CN115000694A - 一种小型全向辐射印刷天线 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种小型全向辐射印刷天线，通过在印制板上开设第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，馈线模块连接有连接导线，连接导线连接第一天线单元，第一天线单元穿过第一过孔与第一导线连接，第一导线穿过第二过孔和第二天线单元连接，地二天线单元穿过第三过孔和第二导线连接，第二导线穿过第四过孔和第三天线单元连接，第三天线单元的末端与第四天线单元连接；第一天线单元、第二天线单元、第二天线单元均具有螺旋结构。弯曲的螺旋结构使印刷天线的尺寸更小，易于与手机、点菜机等手持设备以及USB设备等进行集成；多个螺旋弯曲结构能够使印刷天线具有良好的全向辐射特性。

Description

一种小型全向辐射印刷天线
技术领域
本公开一般涉及印刷天线领域，具体涉及一种小型全向辐射印刷天线。
背景技术
天线作为有效发射和接收电磁波的部件，是无线通信系统中不可或缺的重要组成部分，其主要功能是在接收系统中完成电磁波和导行波之间的转换，或者在发射系统中进行相反的变换。
目前实际应用的印刷天线，一般多采用微带天线或者折叠辐射贴片。微带天线技术成熟，但由于其方向图是定向的，所以仅适用于通信方向变化不大的应用系统，而且相比之下尺寸较大。
折叠辐射贴片将平面天线结构进行适当的折叠，充分利用系统提供的三维空间盈余，从而减少天线的二维占用面积，使得天线满足一定的尺寸要求，以便与其它设备集成。
但平面天线在折叠后性能变化较大，通常还需要进一步调整天线的结构，设计和制作过程比普通微带天线更为复杂且全向辐射辐射特性不佳。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种小型全向辐射印刷天线。
本申请提供一种小型全向辐射印刷天线，包括：
印制板，所述印制板上沿第一方向排列设置有贯穿板面的第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述第一方向与所述印制板平行；所述印制板具有第一印制面和第二印制面；所述第一过孔和所述第二过孔之间连接有第一导线，所述第三过孔和所述第四过孔之间连接有第二导线，所述第一导线和所述第二导线印制在所述第一印制面上；
馈线模块，所述馈线模块安装在所述第二印制面上且一端连接有连接导线，另一端用于与外部系统连接；
第一天线单元，所述第一天线单元包括印制在第二印制面上的第一金属带条，所述第一金属带条的一端与所述连接导线连接，另一端以所述第一过孔为原点向所述第一过孔平面螺旋延伸，并经过所述第一过孔与所述第一导线的第一端连接；
第二天线单元，所述第二天线单元包括：印制在第二印制面上的第二金属带条，所述第二金属带条的一端以所述第二过孔为原点向所述第二过孔平面螺旋延伸，并经过所述第二过孔与所述第一导线的第二端连接；另一端以所述第三过孔为原点向所述第三过孔平面螺旋延伸，并经过所述第三过孔与所述第二导线的第一端连接；
第三天线单元，所述第三天线单元包括：印制在第二印制面上的第三金属带条，所述第三金属带条的一端以所述第四过孔为原点向所述第四过孔平面螺旋延伸，并经过所述第四过孔与所述第二导线的第二端连接；所述第三金属带条的另一端远离所述第二天线单元设置。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第三金属带条远离所述第二天线单元的一端连接有呈弯曲状的第四金属带条。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述馈线模块包括：
同轴连接器，所述同轴连接器的一端与所述印制板的一侧边缘固定连接，用于接通射频电流；
开槽微带线，所述开槽微带线印制在所述第二印制面上，用于连接所述天线本体和所述同轴连接器。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述同轴连接器包括：同轴内芯和同轴外导体，所述同轴内芯和所述同轴外导体之间设有绝缘层。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述开槽微带线包括：第一开槽微带线和第二开槽微带线；所述第一开槽微带线的一端与所述连接导线连接，另一端与所述同轴内芯连接；所述第二开槽微带线的一端与所述同轴外导体连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一过孔内设有第一导体环，所述第一导体环连接所述第一金属带条和所述第一导线；
所述第二过孔内设有第二导体环，所述第二导体环连接所述第二金属带条和所述第一导线；
所述第三过孔内设有第三导体环，所述第三导体环连接所述第二金属带条和所述第二导线；
