本實用新型涉及天線領(lǐng)域,尤其涉及一種PCB天線及wifi轉(zhuǎn)串口模塊。
背景技術(shù):
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)無線傳感網(wǎng)對無線通信節(jié)點提出了微型化的新要求。一般而言,無線通信節(jié)點中的通信模塊主要由射頻芯片及其外圍電路和天線兩大部分組成,天線的性能直接決定了節(jié)點甚至整個無線通信網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)。目前傳統(tǒng)的射頻通信模塊往往采用倒F天線的方式。
PCB倒F天線是半波偶極子天線的一種變形結(jié)構(gòu),不僅具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易于匹配和制作等優(yōu)點,其輻射既包括水平極化分量有包含垂直計劃分量。
這種天線的全向性不好,以水平面360°為例,往往會存在一個90°左右的輻射盲區(qū)。而且在輻射盲區(qū)和輻射盲區(qū)附近通信質(zhì)量會嚴(yán)重降低。因此,針對上述問題,本實用新型實施例采用半波偶極子天線模型,在天線主體和接口模塊之間的引線設(shè)置了電感或電感電容并聯(lián)電路,消除了引線對天線輻射波的影響,使天線的輻射波恢復(fù)全向性。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型實施例公開了一種PCB天線及wifi轉(zhuǎn)串口模塊,在天線主體和接口模塊之間的引線設(shè)置了電感或電感電容并聯(lián)電路,消除了引線對天線輻射波的影響,可以實現(xiàn)360°的全向性。
本實用新型實施例提供了一種PCB天線,包括天線主體和引線,所述天線主體通過所述引線連接接口模塊,
所述引線與電感或電感電容并聯(lián)電路串聯(lián)。
優(yōu)選地,所述引線包括四條導(dǎo)線;所述四條導(dǎo)線分別是信號線RS232-TX、信號線RS232-RX、5V電源線和地線。
優(yōu)選地,所述信號線RS232-TX配置所述電感;
所述信號線RS232-RX配置所述電感;
所述5V電源線配置所述電感電容并聯(lián)電路;
所述地線配置所述電感電容并聯(lián)電路。
優(yōu)選地,所述電感為一個以上;
所述電感電容并聯(lián)電路為一個以上。
優(yōu)選地,所述天線主體包括L型天線、微帶線、RF模塊和金屬片,
所述L型天線、所述微帶線、所述RF模塊設(shè)置于所述金屬片上;
所述L型天線通過所述微帶線連接所述RF模塊;
所述RF模塊連接所述引線;
所述L型天線位于所述金屬片與所述接口模塊之間。
優(yōu)選地,所述電感的電感值具體為18nH。
優(yōu)選地,所述電感電容并聯(lián)電路中的電感的電感值具體為3.9nH;
所述電感電容并聯(lián)電路中的電容的電容值具體為1.1pF。
本實用新型提供的一種wifi轉(zhuǎn)串口模塊,包括:
逆變器、以及上述的PCB天線;
所述逆變器與所述PCB天線的接口模塊連接。
從以上技術(shù)方案可以看出,本實用新型實施例具有以下優(yōu)點:
本實用新型實施例采用半波偶極子天線模型,在天線主體和接口模塊之間的引線設(shè)置了電感或電感電容并聯(lián)電路,消除了引線對天線輻射波的影響,使天線的輻射波恢復(fù)全向性。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本實用新型實施例中提供的一種PCB天線的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本實用新型實施例中提供的一種PCB天線中并聯(lián)諧振模塊和高阻抗模塊設(shè)置于4根導(dǎo)線上的電路原理示意圖。
其中,附圖標(biāo)記如下所示:
1、L型天線;2、底板;3、金屬片;4、電感或電感電容并聯(lián)電路;5、引線;6、接口模塊;7、微帶線;8、RF模塊。
具體實施方式
本實用新型實施例公開了一種PCB天線及wifi轉(zhuǎn)串口模塊,在天線主體和接口模塊6之間的引線5設(shè)置了電感或電感電容并聯(lián)電路4,消除了引線5 對天線輻射波的影響,可以實現(xiàn)360°的全向性。
