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CN116417797B - 可调电小pcb天线 - Google Patents

可调电小pcb天线

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CN116417797B
CN116417797B CN202310344992.9A CN202310344992A CN116417797B CN 116417797 B CN116417797 B CN 116417797B CN 202310344992 A CN202310344992 A CN 202310344992A CN 116417797 B CN116417797 B CN 116417797B
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China
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pcb
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antenna
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voltage
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皇甫江涛
赵涛
赵毅
段赐琛
陈凯
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Shanghai Spaceflight Electronic and Communication Equipment Research Institute
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Abstract

本发明提供了一种可调电小PCB天线，包括：双面覆铜PCB电路板和电压控制匹配电路；所述双面覆铜PCB电路板边缘分布一圈金属过孔，所述金属过孔将双面覆铜PCB电路板的上下两层表面覆铜板相连，所述覆铜板接地；所述PCB电路板一侧开有一个缺口槽，所述缺口槽包括位于PCB电路板中间的缺口以及连接所述缺口和PCB电路板边缘的缝隙；所述缺口槽两侧放置一组焊盘；所述电压控制匹配电路电连接所述焊盘。本发明中PCB天线不需要单独的辐射体可以有效减少天线占用空间。

Description

可调电小PCB天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种可调电小PCB天线。
背景技术
随着无线通信技术的发展，移动终端在实际研究应用中逐渐向多功能、小型化、高性能方向发展。天线作为无线通信设备中用来收发信号的部件，被广泛应用在各个领域。目前，要求移动终端功能变多的同时体积减少，导致天线的可用空间越来越小。而且随着功能变多，越来越多的频段会被同时集成在天线上，并且天线需要和运载体的表面齐平或共形，这都推动了小型化天线，低剖面天线的研究。
PCB天线广泛应用于现代微波收发系统，是微波器件的重要组成部分。但在实际生产应用中也存在一定的问题，主要是实物加工后的测试结果会与软件仿真的理论结果存在偏差。实际加工生产的不同批次的同一型号的PCB板会在损耗正切、介电常数、厚度等参数上存在不同，但软件仿真的PCB天线参数是按照理论值设定的。这也就导致了软件仿真的理论结果与加工出来的实际天线测试结果之间存在一定误差。而且在环境的温度、压强发生巨大变化时，PCB天线的频率也会发生偏移。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可调电小PCB天线，该PCB天线不需要单独的辐射体可以有效减少天线占用空间，属于电小PCB天线。该PCB天线可以更好地与系统集成并且可以通过数字编码改变天线辐射频率。
根据本发明提供的可调电小PCB天线，包括：双面覆铜PCB电路板和电压控制匹配电路；
所述双面覆铜PCB电路板边缘分布一圈金属过孔，所述金属过孔将双面覆铜PCB电路板的上下两层表面覆铜板相连，所述覆铜板接地；
所述PCB电路板一侧开有一个缺口槽，所述缺口槽包括位于PCB电路板中间的缺口以及连接所述缺口和PCB电路板边缘的缝隙；所述缺口槽两侧放置一组焊盘；
所述电压控制匹配电路电连接所述焊盘。
优选地，所述电压控制匹配电路包括馈源端口、第一电容、第二电容、变容二极管、电感以及电压控制器；
所述馈源端口连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接变容二极管的负极和第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述焊盘；
所述电压控制器的正极通过电感连接所述变容二极管的负极，所述变容二极管的正极与接地覆铜板相连，电压控制器的负极与覆铜板相连。
优选地，所述馈源端口，用于输入信号进入电压控制匹配电路产生谐振，以使沿PCB电路板边缘流动的谐振电流产生有效辐射。
优选地，所述电压控制器通过数字编码改变输出电压大小。
优选地，通过控制所述电压控制器输出不同电压值改变所述变容二极管的电容值大小以改变天线辐射频率
优选地，所述天线辐射频率f(GHz)和电压控制器电压v(V)之间的关系为：
f＝-0.005*v2+0.135*v+1.604。
优选地，所述变容二极管，用于通过电压调节消除PCB电路板因生产误差对天线辐射频率产生的影响。
优选地，所述PCB电路板采用FR-4双面PCB电路板。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明不需要单独的辐射体属于电小天线，可以有效减少天线占用空间且更好地与有源器件和微波电路集成；
本发明通过数字编码改变辐射频率，可以调整由于PCB板实际生产与理论参数设置的偏差导致天线谐振频率偏移，或者在环境温度、压强等发生剧烈变化时导致PCB天线频率偏移且在条件不允许更换元器件的情况下，通过电压控制器调整天线辐射频率；
