CN215834715U

CN215834715U - 一种pcb全频段天线及物联网设备

Info

Publication number: CN215834715U
Application number: CN202121816760.1U
Authority: CN
Inventors: 于晓通
Original assignee: Kunshan Ruixiang Xuntong Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Kunshan Ruixiang Xuntong Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2031-08-05

Abstract

本实用新型提供一种PCB全频段天线及物联网设备，包括PCB基板和在长度方向上呈轴对称的天线主体；所述天线主体包括呈C字形的第一辐射单元和呈长条形的第二辐射单元，所述第一辐射单元半包围所述第二辐射单元的一端；第一辐射单元沿其走线设有C型槽。通过呈C字形的第一辐射单元半包围呈长条形的第二辐射单元，使得两者之间发生较好的耦合，从而拓宽天线带宽；此外，通过对称结构使得天线的全向性较好。本实用新型提供的PCB全频段天线的带宽可以达到700Mhz～6000Mhz，解决了现有物联网设备中天线结构复杂且带宽较窄的问题。

Description

一种PCB全频段天线及物联网设备

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域，特别涉及一种PCB全频段天线及物联网设备。

背景技术

物联网(Internet ofThings，IoT)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

物联网设备包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等，以及包括“外在使能”的，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等。通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络连接物联网域名实现互联互通(M2M)、应用大集成(Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网(Intranet)、专网(Extranet)、和/或互联网(Internet)环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

为了实现物联网设备的“万物互联”功能，势必需要在其中设置无线通信模块。而天线，作为无线通信功能实现所必须的元器件，对物联网设备的无线通信性能起到了关键作用。

现有物联网设备中的天线通常采用PCB+Cable的模式。传统的PCB天线，覆盖频段少，因此常常需要在物联网设备中增加多个天线才可以达到频段覆盖的要求，由此导致的便是不仅要求物联网设备中留给天线的空间要尽可能大，还使得天线结构复杂，使得物联网设备的加工变得繁琐。可即便如此，物联网设备中的天线的无线通信性能整体增益低、效率低且方向性差，在实际使用上干扰也会很明显，限制了物联网设备的使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种PCB全频段天线及物联网设备，以至少解决现有物联网设备中天线结构复杂且带宽较窄的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种PCB全频段天线，所述PCB全频段天线包括PCB基板和在长度方向上呈轴对称的天线主体；所述天线主体包括呈C字形的第一辐射单元和呈长条形的第二辐射单元，所述第一辐射单元半包围所述第二辐射单元的一端；第一辐射单元沿其走线设有C型槽。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述第二辐射单元包括第一枝节、第二枝节和第三枝节；所述第一枝节被所述第一辐射单元所包围，且所述第一枝节的一端通过一连接线与所述第二枝节的一端相连；所述第二枝节的另一端与所述第三枝节的一端相连；所述第三枝节包括沿长度方向平行设置的第一分枝、第二分枝和第三分枝，所述第一分枝和所述第三分枝对称的分立于所述第二分枝两侧，且所述第一分枝和所述第三分枝的长度小于所述第二分枝的长度。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，第二枝节的中部与所述第一枝节的中部通过所述连接线相连；所述第二枝节与所述连接线相连处的两侧对称开设有短槽。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述第二分枝包括主辐射末端、第一分辐射末端和第二分辐射末端；所述主辐射末端、所述第一分辐射末端和所述第二分辐射末端的同侧端部相连并与所述第二枝节相连；所述第一分辐射末端和所述第二分辐射末端对称的分立与所述主辐射末端两侧；所述第一分辐射末端和所述第二分辐射末端的长度小于所述主辐射末端的长度。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述主辐射末端的中部呈凹陷状，所述主辐射末端的自由端的宽度大于与所述第二枝节相连一端的宽度。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述第一辐射单元上设置有馈电点，所述第二辐射单元上设置有地点。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述馈电点和所述地点位于所述天线主体的对称轴上，且相邻设置。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述馈电点和所述地点之间的间距为1～1.5mm。