請參閱圖1,本實用新型實施例中提供的一種PCB天線的一個實施例包括天線主體、引線5、底板2;
天線主體、所述引線5安裝在所述底板2上;
天線主體通過所述引線5連接接口模塊6;
天線主體通過所述引線5連接接口模塊6,
引線5設(shè)置有電感或電感電容并聯(lián)電路4。
天線主體包括L型天線1、微帶線7、RF模塊8和金屬片3,
L型天線1、微帶線7、RF模塊8設(shè)置于金屬片3上;
L型天線1通過微帶線7連接RF模塊8;
RF模塊8通過相應(yīng)的導(dǎo)線連接引線5,在圖1中沒有畫出相應(yīng)的導(dǎo)線;
L型天線1位于金屬片3與接口模塊6之間。
需要說明的是,本實用新型實施例中的接口模塊6具體為DB9接口,用于連接信號處理的外部設(shè)備,比如逆變器,最終實現(xiàn)逆變器與本實用新型實施例的對接。
L型天線1與微帶線7相連接,RF信號從模塊到微帶線再傳輸?shù)教炀€上。從天線的等效模型看,金屬片3可以等效成半波偶極子天線的另外一邊。應(yīng)該注意到,金屬片3不與天線相連接。
以上是本實用新型的一個實施例的具體描述,以下將對本實用新型的電感或電感電容并聯(lián)電路4做詳細(xì)的介紹。
電感電容并聯(lián)電路由電感與電容并聯(lián)而成。
需要說明的是,引出引線5連接接口模塊6,會影響天線輻射方向性。因此,在引線5上設(shè)置電感或電感電容并聯(lián)電路4來防止引線5影響天線輻射方向性是很重要的。
請參閱圖2,本實用新型的電感或電感電容并聯(lián)電路4設(shè)置于引線5的情況如圖2示。
引線5包括四條導(dǎo)線;所述四條導(dǎo)線分別是信號線RS232-TX、信號線 RS232-RX、5V電源線和地線。
四條導(dǎo)線分別配置不同的電路模塊;
信號線RS232-TX配置電感;
信號線RS232-RX配置電感;
5V電源線配置電感電容并聯(lián)電路;
地線配置電感電容并聯(lián)電路。
電感或電感電容并聯(lián)電路4為一個或一個以上。在圖2中具體為信號線 RS232-TX配置有兩個電感;信號線RS232-RX配置有兩個電感;5V電源線配置有兩個電感電容并聯(lián)電路;地線配置有兩個電感電容并聯(lián)電路。
本實用新型實施例可以截斷4根導(dǎo)線上的2.44GHz信號連接,同時也可以截斷引線5到接口模塊6之間的2.44GHz信號連接,使引線5不會影響天線輻射方向性。信號線RS232-TX、RS232-RX的電流比較小,可以直接通過串聯(lián)一個18nH的電感來達(dá)到2.44GHz(275j)上的截斷效果。5V、GND是電源線,峰值電流可能達(dá)到500mA,因此不能使用18nH的0402電感(這類電感的額定電流最高只有300mA),只能使用電感值低的電感,3.9nH的電感在 2.44GHz上的阻抗是60j,阻抗值較低,為了進(jìn)一步提高阻抗,在電感旁并聯(lián) 1.1pF的電容以達(dá)到并聯(lián)諧振,獲得更高的阻抗。
需要說明的是,本實用新型引線5靠近接口模塊6的一端設(shè)置有如圖2 所示的電路,引線5靠近金屬片3的一端也設(shè)置有如圖2所示的電路。本實用新型揭示了本技術(shù)方案可以根據(jù)引線5的長度自由設(shè)置一個或一個以上如圖2所示的電路。
以上是本實用新型實施例的并聯(lián)諧振模塊和高阻抗模塊的電路原理的詳細(xì)介紹,以下將對本實用新型實施例的其他方面作詳細(xì)的介紹。
本實用新型所用的接口模塊6具體連接逆變器,本實用新型提供的PCB 天線具體安裝于wifi轉(zhuǎn)232接口模塊內(nèi)部,用于接收發(fā)送wifi信號。在wifi 轉(zhuǎn)232接口模塊內(nèi)部,本實用新型提供的PCB天線連接逆變器。逆變器具體為太陽能逆變器,用于接收太陽能量。因此,PCB天線安裝于逆變器下方,其輻射方向需要盡量整體向下。
需要說明的是,本實用新型的優(yōu)點是在PCB天線的設(shè)計中,引入電感或電感電容并聯(lián)電路4來截斷引線5,把引線5分成1/8波長以下,從而消除長引線5對天線輻射方向性能的影響。本實用新型解決了天線附近走線影響輻射方向性的問題,使特殊的天線應(yīng)用場合也能保持天線的方向性不變。
