CN208299038U - 一种低频段小型天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低频段小型天线，其包括基板、接地面、激励点、辐射部、所述第一电容元件和电感元件；所述基板为印刷电路板；所述接地面、所述激励点、所述辐射部、第一电容元件和所述电感元件设置在所述基板上；所述第一电容元件连接所述激励点和所述辐射部首端；所述电感元件连接所述辐射部的末端和所述接地面；所述激励点、所述辐射部和所述接地面形成环形拓扑结构。本实用新型通过调节辐射部的长度和宽度以及对电感元器和电容元件的参数的调整，就可以实现改变天线的阻抗以及谐振频率，从而使得天线的占用空间大大缩小，使得低频段天线可以在很小的空间实现，降低设备设计对天线位置的要求难度，并且使得天线的设计效率也大大提高。

Description

一种低频段小型天线

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其涉及一种低频段小型天线。

背景技术

在无线通信装置中，用来发射、接收无线电波以传递、交换无线电数据信号的天线装置，无疑是无线通信装置中最重要的组件之一。

物联网(Internet of Things，简称IOT)是互联网、传统电信网等信息承载体，其是能使所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。随着物联网技术的不断发展和市场规模的不断扩大，其已经成为全球各国的技术及产业创新的重要战略之一。Lora作为一种基于扩频技术的远距通信方案也是物联网重要的通讯手段之一，其工作频段在在150MHz到1GHz(433MHz是我国免申请发射接收频率，可直接使用不需要管理，在我国应用最为广泛)，根据天线理论要求，天线谐振分支对应的谐振长度λ/4，每个分支基本上需要接近所需要频段要求长度L≈λ/4其中λ＝C/f其中C约等于光速，f对应天线所需要的频率；因此低频率的天线一般辐射臂较长，在较小的空间内较难形成好的谐振形态。由于物联网的应用层面必须包含很多无线小型终端，无线终端的发展趋势为小型化和便携化，因此对天线设计提出更高的挑战，由于频段越低则波长较长，对天线空间要求也越大，但是传统高性能天线的体积较大，不能满足设备的小型化需求，因此，现亟待研发一种小型化和通用性强的天线是目前需要克服的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低频段小型天线。

本发明一种低频段小型天线包括基板、接地面、激励点、辐射部、第一电容元件和电感元件；所述基板为印刷电路板；所述接地面、所述激励点、所述辐射部、第一电容元件和所述电感元件设置在所述基板上；所述第一电容元件连接所述激励点和所述辐射部首端；所述电感元件连接所述辐射部的末端和所述接地面；所述激励点、所述辐射部和所述接地面形成环形拓扑结构；其中第一电容可以调整阻抗，通过调整特定频率阻抗形成较好谐振，提高天线辐射效果；电感器件显著增加辐射体谐振波长，从而降低辐射体占用空间。

优选地，所述辐射部包括多个辐射分支，多个所述辐射分支依次连接；多个所述辐射分支的一部分设置在所述基板的一面，多个所述辐射分支的另一部分设置在所述基板的另一面。

优选地，所述辐射部的线宽在0.8mm到1.5mm之间。

优选地，所述基板可以采用在高频特性更好的板材，如F4B等。

优选地，其进一步包括承载体；所述承载体设置在所述基板上，其具有一定的高度；所述辐射部全部采用金属设置在承载体上，如PE PC ABS等成型的支架；辐射部可采用延展性较好的金属材质或者软性电路板固定到支架上。

优选地，所述第二电容元件的位置距离所述激励点的距离为5mm-15mm，其电容值0-4.7pF之间，其中0相当于开路状态，即此处空贴。

优选地，所述第一电容元件的值为0.5-3pF。

优选地，所述电感元件的值为0-33nH，其中0相当于短路状态，辐射部直接通过0Ω电阻或者直接接到所述接地面。

优选地，多个所述辐射分支围绕所述接地面放置，在有限空间内增加辐射部长度，进一步缩小天线占用空间。

优选地，所述接地面是布置收发机电路和射频电路的多层电路板。

实施本发明一种低频段小型天线，具有以下有益的技术效果：

本发明一种低频段小型天线通过调节辐射部的长度和宽度以及对电感元器和电容元件的参数的调整，就可以实现改变天线的阻抗以及谐振频率，并且其整体接地面可以是承载收发机电路和射频电路的电路板，从而使得天线的占用空间大大缩小，使得低频段天线可以在很小的空间实现，降低设备设计对天线位置的要求难度，并且使得天线的设计效率也大大提高，从而缩短项目周期，具有较强的通用性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种低频段小型天线的实施例一的透视图，其包括第一电容元件、第二电容元件、辐射部、基板和电感元件；

