板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及工業(yè)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域，具體涉及一種板載PCB倒F的2.4GHz射頻通信模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)提出了微型化的新要求。一般而言，無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)中的通信模塊主要由射頻芯片及其外圍電路和天線(xiàn)兩大部分組成，天線(xiàn)的性能直接決定了節(jié)點(diǎn)甚至整個(gè)無(wú)線(xiàn)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外接天線(xiàn)的方式，而這些外接天線(xiàn)存在功放與天線(xiàn)之間匹配電路不統(tǒng)一的問(wèn)題以及天線(xiàn)體積較大不利于通信模塊的安裝或部署，大多數(shù)的外接天線(xiàn)抗干擾能力比較弱，容易受到外部環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)通信模塊整體通信性能大大降低。
[0003]然而，無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)微型化的特殊要求決定了天線(xiàn)必須具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、成本低的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的外接射頻天線(xiàn)很難滿(mǎn)足以上要求，而PCB天線(xiàn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于匹配和設(shè)計(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于藍(lán)牙、IEEE 802.a/b/g等短距離無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域。
[0004]其中倒F(IFA)天線(xiàn)是單極子天線(xiàn)的一種變形結(jié)構(gòu)，不僅具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于匹配和制作等優(yōu)點(diǎn)，其輻射既包括水平極化分量有包含垂直計(jì)劃分量。所以尤其對(duì)于應(yīng)用環(huán)境主要為室內(nèi)存在墻壁或裝飾品等的散射會(huì)造成電場(chǎng)極化現(xiàn)象時(shí)，使用倒F天線(xiàn)可以有效的增強(qiáng)接收效果。
[0005]國(guó)內(nèi)外對(duì)印刷倒F(IFA)天線(xiàn)的研究已經(jīng)歷經(jīng)數(shù)年的歷史，但以往研究者所設(shè)計(jì)的PCB倒F天線(xiàn)大都存在增益不足，回波損耗過(guò)大，有效帶寬過(guò)窄等缺點(diǎn)，為克服這些缺點(diǎn)，許多國(guó)內(nèi)外研究者從天線(xiàn)的極化、阻抗機(jī)理、電流特性等層面對(duì)印刷倒F天線(xiàn)進(jìn)行了深入的研究，從印刷倒F天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和天線(xiàn)的極化、阻抗匹配等理論層面對(duì)印刷倒F天線(xiàn)進(jìn)行了深入分析。然而，他們所設(shè)計(jì)的印刷倒F天線(xiàn)雖具有足夠大的增益，但其回波損耗分別為_(kāi)30dB和-16dB，仍然存在回波損耗偏大的缺點(diǎn)。這些天線(xiàn)的應(yīng)用使得無(wú)線(xiàn)通信模塊還存在傳輸距離較短、接收靈敏度較低等性能較差的通信問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，包括射頻模塊和匹配電路，還包括與匹配電路連接的PCB天線(xiàn)，所述PCB天線(xiàn)為倒F天線(xiàn)。
[0008]進(jìn)一步，所述射頻模塊包括射頻芯片、外圍電路和電源管理模塊，所述電源管理模塊為外圍電路、射頻芯片供電，所述射頻芯片與匹配電路連接。
[0009]進(jìn)一步，所述倒F天線(xiàn)包括福射體3、接地端I和饋入端2，所述接地端從福射體一端向下延伸，所述饋入端的一端與輻射體連接，饋入端的另一端與射頻模塊連接。
[0010]進(jìn)一步，所述輻射體包括諧振段31，所述諧振段的長(zhǎng)度L為16.2mm，所述接地端的長(zhǎng)度H為3.7mm，所述接地端與饋入端間的距離S為5_。
[0011]進(jìn)一步，該通信模塊的回波損耗低至-47.8dB，電壓駐波比VSWR〈2的有效帶寬為160MHz ο
[0012]進(jìn)一步，該通信模塊的有效傳輸距離超過(guò)100米，發(fā)射功率4.2dBm，發(fā)射功耗為
0.08mWo
[0013]進(jìn)一步，所述射頻芯片為CC2530。
[0014]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0015]本發(fā)明具有低成本、低功耗、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，解決工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信中節(jié)點(diǎn)通信性能較差的難題，滿(mǎn)足了無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)微型化、低成本、低功耗和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍厥庖蟆?br>【附圖說(shuō)明】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0017]圖1為無(wú)線(xiàn)通信模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)物圖和PCB;
