CN208240879U - 一种天线耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种天线耦合装置，该天线耦合装置包括探针、信号转接头、第一天线和第二天线，第一天线通过信号转接头连接到测试仪器，第二天线通过探针连接到印刷有天线本体的待测PCB板上的测试点，第一天线与第二天线相互耦合从而完成测试仪器与待测PCB板之间的信号传输；本实用新型的天线耦合装置在进行产线测试时通过探针顶到待测PCB板上测试点来测试PCB板的方式，测试点面积较小，节省布局空间，优化了小型穿戴设备的总体布局，成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及小型穿戴设备技术领域，特别涉及一种对小型穿戴设备内的天线方便进行产线测试的天线耦合装置。
背景技术
当前在小型穿戴设备上大多数是利用金属环形前壳或者陶瓷天线来做天线本体，对于这种以金属外壳等利用表体某个部分作为天线本体或者采用陶瓷天线来做天线本体的形式，在进行产线测试或者实验室调试时，将测试仪器或者信号发生设备通过射频线端的连接器与印刷电路板PCB(Printed Circuit Board)板上连接器底座相连来实现信号的发射/接收。如图1所示，图1为现有PCB板测试方案示意图，这种方案的局限性是：在较多次数的调试和测试环境下，反复插拔连接器容易导致PCB板上的连接器底座松动，而且扣拔力度不均匀或者过大也较易使得连接器中的芯杆损坏，从而影响测试。且连接器的价格成本相对较高，在PCB布局上占用的空间较大。
目前小型穿戴设备还有一种天线本体是在PCB板上的天线形式，典型应用是在智能腕表类产品上，对其上印刷有天线本体的PCB板，使用连接器进行测试不具优势，在PCB板上设置连接器底座将占用较大空间，影响到小型穿戴设备的总体布局。
实用新型内容
鉴于现有技术的上述问题，提出了本实用新型的一种天线耦合装置，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
依据本实用新型的一个方面，提供了一种天线耦合装置，所述天线耦合装置包括探针、信号转接头、第一天线和第二天线，所述第一天线通过所述信号转接头连接到测试仪器，所述第二天线通过所述探针连接到印刷有天线本体的待测PCB板上的测试点，所述第一天线与所述第二天线相互耦合从而完成测试仪器与待测PCB板之间的信号传输。
可选地，所述天线耦合装置采用耦合PCB板，所述第一天线和所述第二天线印刷在所述耦合PCB板上，所述探针焊接在所述第二天线的一端，并与所述耦合PCB板垂直，所述信号转接头焊接在所述耦合PCB板上。
可选地，所述第一天线和所述第二天线的走线部分相互平行。
可选地，所述第一天线和所述第二天线的走线长度可改变。
可选地，所述待测PCB板上的测试点连接所述待测PCB板上的天线本体的信号馈点，测试时所述耦合PCB板平行所述待测PCB板放置，所述探针垂直压在所述待测PCB板上的测试点上，所述第二天线通过探针连接所述待测PCB板上的天线本体的信号馈点。
可选地，所述第二天线构成单极形式天线。
可选地，所述第一天线的信号馈点通过在所述耦合PCB板上的走线连接所述信号转接头，所述第一天线的地馈点连接所述耦合PCB板的地，在所述第一天线通过所述信号转接头连接到测试仪器时，所述第一天线的信号馈点连接至所述测试仪器的信号发射/接收端，所述第一天线的地馈点连接至所述测试仪器的地。
可选地，所述第一天线构成PIFA形式天线。
可选地，所述探针内设置有弹簧，所述探针的长度通过压缩弹簧可改变，测试时所述耦合PCB板与待测PCB板之间的最大距离为所述探针弹簧无压缩时的长度。
综上所述，本实用新型的天线耦合装置应用在测试仪器和待测PCB板之间，在进行产线测试时，天线耦合装置上的探针顶到待测PCB板上测试点来测试PCB板，测试点面积较小，节省布局空间，优化了小型穿戴设备的总体布局，成本较低。
附图说明
图1为现有PCB板测试方案示意图；
图2为本实用新型PCB板测试方案示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种天线耦合装置示意图；
