CN215644970U - 一种用于蓝牙标签的贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于蓝牙标签的贴片天线，包括贴片天线本体，所述贴片天线本体设置在PCB板上，所述PCB板为多层电路板，所述贴片天线本体设置在PCB板的顶层，所述贴片天线本体与PCB板一体印制而成，所述贴片天线本体呈矩形，所述贴片天线本体的工作频率由贴片天线本体的尺寸和PCB板基材的介电常数确定。本实用新型其工作频率由贴片天线本体的长度以及PCB板的基材的介电常数决定，适用于任意材质物体表面；进行极化处理，将信号能量集中在所需方向上发射出去，增加了天线的应用距离，保证信号接收器无论在水平极化方向还是在垂直极化方向上，都可以接收到信号；贴片天线本体与PCB板一体印制而成，降低成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天线，尤其涉及一种用于蓝牙标签的贴片天线。
背景技术
随着定位导航技术的广泛应用，室外导航已经远远不能满足消费者的需求，人们更加希望能够在大型商场、超市等室内场景实现基于位置的服务。随着物联网生态链逐渐走向成熟，对定位的需求也大大增加，蓝牙定位得到广泛应用，蓝牙定位由蓝牙基站和用于蓝牙标签组成。
目前在蓝牙标签上使用的天线，绝大部分都是直接印制在PCB板上的微带PIFA天线或者是直接向天线厂商购买的陶瓷天线。
当蓝牙标签设置在各种不同材质物体表面时，不管是PCB印制微带PIFA天线还是陶瓷天线，天线的工作频率会根据的材质的不同发生不同程度的偏移，导致天线无法在原先设计频点上工作，降低蓝牙标签的应用距离和实用性。这些天线在辐射方向上都属于全向天线，不能将能量集中发射到我们所需要的方向，导致工作距离大幅缩短。另外，由于陶瓷天线为通用天线，可能会出现工作带宽和工作频率无法与设定的蓝牙标签的天线工作频率匹配的应用风险；同时陶瓷天线价格较高，会增加蓝牙标签的天线的成本，降低市场竞争力。因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于蓝牙标签的贴片天线，解决现有的蓝牙标签的天线应用于不同的物体时，工作频率会根据的材质的不同发生不同程度的偏移的问题。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于蓝牙标签的贴片天线，包括贴片天线本体，所述贴片天线本体设置在PCB板上，所述PCB板为多层电路板，所述贴片天线本体设置在PCB板的顶层，所述贴片天线本体与PCB板一体印制而成；所述贴片天线本体通过微带传输线连接到蓝牙标签的蓝牙模块；所述贴片天线本体呈矩形，所述贴片天线本体的工作频率由贴片天线本体的尺寸和PCB板基材的介电常数确定。
进一步地，所述贴片天线本体为线极化天线或者圆极化天线，所述线极化天线呈矩形；所述圆极化天线由线极化天线切除一个角形成单馈点圆极化天线，或者由线极化天线切除相对设置的两个角形成双馈点圆极化天线。
进一步地，所述贴片天线本体为圆极化天线，所述贴片天线本体的圆极化频点为2.401GHz-2.403GHz，所述贴片天线本体的工作频段为2.4GHz-2.5GHz
进一步地，所述贴片天线本体的辐射强度和辐射范围由贴片天线本体的尺寸和PCB板基材的介电常数确定，所述贴片天线本体正前方的辐射强度随贴片天线本体厚度的减小而增大，所述贴片天线本体正前方的辐射强度范围为3-6dBi；所述贴片天线本体的辐射范围随贴片天线本体厚度的增大而增大，所述贴片天线本体在3dB波束宽度时的辐射范围在45-75度角之间。
进一步地，所述贴片天线本体的输入阻抗由贴片天线本体的宽度确定，所述贴片天线本体的带宽由片天线本体的尺寸、PCB板基材的介电常数以及PCB板基材的高度确定。