图2是图1所示的一种低频段小型天线的实施例一的正面示意图；

图3是图1所示的一种低频段小型天线的实施例一的正面示意图；

图4是本发明一种低频段小型天线的实施例二的立体图；

图5是图2所示的电感元件，其感值改变天线谐振变化对比示意图；

图6是图1所示的第二电容元件，其容值改变天线谐振变化对比示意图；

图7是图1所示的第一电容元件，其容值改变天线谐振变化对比示意图；

图8是图1所示的辐射部，其大小改变天线谐振变化对比示意图；

图9是图1所示的基板，其大小改变天线谐振变化对比示意图。

图中：11，基板；12，接地面；13，激励点；14，辐射部；141，第一辐射分支；142，第二辐射分支；143，第三辐射分支；144，第四辐射分支；145，第五辐射分支；146，第六辐射分支；147，第七辐射分支；148，第八辐射分支；15，第一电容元件；16，电感元件；17，第二电容元件；21，基板；22，接地面；23，激励点；24，辐射部；25，第一电容元件；26，电感元件；27，第二电容元件；28，承载体。

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。

请同时参阅图1、图2和图3，在本实施方式中，本发明一种低频段小型天线包括基板11、接地面12、激励点13、辐射部14、第一电容元件15、第二电容元件16和电感元件17；所述基板11为印刷电路板；所述接地面12、所述激励点13、所述辐射部14、所述第一电容元件15、所述第二电容元件16和所述电感元件17设置在所述基板11上；所述第一电容元件15连接所述激励点13和所述辐射部14首端；所述第二电容元件16连接所述辐射部14的中端和所述接地面12；所述电感元件17连接所述辐射部14的末端和所述接地面12；所述激励点13、所述辐射部14和所述接地面12形成环形拓扑结构，形成一个产生谐振的环形。

所述辐射部14包括第一辐射分支141、第二辐射分支142、第三辐射分支143、第四辐射分支144、第五辐射分支145、第六辐射分支146、第七辐射分支147和第八辐射分支148，所述第一辐射分支141、所述第二辐射分支142、所述第三辐射分支143、所述第四辐射分支144、所述第五辐射分支145、所述第六辐射分支146、所述第七辐射分支147和所述第八辐射分支148依次连接，其主要作用是增加所述辐射部14的长度，所述辐射部14可以根据实际空间大小和要求频率做减少或增加，其中所述辐射部14的线宽在0.8mm到1.5mm为佳；所述第一辐射分支141、所述第二辐射分支142、所述第三辐射分支143、所述第四辐射分支144、所述第五辐射分支145、所述第六辐射分支146和所述第七辐射分支147设置在所述基板11的一面，所述第八辐射分支148设置在所述基板11的另一面；所述第二辐射分支142、所述第三辐射分支143、所述第四辐射分支144、所述第五辐射分支145、所述第六辐射分支146、所述第七辐射分支147和所述第八辐射分支148围绕所述接地面12放置，所述第七辐射分支147和所述第八辐射分支148通过过孔连接，所述过孔的孔径为0.2mm-0.5mm为佳；所述辐射部14的材质是通过在所述基板11上蚀刻铜材来实现。

所述接地面12可以是布置了收发机电路和射频电路的多层电路板。

所述激励点13设置在所述接地面12的底部侧面，所述辐射部14的一端从所述激励点13开始绕所述基板11的左右两侧加上端，然后通过过孔连接到所述基板11的另一面，再从所述基板11的另一面的侧面延伸到所述接地面12连接，进一步缩小空间。

所述第一电容元件15的值为0.5pF到3pF之间,其作用是通过改变天线的谐振位置和阻抗，所述第一电容元件15的容值越小，天线实部阻抗越小。

所述电感元件16的值为0到33nH之间，其电感值越大，天线谐振越往低频靠近。

所述第二电容元件17设置在所述辐射部14中端的合适的位置，在本实施方式中，所述第二电容元件17的位置距离所述激励点13的距离5mm-15mm为佳，其电容值0到4.7pF之间，所述第二电容元件17电容值越大，谐振越往低频靠近。

所述接地面12设置成多层结构，其作为收发机系统的承载部分，整体的收发机需要的电路和芯片均可设计在所述接地面12上，天线系统的基板地部分成收发机系统的承载。

所述基板11的大小根据具体使用环境做适当调整：大小的具体根据实际收发机系统电路占用大小调整，同时根据天线效率的要求，较佳方案400MHz以上，最小尺寸建议宽度10mm以上，长度30mm以上，辐射臂部分8mm以上净空为佳；100MHz附近天线建议基板长度50mm，宽度15mm以上。所述基板11的板材为高频板材，本实施例中，所述基板11的板材为FR4环氧树脂。

请参阅图4，图4为本发明一种低频段小型天线的实施例二的立体图。

本发明一种低频段小型天线包括基板21、接地面22、激励点23、辐射部24、第一电容元件25、电感元件26、第二电容元件27和承载体28；所述基板21为印刷电路板；所述接地面22、激励点23、第一电容元件25、第二电容元件26、电感元件27和承载体28设置在所述基板21上；所述辐射部24设置在所述承载体28上；所述第一电容元件25连接所述激励点23和所述辐射部24；所述第二电容元件26连接所述辐射部24的中端和所述接地面22；所述电感元件27连接所述辐射部24的末端和所述接地面22；所述激励点23、所述辐射部24和所述接地面22形成环形拓扑结构，形成一个产生谐振的环形。