图4为探针与测试点的接触方式示意图；
图5为天线仿真结果示意图；
图6为本实用新型实施例提供的探针压缩量对天线性能影响仿真分析结果示意图；
图7为本实用新型实施例提供的探针压缩量对天线耦合度影响仿真分析结果示意图。
具体实施方式
本实用新型的设计思路为：鉴于使用在PCB板上设置连接器来测试待测PCB板的方法，具有成本高、占用布局空间大的问题，并且采用探针顶到待测PCB板上测试点的方法更适用针对天线本体位于待测PCB板上的天线形式，在这种情况下，在测试仪器和待测PCB板之间设置一个中间耦合结构，以更好地完成信号的发射/接收。
为此，本实用新型提供了一种天线耦合装置，作为测试仪器和待测PCB板之间的中间结构。该天线耦合装置包括信号转接头、探针和两条天线，通过信号转接头与测试仪器相连，通过探针与待测PCB板相连，通过两条天线之间的耦合作用完成信号的发射/接收。
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
图2为本实用新型PCB板测试方案示意图，如图2所示，该测试方案20包括测试仪器201、天线耦合装置202和待测PCB板203。
其中天线耦合装置202的具体结构如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的一种天线耦合装置示意图，如图3所示，该天线耦合装置202包括探针1、信号转接头2、第一天线3和第二天线4，第一天线3通过信号转接头2连接到测试仪器201，第二天线4通过探针1连接到印刷有天线本体的待测PCB板203上的测试点，第一天线3与第二天线4相互耦合从而完成测试仪器与待测PCB板之间的信号传输，相比于现有技术中一般使用的连接器底座面积大概是4mm2，而采用的测试点面积大概是1mm2，对于小型化的智能穿戴设备来说，节省3mm2的布局面积是极为重要的，可以为其他模块电路提供更多空间，优化了小型穿戴设备的总体布局，相比于现有采用连接器的测试装置需要用到连接器底座，连接器及转SMA接头的转接线这三部分，成本较低，本方案在待测PCB板上印刷测试点，成本较低。
其中第一天线3和第二天线4印刷在耦合PCB板5上，第一天线3和第二天线4的走线部分相互平行；第一天线3和第二天线4采用50欧姆的传输线，实现能量的最大传输；探针1焊接在第二天线4的一端，固定更为牢固，并与耦合PCB板5垂直，便于探针完全顶到被测点上，便于信号更好地传输。通过该天线耦合装置对待测PCB板进行测试，只需在待测PCB上印刷测试点，在第二天线一端焊接探针，使探针与测试点之间进行压缩连接，该连接方法对天线耦合装置与待测PCB板在水平方向上的位置要求十分精确，如果存在偏差会导致探针与测试点不能很好地接触。想要实现探针垂直无偏差的全部压在测试点上，对探针的压缩方向和力度有一定要求。
第一天线3通过信号转接头2连接到测试仪器201，信号转接头2焊接在耦合PCB板5上，第一天线3的信号馈点6通过走线连接信号转接头2，第一天线3的地馈点7连接耦合PCB板5的地8，在第一天线3通过信号转接头2连接到测试仪器201时，第一天线3的信号馈点6连接至测试仪器201的信号发射/接收端，第一天线3的地馈点7连接至测试仪器的地。
图4为探针与测试点的接触方式示意图，如图4所示，测试时耦合PCB板5平行待测PCB板203放置，使探针1垂直压在待测PCB板203上的测试点9上，第二天线4通过探针1连接到印刷有天线本体的待测PCB板203上的测试点9，因待测PCB板上203的测试点9连接待测PCB板203上的天线本体的信号馈点，在第二天线4通过探针1连接到待测PCB板203上的测试点9时，第二天线4就通过探针1连接到了待测PCB板203上的天线本体的信号馈点。