进一步地，所述PCB板包括依次设置的顶层、基材层和底层，所述基材层和底层之间还设置有至少一组依次连接的中间层和中间基材层，所述PCB板的顶层、中间层和底层之间通过连接通道电连接；所述基材层的材质为RF-4或RO4350板材。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的用于蓝牙标签的贴片天线，其工作频率由贴片天线本体的长度以及PCB板的基材的介电常数决定，适用于任意材质物体表面；进行极化处理，将信号能量集中在所需方向上发射出去，增加了天线的应用距离，保证信号接收器无论在水平极化方向还是在垂直极化方向上，都可以接收到信号；贴片天线本体与PCB板一体印制而成，降低成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例的装载贴片天线的PCB板俯视图；
图2为本实用新型实施例的装载贴片天线的PCB板侧视图；
图3为本实用新型实施例的贴片天线形状对比图；
图4为本实用新型实施例的PCB板叠层结构示意图。
图中：
2、贴片天线本体；9、微带传输线；10、顶层；11、基材层；12、底层；13、第一中间层；14、第一中间基材层；15、第二中间层；16、第二中间基材层；17、连接通道；20、线性极化天线；21、单馈点圆极化天线；22、双馈点圆极化天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1为本实用新型实施例的装载贴片天线的PCB板俯视图；图2为本实用新型实施例的装载贴片天线的PCB板侧视图。
请同时参见图1和图2，本实用新型实施例的用于蓝牙标签的贴片天线，包括贴片天线本体2，贴片天线本体2设置在PCB板上，PCB板为多层电路板，贴片天线本体2设置在PCB板的顶层，蓝牙模块1设置在PCB板的底层12，这样的布局减小贴片天线的体积；贴片天线本体2通过微带传输线9连接到蓝牙标签的蓝牙模块1；贴片天线本体2与PCB板一体印制而成，降低贴片天线的成本。
贴片天线本体2呈矩形，矩形贴片天线在设计时，通过设定贴片天线本体2的长度L、宽度W、厚度H以及基材的高度h、基材介电常数εr来控制天线的属性：贴片天线本体2的工作频率由贴片天线本体2的长度和PCB板基材的介电常数确定，贴片天线本体2的中心工作频率计算公式如下：
其中，L为贴片天线本体2的长度；εr为PCB板基材的介电常数；ε0为绝对介电常数(Absolute dielectric constant)，又称真空介电常数(Vacuum permittivity)，为一个物理常数；μ0为真空磁导率。
相同的工作频率，基材介电常数εr增大，贴片天线可以做得更小。
贴片天线本体2的输入阻抗由贴片天线本体2的宽度W确定，不管阻抗是多大，应用到蓝牙标签时，最终都会通过某种方式把阻抗转换为50欧姆用以匹配蓝牙模块的输出功率。
贴片天线本体2的带宽由片天线本体2的尺寸、PCB板基材的介电常数以及PCB板基材的高度确定；增加高度则增加了带宽，带宽B与各个参数的关系如下：
具体地，贴片天线本体2的辐射强度和辐射范围由贴片天线本体2的尺寸和PCB板基材的介电常数确定；贴片天线本体2正前方的辐射强度随贴片天线本体2厚度的减小而增大，贴片天线本体2正前方的辐射强度范围为3-6dBi；贴片天线本体2的辐射范围随贴片天线本体2厚度的增大而增大，贴片天线本体2在3dB波束宽度时的辐射范围在45-75度角之间。可调整贴片天线本体2的厚度，改变天线的辐射增益和辐射范围；根据不同的需求，来具体选择贴片天线本体2厚度。降低贴片天线本体2厚度，可进一步提升天线正前方的辐射强度；而增加贴片天线本体2厚度，可增加天线辐射范围的广度。
请同时参见图3，本实用新型实施例的用于蓝牙标签的贴片天线，贴片天线本体2为线极化天线20或者圆极化天线，线极化天线20呈矩形；圆极化天线由线极化天线20切除一个角形成单馈点圆极化天线21，或者由线极化天线20切除相对设置的两个角形成双馈点圆极化天线22。
在一具体实施例中，贴片天线本体2为圆极化天线，贴片天线本体2的圆极化频点为2.401GHz-2.403GHz，贴片天线本体2的工作频段为2.4GHz-2.5GHz。极化处理把信号能量集中在所需方向上发射出去，增加了贴片天线本体2的应用距离，保证信号接收器无论在水平极化方向还是在垂直极化方向上，都可以接收到信号。