本发明具有小型化、低剖面、易集成、成本低、结构简单、加工容易等优势。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中可调电小PCB天线具体结构示意图；
图2为本发明实施例中可调电小PCB天线收发信号系统结构分布示意图；
图3为本发明实施例中不同电压下新型可调电小PCB天线实测S11参数变化图。
图中：
1-双面覆铜PCB电路板、2-缺口槽、3-金属过孔、4-焊盘、5-馈源端口、6-第一电容、7-第二电容、8-变容二极管、9-电感、10-电压控制器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例中新型可调电小PCB天线具体结构示意图，如图1所示，本发明提供的可调电小PCB天线包括双面覆铜PCB电路板1和电压控制匹配电路；
所述双面覆铜PCB电路板1边缘分布一圈金属过孔3，所述金属过孔3将上下两层表面覆铜板相连，且覆铜板接地。
所述PCB电路板一侧开有一个缺口槽2，缺口槽由PCB电路板中间的圆形缺口以及连接圆形缺口和PCB电路板边缘的矩形缝隙组成。
所述缺口槽2两侧放置一组焊盘4。
所述电压控制匹配电路包括微带线连接的第一电容6，第二电容7，电感9和变容二极管8；
所述馈源端口5连接第一电容6，第二电容7并通过焊盘4与PCB电路板1连接。
所述电压控制器10正极通过电感9改变变容二极管8电压从而改变电容值，电压控制器10负极以及变容二极管8的正极与接地覆铜板相连。信号通过馈源端口5进入电压控制匹配电路产生谐振，利用沿PCB板边缘流动的谐振电流产生有效辐射。
电小天线是指天线的最大几何尺寸远小于工作波长的天线，电小天线用集总参数理论或球面波模型理论进行分析得出的结论是：
天线的品质因素Q和以波长衡量的天线体积球体的半径的三次方成反比，天线的电尺寸越小，Q值越高，工作频带宽度越窄。
因此，电小天线的基本限度是由它允许的最小工作频带带宽决定的。如果用电尺寸的大小作为判断电小天线的标准，惠勒H.A.Wheeler定义为：
式中，l为天线的最大尺寸，λ为工作波长。
本发明实施例中可调PCB天线的不需要单独的辐射体，缺口槽与电压控制匹配电路的结构尺寸为10.3mm*8.3mm。由于天线辐射频率可调，取2GHz计算波长为150mm，根据电尺寸判断该天线属于电小天线。
图2为本发明实施例中可调电小PCB天线收发信号系统结构分布示意图，如图2所示，无线收发器产生的信号经过功率放大器放大后，通过收发转换器到达本发明提供的可调电小PCB天线，电压控制器调整天线频率产生有效辐射。空间中的信号被新型可调电小PCB天线接收，经过收发转换器后到达低噪声放大器，然后进入无线收发器。
本发明的实施例及其实施过程如下：
天线是在一块长为42mm，宽为21mm，高为0.6mm的PCB板1长边的一侧开一个半径为2mm的圆形缺口，圆形缺口与板边缘之间由一个长为2mm，宽为1mm的矩形缝隙连接，圆形缺口和矩形缝隙共同构成缺口槽2。
PCB板1介质为FR4，介电常数4.3，覆铜厚度0.035mm。在缺口槽2以及PCB板1的边缘都分布着一系列的半径为0.15mm的金属过孔3，金属过孔3间隔2mm，金属过孔3将上下两块覆铜板连接。
电压控制匹配电路包括宽度为0.6mm的微带线连接第一电容6，第二电容7，变容二极管8和电感9。信号通过馈源端口5进入电压控制匹配电路产生谐振电流然后在PCB板边缘产生有效辐射。通过数字编码改变电压控制器10的输出电压，电压控制器10正极通过电感9改变变容二极管8电压从而改变电容值，天线的辐射频率发生改变。
图3为本发明实施例中不同电压下新型可调电小PCB天线实测S11参数变化图，如图3所示，本发明中可调电小PCB天线实测S11参数变化图可以看到，通过数字编码改变电压控制器的输出电压，在变容二极管两端施加不同的电压调节PCB天线的谐振频率。电压控制器10输出不同电压值改变变容二极管的电容值大小，从而改变天线辐射频率，天线辐射频率f(GHz)和电压控制器电压v(V)之间的关系为f＝-0.005*v2+0.135*v+1.604。
从图3的S11曲线图可以看出该天线具有滤波特性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种可调电小PCB天线，其特征在于，包括：双面覆铜PCB电路板(1)和电压控制匹配电路；
所述双面覆铜PCB电路板(1)边缘分布一圈金属过孔(3)，所述金属过孔(3)将双面覆铜PCB电路板(1)的上下两层表面覆铜板相连，所述覆铜板接地；
所述PCB电路板(1)一侧开有一个缺口槽(2)，所述缺口槽(2)包括位于PCB电路板中间的缺口以及连接所述缺口和PCB电路板边缘的缝隙；所述缺口槽(2)两侧放置一组焊盘(4)；
所述电压控制匹配电路电连接所述焊盘(4)；所述电压控制匹配电路包括馈源端口(5)、第一电容(6)、第二电容(7)、变容二极管(8)、电感(9)以及电压控制器(10)；
所述馈源端口(5)连接所述第一电容(6)的一端，所述第一电容(6)的另一端连接变容二极管(8)的负极和第二电容(7)的一端，所述第二电容(7)的另一端连接所述焊盘(4)；
所述电压控制器(10)的正极通过电感(9)连接所述变容二极管(8)的负极，所述变容二极管(8)的正极与接地覆铜板相连，电压控制器(10)的负极与覆铜板相连，通过控制所述电压控制器(10)输出不同电压值改变所述变容二极管的电容值大小以改变天线辐射频率。
2.根据权利要求1所述的可调电小PCB天线，其特征在于，所述馈源端口(5)，用于输入信号进入电压控制匹配电路产生谐振，以使沿PCB电路板边缘流动的谐振电流产生有效辐射。
3.根据权利要求1所述的可调电小PCB天线，其特征在于，所述电压控制器(10)通过数字编码改变输出电压大小。
4.根据权利要求1所述的可调电小PCB天线，其特征在于，所述天线辐射频率f(GHz)和电压控制器电压v(V)之间的关系为：
f＝-0.005*v2+0.135*v+1.604。
5.根据权利要求1所述的可调电小PCB天线，其特征在于，所述变容二极管，用于通过电压调节消除PCB电路板因生产误差对天线辐射频率产生的影响。
6.根据权利要求1所述的可调电小PCB天线，其特征在于，所述PCB电路板(1)采用FR-4双面PCB电路板。
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