可选的，在所述的PCB全频段天线中，所述PCB全频段天线还包括同轴线缆，所述同轴线缆包括相互绝缘的芯线和屏蔽编织层，所述芯线与所述馈电点电性连接，所述屏蔽编织层与所述地点电性连接。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种物联网设备，所述物联网设备包括如上任一项所述的PCB全频段天线。

本实用新型提供的PCB全频段天线及物联网设备，包括PCB基板和在长度方向上呈轴对称的天线主体；所述天线主体包括呈C字形的第一辐射单元和呈长条形的第二辐射单元，所述第一辐射单元半包围所述第二辐射单元的一端；第一辐射单元沿其走线设有C型槽。通过呈C字形的第一辐射单元半包围呈长条形的第二辐射单元，使得两者之间发生较好的耦合，从而拓宽天线带宽；此外，通过对称结构使得天线的全向性较好。本实用新型提供的PCB全频段天线的带宽可以达到700Mhz～6000Mhz，解决了现有物联网设备中天线结构复杂且带宽较窄的问题。

附图说明

图1为本实施例提供的PCB全频段天线的结构示意图；

图2为本实施例提供的PCB全频段天线中天线主体的结构放大图；

图3为本实施例提供的PCB全频段天线的测试结果图；

其中，各附图标记说明如下：

100-PCB基板；200-天线主体；210-第一辐射单元；211-C型槽；212-馈电点；221-第一枝节；222-连接线；223-第二枝节；2231-短槽；2241-第一分枝；2242-第二分枝；2421-主辐射末端；2422-分辐射末端；2243-第三分枝；225-地点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的PCB全频段天线及物联网设备作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本实用新型的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供一种PCB全频段天线，如图1和图2所示，所述PCB全频段天线包括PCB基板100和在长度方向上呈轴对称的天线主体200；所述天线主体200包括呈C字形的第一辐射单元210和呈长条形的第二辐射单元220，所述第一辐射单元210半包围所述第二辐射单元220的一端；第一辐射单元210沿其走线设有C型槽211。

本实施例提供的种PCB全频段天线，通过呈C字形的第一辐射单元半包围呈长条形的第二辐射单元，使得两者之间发生较好的耦合，从而拓宽天线带宽；此外，通过对称结构使得天线的全向性较好。本实用新型提供的PCB全频段天线的带宽可以达到700Mhz～6000Mhz，解决了现有物联网设备中天线结构复杂且带宽较窄的问题。

具体的，在本实施例中，如图2所示，所述第二辐射单元220包括第一枝节221、第二枝节223和第三枝节(含2241、2242和2243)；所述第一枝节221被所述第一辐射单元210所包围，且所述第一枝节221的一端通过一连接线222与所述第二枝节223的一端相连；所述第二枝节223的另一端与所述第三枝节的一端相连；所述第三枝节包括沿长度方向平行设置的第一分枝2241、第二分枝2242和第三分枝2243，所述第一分枝2241和所述第三分枝2243对称的分立于所述第二分枝2242两侧，且所述第一分枝2241和所述第三分枝2243的长度小于所述第二分枝2242的长度。

第一枝节221被第一辐射单元210所包围，与第一辐射单元210产生电磁耦合，从而能够有效拓宽低频、中频和高频的带宽。第三枝节的三个分枝平行设置，相互之间产生耦合，从而激发了较强的低频，且拓宽了低频的带宽。第二枝节223处用于产生中频。如此，通过天线的结构设计，能够在不增加天线数量的基础上实现频段的全覆盖。

进一步的，在本实施例中，所述第二枝节223的中部与所述第一枝节221的中部通过所述连接线222相连；所述第二枝节223与所述连接线222相连处的两侧对称开设有短槽2231。

第一枝节221和第二枝节222的中部相连，使得连接线222位于对称轴上，从而有利于电流的均匀分布，从而有效提高各走线区域的电磁耦合。在连接线222的两侧开设短槽2231，通过调整短槽2231距连接线222的距离、短槽2231的深度、宽度及个数等参数，能够实现对天线中频的调谐，保证中频的带宽和辐射强度。