[0019]圖3為倒F天線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述;應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021 ]如圖1所示，板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，包括射頻模塊和匹配電路，還包括與匹配電路連接的PCB天線(xiàn)，所述PCB天線(xiàn)為倒F天線(xiàn)。進(jìn)一步，所述射頻模塊包括射頻芯片(CC2530)、外圍電路和電源管理模塊，所述電源管理模塊為外圍電路、射頻芯片供電，所述射頻芯片與匹配電路連接。
[0022]所述倒F天線(xiàn)包括輻射體3、接地端I和饋入端2，所述接地端從輻射體一端向下延伸，所述饋入端的一端與輻射體連接，饋入端的另一端與射頻模塊連接。所述輻射體包括諧振段31，所述諧振段的長(zhǎng)度L為16.2mm，所述接地端的長(zhǎng)度H為3.7mm，所述接地端與饋入端間的距離S為5mm。
[0023]該通信模塊的回波損耗低至-47.8dB，電壓駐波比VSWR〈2的有效帶寬為160MHz;有效傳輸距離超過(guò)100米，發(fā)射功率4.2dBm，發(fā)射功耗為0.08mW。
[0024]本發(fā)明提升了印刷倒F天線(xiàn)的增益，降低了天線(xiàn)的回波損耗，提高了2.4GHz射頻模塊的通信性能，射功率為4.2dBm，發(fā)射功耗低至0.08mff，有效傳輸距離超過(guò)100米，具有體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]圖2為板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻模塊實(shí)物圖，根據(jù)已經(jīng)優(yōu)化和仿真的天線(xiàn)模型繪制的PCB倒F天線(xiàn)和射頻模塊集成的2.4GHz射頻模塊實(shí)物。其中天線(xiàn)實(shí)物制作中，銅的厚度為0.03_，采用50 Ω的SMA接頭同軸饋電，內(nèi)同軸直徑為1.2_。
[0026]如圖3所示，倒F天線(xiàn)可以等效為一種a端開(kāi)路，e端短路的振蕩器，它由長(zhǎng)為L(zhǎng)的終端開(kāi)路傳輸線(xiàn)和長(zhǎng)為S的終端短路傳輸線(xiàn)并聯(lián)而成，其中，a端到b端可以視作電阻和電容并聯(lián)，c端到b端可以視作電阻和電感串聯(lián)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)調(diào)整b點(diǎn)的位置和天線(xiàn)的尺寸來(lái)進(jìn)行匹配，以獲得在工作頻段的理想匹配效果。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，包括射頻模塊和匹配電路，其特征在于:還包括與匹配電路連接的PCB天線(xiàn)，所述PCB天線(xiàn)為倒F天線(xiàn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，其特征在于:所述射頻模塊包括射頻芯片、外圍電路和電源管理模塊，所述電源管理模塊為外圍電路、射頻芯片供電，所述射頻芯片與匹配電路連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，其特征在于:所述倒F天線(xiàn)包括輻射體(3)、接地端(I)和饋入端(2)，所述接地端從輻射體一端向下延伸，所述饋入端的一端與輻射體連接，饋入端的另一端與射頻模塊連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，其特征在于:所述輻射體包括諧振段(31)，所述諧振段的長(zhǎng)度L為16.2mm，所述接地端的長(zhǎng)度H為3.7mm，所述接地端與饋入端間的距離S為5mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，其特征在于:該通信模塊的回波損耗低至-47.8dB，電壓駐波比VSWR〈2的有效帶寬為160MHz。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，其特征在于:該通信模塊的有效傳輸距離超過(guò)100米，發(fā)射功率4.2dBm，發(fā)射功耗為0.08mW。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，其特征在于:所述射頻芯片為CC2530。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種板載PCB倒F天線(xiàn)的2.4GHz射頻通信模塊，還包括與匹配電路連接的PCB天線(xiàn)，所述PCB天線(xiàn)為倒F天線(xiàn)；所述倒F天線(xiàn)包括輻射體3、接地端1和饋入端2，所述接地端從輻射體一端向下延伸，所述饋入端的一端與輻射體連接，饋入端的另一端與射頻模塊連接。本發(fā)明具有低成本、低功耗、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，解決工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信中節(jié)點(diǎn)通信性能較差的難題，滿(mǎn)足了無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)微型化、低成本、低功耗和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍厥庖蟆?br>【IPC分類(lèi)】H04B1/40, H01Q1/36, H01Q1/50, H01Q1/48
【公開(kāi)號(hào)】CN105514587
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610058460
【發(fā)明人】嚴(yán)冬, 程亞軍, 王平, 汪朋
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日