请同时参见图4，本实用新型实施例的用于蓝牙标签的贴片天线，PCB板的基材层11和底层12之间还设置有两组依次连接的中间层和中间基材层，PCB板的顶层10、中间层和底层12之间通过连接通道17电连接。可以使用顶层10与第一中间层13来做圆极化贴片天线；使用第二中间层15和底层12做电路部分设计。将第一中间层13设置为金属层面，在顶层10做贴片天线；调整基材层11、第一中间基材层14与第二中间基材层16的厚度，以达到贴片天线所需辐射增益和辐射方向需求，选取合适的板材做基材，以达到贴片天线所需辐射效率。
基材层11和/或中间基材层可选用RF-4板材或Rogers(罗杰斯公司)的RO4350板材，该板材的相对于最常用且价格低廉的FR4板材，它具有较小的正切损耗为0.0037；而FR4板材的正切损耗一般在0.02左右。采用正切损耗较小的基材，电磁波能量损耗较小，可大幅提升天线效率。RO4350板材可使天线的辐射能量比FR4板材提高至少3dB以上。如果以瓦特为单位，其辐射能量可增加至少一倍以上，使得整个物联网系统的有效工作范围大大提升，进一步提升该成品的应用领域。
综上所述，本实用新型实施例的用于蓝牙标签的贴片天线，其工作频率由贴片天线本体2的长度以及PCB板的基材的介电常数决定，适用于任意材质物体表面；进行极化处理，将信号能量集中在所需方向上发射出去，增加了天线的应用距离，保证信号接收器无论在水平极化方向还是在垂直极化方向上，都可以接收到信号；贴片天线本体2与PCB板一体印制而成，降低成本。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (6)
1.一种用于蓝牙标签的贴片天线，其特征在于，包括贴片天线本体，所述贴片天线本体设置在PCB板上，所述PCB板为多层电路板，所述贴片天线本体设置在PCB板的顶层，所述贴片天线本体与PCB板一体印制而成；所述贴片天线本体通过微带传输线连接到蓝牙标签的蓝牙模块；所述贴片天线本体呈矩形，所述贴片天线本体的工作频率由贴片天线本体的尺寸和PCB板基材的介电常数确定。
2.如权利要求1所述的用于蓝牙标签的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线本体为线极化天线或者圆极化天线，所述线极化天线呈矩形；所述圆极化天线由线极化天线切除一个角形成单馈点圆极化天线，或者由线极化天线切除相对设置的两个角形成双馈点圆极化天线。
3.如权利要求1所述的用于蓝牙标签的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线本体为圆极化天线，所述贴片天线本体的圆极化频点为2.401GHz-2.403GHz，所述贴片天线本体的工作频段为2.4GHz-2.5GHz。
4.如权利要求1所述的用于蓝牙标签的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线本体的辐射强度和辐射范围由贴片天线本体的尺寸和PCB板基材的介电常数确定，所述贴片天线本体正前方的辐射强度随贴片天线本体厚度的减小而增大，所述贴片天线本体正前方的辐射强度范围为3-6dBi；所述贴片天线本体的辐射范围随贴片天线本体厚度的增大而增大，所述贴片天线本体在3dB波束宽度时的辐射范围在45-75度角之间。
5.如权利要求1所述的用于蓝牙标签的贴片天线，其特征在于，所述贴片天线本体的输入阻抗由贴片天线本体的宽度确定，所述贴片天线本体的带宽由片天线本体的尺寸、PCB板基材的介电常数以及PCB板基材的高度确定。
6.如权利要求1所述的用于蓝牙标签的贴片天线，其特征在于，所述PCB板包括依次设置的顶层、基材层和底层，所述基材层和底层之间还设置有至少一组依次连接的中间层和中间基材层，所述PCB板的顶层、中间层和底层之间通过连接通道电连接；所述基材层的材质为RF-4或RO4350板材。
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