需要说明的是，在本实施例中，所示的短槽2231的数量为两个，但本领域技术人员所可以理解的是，在不同的场景下，短槽2231的数量可以为多个，如四个等。此外，短槽2231在本实施例中呈一字型，在其他情形下，为保证天线的性能，短槽2231的形状还可以为L型或C型等其他形状。在不违背本实用新型主旨前提下的其他短槽设计也应当属于本实用新型的保护范围。

更进一步的，在本实施例中，所述第二分枝2242包括主辐射末端2421、第一分辐射末端2422和第二分辐射末端；所述主辐射末端2421、所述第一分辐射末端2242和所述第二分辐射末端的同侧端部相连并与所述第二枝节223相连；所述第一分辐射末端2242和所述第二分辐射末端对称的分立与所述主辐射末端2421两侧；所述第一分辐射末端2242和所述第二分辐射末端的长度小于所述主辐射末端2421的长度。

低频的产生主要在第三枝节处，而第三枝节的第二分枝2242为辐射末端。具体的，主辐射末端2421的长度大于第一分枝2241或第三分枝2243的长度；第一分辐射末端和第二分辐射末端与主辐射末端2421平行设置且相互之间形成有耦合槽，从而通过分辐射末端对主辐射末端进行电磁耦合，从而提高了低频段的耦合效率和天线性能。

较佳的，在本实施例中，所述主辐射末端2421的中部呈凹陷状，所述主辐射末端2421的自由端的宽度大于与所述第二枝节223相连一端的宽度。通过先窄后宽的设计，使得主辐射末端2421上流经的电流强度发生了变化，从而在辐射末端能够形成较强的辐射性能。

在本实施例中，所述第一辐射单元210上设置有馈电点212，所述第二辐射单元220上设置有地点225。所述PCB全频段天线还包括同轴线缆，所述同轴线缆包括相互绝缘的芯线和屏蔽编织层，所述芯线与所述馈电点212电性连接，所述屏蔽编织层与所述地点225电性连接。

通过同轴线缆对天线主体进行馈电，而馈电点212和地点225分立于两个不同的辐射单元上，从而形成了偶极子天线，有利于拓宽天线带宽。

较佳的，所述馈电点212和所述地点225位于所述天线主体的对称轴上，且相邻设置。如此，能够使得从馈电点212流出的电流对称分布与整个天线主体中，从而使得天线的全向性较好。

进一步的，为保证天线的耦合效率，同时不会因与同轴线缆焊接而造成短路，在本实施例中，所述馈电点212和所述地点225之间的间距为1～1.5mm。

以下，以一具体实施例说明本实用新型提供的PCB全频段天线。在该实施例中，各尺寸的公差范围为±0.05mm，在具体实施应用时，公差范围可以在±0.05mm至±0.5mm之间进行合理选择。

本实施例中的PCB全频天线的天线主体通过板路印刷的方式形成于PCB基板上，PCB基板选择FR4。天线主体的总长为116.4mm，总宽为14.6mm。第一辐射主体中C型槽的宽度为1.1mm，且中央区域呈弧形，这有利于与第二辐射单元之间进行耦合，以及有利于提升天线的全向性能。馈电点与地点的宽度一致，为2.5mm；馈电点的宽度为2mm，地点的宽度为2.5mm；馈电点和地点相对设置，即馈电点位于第一辐射单元靠近第二辐射单元的位置，地点位于第二辐射单元靠近第一辐射单元的位置，且馈电点和地点相邻设置。