第一天线是在天线耦合装置顶层实现的PIFA天线，第二天线通过探针顶到待测PCB板上天线本体的信号馈点处，构成一个单极天线的形式，两个天线通过耦合效应互相作用，形成耦合测试装置，完成测试仪器与待测PCB板之间发射/接收信号的有效传输。关于PIFA天线，PIFA天线是以其侧面结构与倒反的英文字母F外观雷同而命名，从单极天线衍变而来。PIFA天线的操作长度只有四分之一操作波长，而且在其结构中已经包含有接地金属面，可以降低对装置中接地金属面的敏感度；另一方面，由于PIFA天线只需利用金属导体配合适当的馈入及天线短路到接地面的位置，故其制作成本低，而且可以直接与PCB电路板焊接在一起。关于单极天线，单极天线仅有一个辐射体而没有地面，因此它对辐射空间的要求就仅仅是单极天线辐射体周围的空间而没有地面的限制，对结构的限制较小；另外单极天线只有一个PIN脚，单个触点产生的天线问题更容易排查，因此单极天线具有更高的可靠性。
测试时，天线耦合装置202中的第一天线3的信号馈点和地馈点通过信号转接头2分别连接测试仪器201的信号发射/接收端和地，第二天线4通过探针1连接被测PCB板203的信号馈点，使测试仪器201通过天线耦合装置202连接被测PCB板203，通过第一天线3和第二天线4之间的耦合作用完成测试仪器201和被测PCB板203之间信号的发射/接收。
在一些实施例中，第一天线3和第二天线4的走线长度可改变，天线长度越短，谐振频率越高。改变两个耦合天线的走线长度，可以改变整个天线耦合装置的耦合频点。可以根据实际需求来调试天线长度，制作不同射频频段的耦合测试装置，不仅限于GPS频段，还有BT、WLAN、2G、3G、4G等频段都适用，简单易实现，复用率高。对GPS频段下的天线耦合测试装置中的第一天线3和第二天线4做仿真实验，图5为天线仿真结果示意图，如图5所示，第一天线3(即m1代表的曲线)在频点1.61GHz处的回波损耗为-9.7911dB，第二天线4(即m2代表的曲线)在频点1.61GHz处的回波损耗为-9.2233dB，第一天线3和第二天线4(即m3代表的曲线)在1.56GHz处达到最大耦合度为-6.2915dB，表明当两个天线互相耦合时，第一天线3和第二天线4各自本身的性能也比较良好，且频点位置在GPS频段左右，另一方面，第一天线3和第二天线4之间的耦合程度也达到了要求。
在一些实施例中，探针1内设置有弹簧，探针1的长度通过压缩弹簧可改变，探针具有一定的压缩量程。测试时耦合PCB板5与待测PCB板203之间的最大距离为探针1弹簧无压缩时的长度，天线耦合装置202通过探针1连接待测PCB板203上，实际是顶到与待测PCB板上天线本体的信号馈点相连的测试点9上，天线耦合装置进行工装装载时对探针1进行压缩，相当于是改变了第二天线4的信号馈点和待测PCB板203的信号馈点之间的距离。
为确定探针1的压缩量(第二天线4的信号馈点和待测PCB板203的信号馈点之间的距离)是否会对整个天线耦合装置频偏有一定影响，有必要对探针1的压缩量变化进行仿真分析。图6为本实用新型实施例提供的探针压缩量对天线性能影响仿真分析结果示意图，对应图6，表1为本实用新型实施例提供的探针压缩量对第二天线性能的影响。
表1
| Marker | 压缩量 | 谐振频点 | S11 |
| Marker1 | 0mm | 1.61GHz | -9.4276dB |
| Marker2 | 2mm | 1.61GHz | -9.7911dB |
| Marker3 | 4mm | 1.60GHz | -10.3297dB |
图6中m1、m2、m3对应的曲线分别是天线压缩量为0mm、2mm、4mm时天线的谐振频点和谐振深度之间的关系，记录当不同压缩量的天线的谐振深度最深时对应的谐振频点，即为表1中的数据。由图6仿真结果可知，探针压得越深，压缩量越大，而第二天线的谐振频点没有变化。如表1所示，以Marker1标记的探针压缩量为参考，当压缩量程发生变化时(如Marker2，Marker3标记的压缩量)，第二天线的谐振频点没有变化，谐振深度变得更深。
图7为本实用新型实施例提供的探针压缩量对天线耦合度影响仿真分析结果示意图，对应图7，表2为本实用新型实施例提供的探针压缩量对天线耦合度的影响。
表2