所述承载体28为有一定的高度空间塑胶支架，其可以为PC、PE或者ABS成型的支架；所述辐射体24是延展性好的金属或者软性电路板；所述承载体28可以进一步缩小使用的空间，并进一步提高天线效率。

请参阅图5，设置所述第一电容元件15为1pF电容，所述第二电容元件17为1.5pF电容，改变所述电感元件16的电感感值可以得出：在其他状态不变的状态下：所述电感元件16的感量越大，天线谐振频率越低，其中1nH、5.6nH、9.1nH、22nH分别对应的谐振频率为：495MHz、445MHz、425MHz、365MHz。

请参阅图6，设置所述第一电容元件15为1pF电容，所述电感元件16为9.1nH电感，改变所述第二电容元件17的电容值可以得出：在其他条件不变的情况下：所述第二电容元件17的电容容值越大，天线谐振频率越低，其中0(开路)、0.5pF、1.0pF、2.7pF分别对用的谐振频率为：552MHz、505MHz、470MHz、402MHz。

请参阅图7，设置所述电感元件16为9.1nH电感，设置所述第二电容元件17为1pF电容，改变所述第一电容元件15的容值，得到谐振变化，从图中明显可以看出阻抗发生非常大的变化，所述第一电容元件15的容值越小，圆图状态越收敛，同时谐振会略微偏短。

请参阅图8和图9，改变所述辐射部14的长度，天线谐振会发生变化，长度越短，形成的谐振越往高频方向。本发明一种低频段小型天线选择一个频段测试效率来论证天线的实际辐射效果，由于433MHz在国内属于免申请频段，本发明一种低频段小型天线选择433MHz谐振做测试，使用所述辐射体14的长度为45mm、宽度为5mm，第一电容元件15的容值1pF,第二电容元件16容值为1.5pF，电感元件17感值为10nH,其谐振频率在433MHz，测试效率如图7。同时所述基板11的面积增加，天线的整体效果也会进一步提升，选择所述基板11的长度为55mm、宽度为20mm，所述辐射部14为留长度为20mm、宽度为20mm，天线谐振调整到433MHz，其测试效率如图8。

综上所述，本发明一种低频段小型天线可以通过增加或者减少的所述辐射部14的长度和宽度，并对所述第一电容元件、所述第二电容元件和所述电感元件的参数分别进行调整，可以实现在低频范围内的任何频段，都能形成较好谐振。

本发明实施例提供的一种低频段小型天线，具有以下有益的技术效果：

本发明一种低频段小型天线通过调节辐射部的长度和宽度以及对电感元器和电容元件的参数的调整，就可以实现改变天线的阻抗以及谐振频率，并且其整体接地面可以是承载收发机电路和射频电路的电路板，从而使得天线的占用空间大大缩小，使得低频段天线可以在很小的空间实现，降低设备设计对天线位置的要求难度，并且使得天线的设计效率也大大提高，从而缩短项目周期，具有较强的通用性和实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (11)

1.一种低频段小型天线，其特征在于：其包括基板、接地面、激励点、辐射部、第一电容元件和电感元件；所述基板为印刷电路板；所述接地面、所述激励点、所述辐射部、所述第一电容元件和所述电感元件设置在所述基板上；所述第一电容元件连接所述激励点和所述辐射部的首端；所述电感元件连接所述辐射部的末端和所述接地面；所述激励点、所述辐射部和所述接地面形成环形拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述辐射部包括多个辐射分支，多个所述辐射分支依次连接；多个所述辐射分支的一部分设置在所述基板的一面，多个所述辐射分支的剩余部分设置在所述基板的另一面。

3.根据权利要求2所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述辐射部的线宽在0.8mm到1.5mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种低频段小型天线，其特征在于：其进一步包括承载体；所述承载体设置在所述基板上，其具有一定的高度；所述承载体为塑胶成型的支架，所述辐射部采用延展性好的金属或者软性电路板固定在所述承载体。

5.根据权利要求1所述的一种低频段小型天线，其特征在于：其进一步包括第二电容元件，所述第二电容元件设置在所述基板上，其连接所述辐射部的中端和所述接地面。

6.根据权利要求5所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述第二电容元件的位置距离所述激励点的距离为5mm-15mm，其电容值为0到4.7pF之间，0为开路状态。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述第一电容元件的值为0.5pF到3pF之间。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述电感元件的值为0到33nH之间，0为短路状态。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述基板的板材为高频板材。

10.根据权利要求2或3所述的一种低频段小型天线，其特征在于：多个所述辐射分支围绕所述接地面放置。

11.根据权利要求1-6任一项所述的一种低频段小型天线，其特征在于：所述接地面是布置收发机电路和射频电路的多层电路板。