第二辐射单元中，第一枝节被第一辐射单元所包围，且两者相距1.2mm。连接线的宽度为1.7mm。第二枝节的短槽数量为2，对称分布于连接线两侧，短槽的宽度为0.8mm，长为2.8mm。第三枝节中，第一分枝和第三分枝对称设置于第二分枝的两侧，且三者平行，间隔为1mm。第二分枝的主辐射末端凸出第一分枝和第三分枝约5.1mm，两个分辐射末端位于主辐射末端两侧，间隔为0.6mm，且短于主辐射末端，分辐射末端的自由端呈斜面，且靠近主辐射末端一侧较高，倾角约为45°；主辐射末端的中部呈凹陷状，主辐射末端距第一分枝或第二分枝的最大距离为4mm，最小距离为1mm。

以该天线进行仿真模拟验证，结果如图3所示。从图中可以发现，本实施例提供的PCB全频段天线在整个频段范围内产生了多个谐振，且多个谐振的效率符合通信要求，即该天线的工作频段覆盖了低频、中频和高频(700Mhz-6000Mhz)，形成了全频段的覆盖。

本实施例还提供一种物联网设备，包括本实施例提供的PCB全频段天线。物联网设备包括但不限于路由器、网关、平板、笔记本电脑等。

综上所述，本实施例提供的PCB全频段天线及物联网设备，包括PCB基板和在长度方向上呈轴对称的天线主体；所述天线主体包括呈C字形的第一辐射单元和呈长条形的第二辐射单元，所述第一辐射单元半包围所述第二辐射单元的一端；第一辐射单元沿其走线设有C型槽。通过呈C字形的第一辐射单元半包围呈长条形的第二辐射单元，使得两者之间发生较好的耦合，从而拓宽天线带宽；此外，通过对称结构使得天线的全向性较好。本实用新型提供的PCB全频段天线的带宽可以达到700Mhz～6000Mhz，解决了现有物联网设备中天线结构复杂且带宽较窄的问题。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种PCB全频段天线，其特征在于，所述PCB全频段天线包括PCB基板和在长度方向上呈轴对称的天线主体；所述天线主体包括呈C字形的第一辐射单元和呈长条形的第二辐射单元，所述第一辐射单元半包围所述第二辐射单元的一端；第一辐射单元沿其走线设有C型槽。

2.根据权利要求1所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述第二辐射单元包括第一枝节、第二枝节和第三枝节；所述第一枝节被所述第一辐射单元所包围，且所述第一枝节的一端通过一连接线与所述第二枝节的一端相连；所述第二枝节的另一端与所述第三枝节的一端相连；所述第三枝节包括沿长度方向平行设置的第一分枝、第二分枝和第三分枝，所述第一分枝和所述第三分枝对称的分立于所述第二分枝两侧，且所述第一分枝和所述第三分枝的长度小于所述第二分枝的长度。

3.根据权利要求2所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述第二枝节的中部与所述第一枝节的中部通过所述连接线相连；所述第二枝节与所述连接线相连处的两侧对称开设有短槽。

4.根据权利要求2所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述第二分枝包括主辐射末端、第一分辐射末端和第二分辐射末端；所述主辐射末端、所述第一分辐射末端和所述第二分辐射末端的同侧端部相连并与所述第二枝节相连；所述第一分辐射末端和所述第二分辐射末端对称的分立与所述主辐射末端两侧；所述第一分辐射末端和所述第二分辐射末端的长度小于所述主辐射末端的长度。

5.根据权利要求4所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述主辐射末端的中部呈凹陷状，所述主辐射末端的自由端的宽度大于与所述第二枝节相连一端的宽度。

6.根据权利要求1所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述第一辐射单元上设置有馈电点，所述第二辐射单元上设置有地点。

7.根据权利要求6所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述馈电点和所述地点位于所述天线主体的对称轴上，且相邻设置。

8.根据权利要求7所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述馈电点和所述地点之间的间距为1～1.5mm。

9.根据权利要求6所述的PCB全频段天线，其特征在于，所述PCB全频段天线还包括同轴线缆，所述同轴线缆包括相互绝缘的芯线和屏蔽编织层，所述芯线与所述馈电点电性连接，所述屏蔽编织层与所述地点电性连接。

10.一种物联网设备，其特征在于，所述物联网设备包括如权利要求1～9任一项所述的PCB全频段天线。