验室扫描相关无源参数，如双频天线场型、增益、效率等，进行进一步确认。本双频天线预设形状结构，通过HFSS仿真与仪器实测各项指标符合设计目标无需再调整；可以应用于实际产品中，如网络摄像机（IP Camera、IPC）、互联网电视(Over The Top、OTT)、物联网(Internet OfThings、iot)等产品类型。
参考图5，本申请还提供了一种存储介质100，存储介质100中存储有计算机程序200，当其在计算机上运行时，使得计算机执行以上实施例所描述的双频天线的制作方法。
参考图6，本申请还提供了一种包含上述存储介质100的计算机设备300，当上述存储介质100中存储的计算机程序200在计算机设备300上运行时，使得计算机设备300通过其内部设置的处理器400执行以上实施例所描述的双频天线的制作方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在存储介质中，或者从一个存储介质向另一存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，DVD）、或者半导体介质（例如固态硬盘Solid State Disk(SSD)）等。
本发明的有益效果：通过获取双频天线的频段计算出对应的双频天线尺寸，并根据基板的双频天线设计区域的大小，合理设置双频天线的形状，使板载天线可以适用2个频段，具有双频天线的性能。并在基板的设计区域内不能容纳总长度的双频天线时，将对应的两个频段中波长较长的部分双频天线弯曲，使其置于预留设置区域内，保证了在不影响使用的前提下，制作出来的双频天线也可以适应较小的PCB基板，使双频天线的应用场景更广
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种双频天线的制作方法，其特征在于，包括：
获取待制作的双频天线所对应的两个频段；其中，所述双频天线采用微带线结构实现；
根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸，所述尺寸至少包括所述双频天线的长度和宽度；
判断所述双频天线的长度是否大于所述基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；
若大于，则根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线对应第一频段的分段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度以外的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段；
所述根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸的步骤，包括：
根据所述双频天线的两个频段计算各自基准中心频点对应的波长λ1和λ2，其中波长λ1和λ2为大于0的常数；
根据公式m＝λ/4和公式L＝m/ε^0.5分别计算出对应波长λ1和λ2的双频天线分段长度L1和L2，其中ε为所述介电常数且为大于1的常数，λ为所述基准中心频点对应的波长；
根据公式L＝L1+L2得到所述双频天线的长度。
2.如权利要求1所述的双频天线的制作方法，其特征在于，所述双频天线用于与外部电路连接，用于电讯号的交互，所述双频天线与所述外部电路之间还设置有匹配电路，所述根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线对应第一频段的分段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度以外的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段的步骤之后，还包括：
根据双频天线的频段以及射频通讯标准获取对应的标准天线阻抗匹配；
检测当前天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值是否在预设范围内；
若否，则调整所述匹配电路中的电感和/或电容的值，使调整后的天线阻抗匹配与所述标准天线阻抗匹配的差值在预设范围内。
3.如权利要求1所述的双频天线的制作方法，其特征在于，所述基板的双频天线设计区域为矩形，所述根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸的步骤，包括：
获取所述基板的板厚；
根据所述板厚设定所述双频天线的基准宽度，所述基准宽度表示所述双频天线的宽度初始设计值。
4.如权利要求3所述的双频天线的制作方法，其特征在于，所述根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线对应第一频段的分段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度以外的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段的步骤之后，还包括：
将所述设置区域内所述双频天线的宽度以及对应第二频段的分段的双频天线的宽度均设置为两倍所述基准宽度；其中所述第二频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较短的频段。
5.如权利要求1所述的双频天线的制作方法，其特征在于，所述根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线对应第一频段的分段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度以外的部分，其中所述第一频段为所述双频天线对应的两个频段中波长较长的频段的步骤之后，还包括：
将所述双频天线的尺寸和形状参数输入至三维结构电磁场仿真软件，以建立三维仿真模型；
检测所述三维仿真模型是否满足双频天线的性能要求；
若否，则根据所述三维仿真模型对应的仿真示意图中的两个谐振点，对应调整双频天线的尺寸和/或形状参数。
6.一种双频天线结构，其特征在于，包括：
双频天线，根据权利要求1-5任一项所述的双频天线的制作方法中的双频天线参数制得；
基板，所述基板上设有双频天线设计区域，所述双频天线设计区域用于容纳所述双频天线；所述双频天线与所述基板内的电路共板。
7.一种双频天线的设计装置，其特征在于，包括：
频段获取模块，用于获取待制作的双频天线所对应的两个频段；其中，所述双频天线采用微带线结构实现；
尺寸计算模块，用于根据所述频段和基板的介电常数计算所述双频天线的尺寸，所述尺寸至少包括所述双频天线的长度和宽度；
长度判断模块，用于判断所述双频天线的长度是否大于所述基板的双频天线设计区域中的双频天线设置长度极值；
弯折模块，用于当所述双频天线的长度大于所述双频天线设置长度极值时，根据所述双频天线设置长度极值设置所述双频天线对应第一频段的分段的初始双频天线长度，并在所述双频天线设计区域内预留设置区域，以通过所述设置区域容纳所述第一频段的双频天线中除所述初始双频天线长度以外的部分，其中所述第一频段为所述双频天线中波长较长的频段；
所述尺寸计算模块，包括：
波长计算子模块，用于根据所述双频天线的两个频段计算各自基准中心频点对应的波长λ1和λ2，其中波长λ1和λ2为大于0的常数；
双频天线分段长度计算模块，用于根据公式m＝λ/4和公式L＝m/ε0.5分别计算出对应波长λ1和λ2的双频天线分段长度L1和L2，其中ε为所述介电常数且为大于1的常数，为所述基准中心频点对应的波长；
长度计算模块，用于根据公式L＝L1+L2得到所述双频天线的长度。
8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的双频天线的制作方法的步骤。
9.一种计算机设备，其特征在于，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述的双频天线的制作方法的步骤。
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Address before: 518000 room 501A, block B, huayuancheng digital building, 1079 Nanhai Avenue, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: Shenzhen Southern Silicon Valley Semiconductor Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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Address after: 518000 Room 601, block B, garden city digital building, 1079 Nanhai Avenue, Yanshan community, merchants street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong

Patentee after: Shenzhen Nanfang Silicon Valley Semiconductor Co.,Ltd.

Address before: 518000 504a, block B, huayuancheng digital building, 1079 Nanhai Avenue, Yanshan community, zhaoshang street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: Shenzhen Southern Silicon Valley Semiconductor Co.,Ltd.