所述第四过孔内设有第四导体环，所述第四导体环连接所述第三金属带条和第二导线。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一金属带条远离所述第一过孔的一端具有与第一方向平行的第一直导线段，所述第一直导线段与所述连接导线连接的一端具有第一弧形导线段；所述第一金属带条呈第一螺旋结构。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第二金属带条的中部具有垂直于第一方向的凸起部；所述第二金属带条呈第二螺旋结构。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第三金属带条远离所述第四过孔的一端具有与第一方向平行的第二直导线段，所述第二直导线段与所述第四金属带条连接的一端具有第二弧形导线段；所述第三金属带条呈第三螺旋结构。
本申请的有益效果在于：
通过在印制板上开设第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，馈线模块连接有连接导线，连接导线连接第一天线单元，第一天线单元穿过第一过孔与第一导线连接，第一导线穿过第二过孔和第二天线单元连接，地二天线单元穿过第三过孔和第二导线连接，第二导线穿过第四过孔和第三天线单元连接，第三天线单元的末端与第四天线单元连接；第一天线单元、第二天线单元、第二天线单元均具有螺旋结构。
弯曲的螺旋结构能使印刷天线产生更平滑的电流，避免出现尖端电流，进而产生良好的全向辐射特性。多个螺旋弯曲结构能够使印刷天线尺寸更小，易于与手机、点菜机等手持设备以及USB设备等进行集成。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线的结构示意图；
图2为本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线的又一结构示意图；
图3为馈线模块的结构示意图；
图4为本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线的阻抗特性图；
图5为本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线的辐射特性图；
其中：1、印制板；
21、连接导线；22、第一金属带条；23、第一导线；24、第二金属带条；25、第二导线；26、第三金属带条；27、第四金属带条；
3、同轴连接器；31、同轴内芯；32、同轴外导体；
4、开槽微带线；41、第一开槽微带线；42、第二开槽微带线；
51、第一过孔；52、第二过孔；53、第三过孔；54、第四过孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1和图2，为本实施例提供的一种小型全向辐射印刷天线示意图，包括：
印制板1，所述印制板1上沿第一方向排列设置有贯穿板面的第一过孔51、第二过孔52、第三过孔53和第四过孔54，所述第一方向与所述印制板1平行；所述印制板1具有第一印制面和第二印制面；所述第一过孔51和所述第二过孔52之间连接有第一导线23，所述第三过孔53和所述第四过孔54之间连接有第二导线25，所述第一导线23和所述第二导线25印制在所述第一印制面上；
馈线模块，所述馈线模块安装在所述第二印制面上且一端连接有连接导线21，另一端用于与外部系统连接；
第一天线单元，所述第一天线单元包括印制在第二印制面上的第一金属带条22，所述第一金属带条22的一端与所述连接导线21连接，另一端以所述第一过孔51为原点向所述第一过孔51平面螺旋延伸，并经过所述第一过孔51与所述第一导线23的第一端连接；
第二天线单元，所述第二天线单元包括：印制在第二印制面上的第二金属带条24，所述第二金属带条24的一端以所述第二过孔52为原点向所述第二过孔52平面螺旋延伸，并经过所述第二过孔52与所述第一导线23的第二端连接；另一端以所述第三过孔53为原点向所述第三过孔53平面螺旋延伸，并经过所述第三过孔53与所述第二导线23的第一端连接；
第三天线单元，所述第三天线单元包括：印制在第二印制面上的第三金属带条26，所述第三金属带条26的一端以所述第四过孔54为原点向所述第四过孔54平面螺旋延伸，并经过所述第四过孔54与所述第二导线25的第二端连接；所述第三金属带条26的另一端远离所述第二天线单元设置。
具体地，本申请提出的螺旋结构的天线单元不同于现有的螺旋天线，本申请提供的天线单元更容易匹配且具有较现有天线更宽的带宽，能直接用50Ω同轴线馈电；所述天线单元的辐射场在水平面360度范围内分布，最大增益4dB，具有良好的辐射特性。整个天线单元辐射体仅由介电常数为4.4的FR4印制板构成，加工制作容易且成本低。
具体地，所述天线单元的尺寸为33.6mm×7mm×1mm，覆铜FR4印制板1长度33.6mm，宽度7mm，厚度1mm，其最大尺寸33.6mm；仅为中心工作频率1.79GHz所对应波长的20％，而常规偶极子天线的高度为中心工作频率所对应波长的50％，常规单极子天线的高度为中心工作频率所对应波长的25％；所述天线单元的最大长度仅为常规偶极子天线的40％，常规单极子天线的80％，有效缩减了天线尺寸和体积，实现了天线的小型化。