图7中m1、m2、m3对应的曲线分别是天线压缩量为0mm、2mm、4mm时两天线的耦合频点和耦合度之间的关系，记录压缩量不同的情况下，两天线之间的耦合度最高时对应的耦合频点，即为表2中的数据。由图7仿真结果可知，探针压得越深，压缩量越大，第一天线3和第二天线4之间的耦合度没有变化。如表2所示，以Marker1标记的探针压缩量为参考，当压缩量程发生变化时(如Marker2,Marker3标记的压缩量)，第一天线3和第二天线4之间的耦合频点和耦合度没有变化。由此可见，探针压缩量的变化对天线之间的耦合度没有影响。
综上所述，本实用新型在测试仪器和待测PCB板之间设置了一种天线耦合装置，该天线耦合装置包括探针、信号转接头、第一天线和第二天线，第一天线通过所述信号转接头连接到测试仪器，第二天线通过探针连接到印刷有天线本体的待测PCB板上的测试点，第一天线与第二天线相互耦合从而完成测试仪器与待测PCB板之间的信号传输。本天线耦合测试装置通过探针顶到待测PCB板的测试点以及转接头连接测试仪器完成信号的发射/接收，节省布局空间；待测PCB板上印刷测试点，相比于现有采用连接器的测试装置需要用到连接器底座，连接器及转SMA接头的转接线这三部分，成本较低；由于本实用新型的天线耦合测试装置采用耦合PCB板，在进行产线测试时方便进行工装固定。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种天线耦合装置，其特征在于，所述天线耦合装置包括探针、信号转接头、第一天线和第二天线，所述第一天线通过所述信号转接头连接到测试仪器，所述第二天线通过所述探针连接到印刷有天线本体的待测PCB板上的测试点，所述第一天线与所述第二天线相互耦合从而完成测试仪器与待测PCB板之间的信号传输。
2.如权利要求1所述的天线耦合装置，其特征在于，所述天线耦合装置采用耦合PCB板，所述第一天线和所述第二天线印刷在所述耦合PCB板上，所述探针焊接在所述第二天线的一端，并与所述耦合PCB板垂直，所述信号转接头焊接在所述耦合PCB板上。
3.如权利要求2所述的天线耦合装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线的走线部分相互平行。
4.如权利要求3所述的天线耦合装置，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线的走线长度可改变。
5.如权利要求2所述的天线耦合装置，其特征在于，所述待测PCB板上的测试点连接所述待测PCB板上的天线本体的信号馈点，测试时所述耦合PCB板平行所述待测PCB板放置，所述探针垂直压在所述待测PCB板上的测试点上，所述第二天线通过探针连接所述待测PCB板上的天线本体的信号馈点。
6.如权利要求5所述的天线耦合装置，其特征在于，所述第二天线构成单极形式天线。
7.如权利要求2所述的天线耦合装置，其特征在于，所述第一天线的信号馈点通过在所述耦合PCB板上的走线连接所述信号转接头，所述第一天线的地馈点连接所述耦合PCB板的地，在所述第一天线通过所述信号转接头连接到测试仪器时，所述第一天线的信号馈点连接至所述测试仪器的信号发射/接收端，所述第一天线的地馈点连接至所述测试仪器的地。
8.如权利要求7所述的天线耦合装置，其特征在于，所述第一天线构成PIFA形式天线。
9.如权利要求2所述的天线耦合装置，其特征在于，所述探针内设置有弹簧，所述探针的长度通过压缩弹簧可改变，测试时所述耦合PCB板与待测PCB板之间的最大距离为所述探针弹簧无压缩时的长度。
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|---|---|---|---|---|
| CN112415283A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-02-26 | 环旭电子股份有限公司 | 天线测试治具与天线测试系统 |
| CN114006662A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-02-01 | 荣耀终端有限公司 | 一种天线检测装置、系统及天线检测方法 |
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