需要說明的是,引線5具體是1/4波長的引線5,要使引線5截斷于1/8 波長以下才能實現(xiàn)消除長引線5對天線輻射方向性能的影響。電感或電感電容并聯(lián)電路4在以下簡稱截斷元件。截斷元件可以替換成其他的在對應(yīng)頻率上(如2.44GHz)有較大阻抗的元件或網(wǎng)絡(luò)。本實用新型揭示的技術(shù)方案不僅可以消除引線5在2.44GHz頻率上對天線輻射方向性能的影響,也可以通過選擇不同的截斷元件消除引線5在其他頻率上對天線輻射方向性能的影響。
電感或電感電容并聯(lián)電路4的對應(yīng)頻率要根據(jù)PCB天線的中心頻率來設(shè)計,而圖1中的PCB天線設(shè)計的中心頻率是2.44GHz,為了防止引線5過長影響天線的輻射方向,電感或電感電容并聯(lián)電路4的高阻抗對應(yīng)的頻率也要設(shè)計在2.44GHz,放置在不同的位置,等效地在2.44GHz上截斷引線5。如果天線的中心頻率是3GHz的話,那電感或電感電容并聯(lián)電路4也要設(shè)計成3GHz 的。
需要說明的是,本實用新型實施例引入截斷元件,是為了在有其他引線的情況下,保持天線的全向性不變。若設(shè)計的PCB天線本來就不是全向性的,加不加截斷元件,也不能糾正回來。
例如,增加2.4Ghz截斷器件,可以在2.4Ghz頻點上把長引線與地平面分開,這樣地平面的高頻電流不能直接流向長引線,只能通過空間耦合的方式在長引線上形成寄生分布電流,而這種電流會比直接連接所形成的電流會小很多。
需要說明的是,上述使引線5截斷于1/8波長以下才能實現(xiàn)消除長引線5 對天線輻射方向性能的影響具體的意思是:長引線會受天線近場輻射的影響而產(chǎn)線耦合電流,引線越長,能耦合到的電流就越大,達(dá)到一定程度,引線就可以等效成一個寄生的天線,與原天線一起組成天線陣,使原天線的輻射方向圖樣發(fā)生畸變。根據(jù)八木宇田天線的設(shè)計原則,如果寄生振子的長度在 1/2的波長以下,寄生振子會具有引向性,使原天線的輻射圖樣往寄生振子的方向偏。而把引線長度控制在1/8波長以下,是為了減小寄生振子的引向作用,即使引線能形成寄生振子,但它相對于主天線(長度是1/2波長),是電小天線,輻射阻抗小,從主天線近場耦合來的能量會因為阻抗不匹配而較難輻射出去。
需要說明的是,本實用新型的原理是通過引入高阻抗或并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)來截斷引線從而把引線分成1/8波長以下,繼而實現(xiàn)輻射的全向性。此處的高阻抗或并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)可以具體為電感或電感電容并聯(lián)電路4,但同樣是對某一頻率高阻抗的元件或者是可實現(xiàn)對某一頻率截斷的電路網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該是本實用新型所啟示的技術(shù)方案。
進(jìn)一步地,長引線與地隔離后,就成為了主天線的寄生振子,會被主天線的近場所激發(fā),進(jìn)而形成次天線。而在我們的PCB天線中,引線的長度已經(jīng)達(dá)到1/4的波長了,其輻射阻抗雖然不能達(dá)到主天線的50ohm那么大,但從仿真結(jié)果觀察已經(jīng)可以產(chǎn)生明顯的引向作用了。因此在這長引線中間增加截斷元件,使原來的長引線分成兩個1/8波長的小振子。而且這兩個小振子方向相互垂直,輻射阻抗都比原來的小,結(jié)合仿真結(jié)果看,不再影響主天線的輻射圖樣了。
上述“把引線分成1/8波長以下”,是指為了減小寄生振子的尺寸,從而減小寄生振子的輻射阻抗,寄生振子輻射阻抗小,主天線比較難把能量耦合到振子上,不能形成輻射對應(yīng)頻率電磁波所需要的電流分布。1/8是一個臨界值,使用軟件仿真,1/4的引線會形成引向振子,而1/8波長以下的引線對主天線影響不大。
以上對本實用新型所提供的一種PCB天線進(jìn)行了詳細(xì)介紹,對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本實用新型實施例的思想,在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處,綜上所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。