工作原理：由于天线是互易的，所以同一天线可以用做发射端也可以用作接收端。当作为发射端工作时所述馈线模块与外部的发射机相连，发射机提供射频电流，通过馈线模块导入天线本体，能够激发天线本体的表面电流，在天线周围形成电磁波，从而实现信号的发射。当作为接收端时，所述馈线模块与接收部相连，当天线本体接收到电磁信号时，天线本体会在电磁信号的电磁感应作用下产生表面电流，进而通过馈线模块传导至接收部，实现信号的接收。
进一步地，所述第三金属带条26远离所述第二天线单元的一端连接有呈弯曲状的第四金属带条27。
在一些实施方式中，所述第三金属带条26具有设定的电长度和沿第一方向的长度。根据天线的工作频率、长度和电长度之间的关系，计算得出天线整体所需的长度和电长度，再计算形成螺旋结构后，所述螺旋结构的长度和电长度；最后用天线整体所需的长度和电长度减去所述螺旋结构的长度和电长度即得所述第三金属带条26所需的长度和电长度；根据所需将所述第三金属带条26印制为设定长度和电长度。
进一步地，参考图3，所述馈线模块包括：
同轴连接器3，所述同轴连接器3的一端与所述印制板1的一侧边缘固定连接，用于接通射频电流；
开槽微带线4，所述开槽微带线4印制在所述第二印制面上，用于连接所述天线本体2和所述同轴连接器3。
进一步地，所述同轴连接器3包括：同轴内芯31和同轴外导体32，所述同轴内芯31和所述同轴外导体32之间设有绝缘层。
进一步地，所述开槽微带线4包括：第一开槽微带线41和第二开槽微带线42；所述第一开槽微带线41的一端与所述连接导线21连接，另一端与所述同轴内芯31连接；所述第二开槽微带线42的一端与所述同轴外导体32连接。
具体地，所述第二开槽微带线42相当于接地端，所述第一开槽微带线41和所述第二开槽微带线42之间的空间绝缘部分等效为电容；用于形成谐振电路，使天线能够正常工作。
进一步地，所述第一过孔51内设有第一导体环，所述第一导体环连接所述第一金属带条22和所述第一导线23；
所述第二过孔52内设有第二导体环，所述第二导体环连接所述第二金属带条24和所述第一导线23；
所述第三过孔53内设有第三导体环，所述第三导体环连接所述第二金属带条24和所述第二导线25；
所述第四过孔54内设有第四导体环，所述第四导体环连接所述第三金属带条26和第二导线25。
在一些实施方式中，所述第一导体环、所述第二导体环、所述第三导体环和所述第四导体环，均为金属导体。在印制天线的过程中，当印制完成所述第一天线单元、所述第二天线单元、所述第三天线单元、所述第四天线单元、所述第一导线和第二导线后所述第一导体环、所述第二导体环、所述第三导体环和所述第四导体环能够起到方便连接各天线单元的作用。
进一步地，所述第一金属带条22远离所述第一过孔51的一端具有与第一方向平行的第一直导线段，所述第一直导线段与所述连接导线21连接的一端具有第一弧形导线段；所述第一金属带条22呈第一螺旋结构。
进一步地，所述第二金属带条24的中部具有垂直于第一方向的凸起部；所述第二金属带条24呈第二螺旋结构。
进一步地，所述第三金属带条26远离所述第四过孔54的一端具有与第一方向平行的第二直导线段，所述第二直导线段与所述第四金属带条27连接的一端具有第二弧形导线段；所述第三金属带条26呈第三螺旋结构。
在一些实施方式中，所述第一天线单元形成第一螺旋结构，所述第一螺旋结构具有设定的长度和电长度，能够构成第一半如意纹形状。所述第二天线单元形成第二螺旋结构，所述第二螺旋结构具有设定的长度和电长度，能够构成全如意纹形状。所述第三天线单元形成与所述第一天线单元相对称的第三螺旋结构且与所述第一天线单元具有相同的长度和电长度，能够构成第二半如意纹形状。整个天线单元形成的螺旋结构组成具有如意纹形状印刷天线；螺旋结构能够缩小天线尺寸，多个螺旋结构相连接能够实现良好的全向辐射特性。
在一些实施方式中，所述天线单元能够以贴片形式与电路板集成安装，也能够完全嵌入非金属载体内部，保持载体良好的气动特性。
特性分析：
请参考图4，为本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线的阻抗特性图。其中，横坐标为频率，纵坐标为反射损耗S11。
一般工程应用要求天线反射损耗S11小于-10dB。根据本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线，其反射损耗S11小于-10dB的频率范围约为1.7863GHz到1.7964GHz，这说明在L频段内所述天线单元可以良好的与50Ω同轴电缆匹配，从而保证天线具有一定的阻抗带宽。
请参考图5，为本申请提供的一种小型全向辐射印刷天线的辐射特性图。
其中，频率为1.791GHz，主瓣幅度为3.99dBi，主瓣方向为135.0deg.，角宽度为55.5deg.，旁瓣电平为-0.9dB。最大增益近4dB，不圆度小于5dB，具有良好的全向特性。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，包括:
印制板(1)，所述印制板(1)上沿第一方向排列设置有贯穿板面的第一过孔(51)、第二过孔(52)、第三过孔(53)和第四过孔(54)，所述第一方向与所述印制板(1)平行；所述印制板(1)具有第一印制面和第二印制面；所述第一过孔(51)和所述第二过孔(52)之间连接有第一导线(23)，所述第三过孔(53)和所述第四过孔(54)之间连接有第二导线(25)，所述第一导线(23)和所述第二导线(25)印制在所述第一印制面上；
馈线模块，所述馈线模块安装在所述第二印制面上且一端连接有连接导线(21)，另一端用于与外部系统连接；
第一天线单元，所述第一天线单元包括印制在第二印制面上的第一金属带条(22)，所述第一金属带条(22)的一端与所述连接导线(21)连接，另一端以所述第一过孔(51)为原点向所述第一过孔(51)平面螺旋延伸，并经过所述第一过孔(51)与所述第一导线(23)的第一端连接；
第二天线单元，所述第二天线单元包括：印制在第二印制面上的第二金属带条(24)，所述第二金属带条(24)的一端以所述第二过孔(52)为原点向所述第二过孔(52)平面螺旋延伸，并经过所述第二过孔(52)与所述第一导线(23)的第二端连接；另一端以所述第三过孔(53)为原点向所述第三过孔(53)平面螺旋延伸，并经过所述第三过孔(53)与所述第二导线(23)的第一端连接；
第三天线单元，所述第三天线单元包括：印制在第二印制面上的第三金属带条(26)，所述第三金属带条(26)的一端以所述第四过孔(54)为原点向所述第四过孔(54)平面螺旋延伸，并经过所述第四过孔(54)与所述第二导线(25)的第二端连接；所述第三金属带条(26)的另一端远离所述第二天线单元设置。
2.根据权利要求1所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述第三金属带条(26)远离所述第二天线单元的一端连接有呈弯曲状的第四金属带条(27)。
3.根据权利要求1所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述馈线模块包括：
同轴连接器(3)，所述同轴连接器(3)的一端与所述印制板(1)的一侧边缘固定连接，用于接通射频电流；
开槽微带线(4)，所述开槽微带线(4)印制在所述第二印制面上，用于连接所述天线本体(2)和所述同轴连接器(3)。
4.根据权利要求3所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述同轴连接器(3)包括：同轴内芯(31)和同轴外导体(32)，所述同轴内芯(31)和所述同轴外导体(32)之间设有绝缘层。
5.根据权利要求3所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述开槽微带线(4)包括：第一开槽微带线(41)和第二开槽微带线(42)；所述第一开槽微带线(41)的一端与所述连接导线(21)连接，另一端与所述同轴内芯(31)连接；所述第二开槽微带线(42)的一端与所述同轴外导体(32)连接。
6.根据权利要求1所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述第一过孔(51)内设有第一导体环，所述第一导体环连接所述第一金属带条(22)和所述第一导线(23)；
所述第二过孔(52)内设有第二导体环，所述第二导体环连接所述第二金属带条(24)和所述第一导线(23)；
所述第三过孔(53)内设有第三导体环，所述第三导体环连接所述第二金属带条(24)和所述第二导线(25)；
所述第四过孔(54)内设有第四导体环，所述第四导体环连接所述第三金属带条(26)和第二导线(25)。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述第一金属带条(22)远离所述第一过孔(51)的一端具有与第一方向平行的第一直导线段，所述第一直导线段与所述连接导线(21)连接的一端具有第一弧形导线段；所述第一金属带条(22)呈第一螺旋结构。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述第二金属带条(24)的中部具有垂直于第一方向的凸起部；所述第二金属带条(24)呈第二螺旋结构。
9.根据权利要求1至6任意一项所述的一种小型全向辐射印刷天线，其特征在于，所述第三金属带条(26)远离所述第四过孔(54)的一端具有与第一方向平行的第二直导线段，所述第二直导线段与所述第四金属带条(27)连接的一端具有第二弧形导线段；所述第三金属带条(26)呈第三螺旋结构。
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