一种宽频带天线隔离耦合器制造技术

本发明专利技术提供一种宽频带天线隔离耦合器，该耦合器印刷在PCB基板上，包括传输线、同轴联接器和耦合器；其中：所述的耦合器包括两个耦合环，两个耦合环之间填充PCB基板，两个耦合环分别通过传输线与同轴联接器的信号端相连，且所述同轴联接器接地。本发明专利技术简单高效利用PCB板的层间绝缘设计天线隔离耦合器，实现天线和电网电路的电气隔离，满足超低频、宽带宽以及低损耗的传输性能要求。损耗的传输性能要求。损耗的传输性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种宽频带天线隔离耦合器


[0001]本专利技术涉及物联网设备无线通信领域，具体是一种基于PCB层间绝缘的宽频带天线隔离耦合器的设计。

技术介绍

[0002]随着通信技术的快速发展，物联网产品在人们的生活中无处不在。产品的安全问题也越来越受到广大用户的关注，尤其是带无线通讯功能的物联网产品。集成了无线通讯功能的智能电能表是一种新型物联网产品的代表，在我们现在的生活中应用的非常广泛。无线通信产品都会使用天线，智能电能表也不例外。如果不做天线电气隔离的情况下，天线会存在破损带电的危险，且在安装后天线会特别容易被人们接触到，所以必须要对天线做电气隔离来保证智能电能表的安全使用，同时又能保证智能电能表的通讯性能良好。
[0003]在目前的智能电能表上，常用的电气隔离方案有两种：1)线性变压器隔离2)脉冲变压器隔离。
[0004]线性变压器隔离的方法就是利用线性变压器的一、二侧所连接的电路之间是完全绝缘，把天线和电网电路隔离开，这种隔离方法的优点是：1、实现的方法比较简单。2、线性变压器的技术比较成熟，电气隔离可靠性高且环境适应性比较强。缺点是：1、使用的器件数量多、体积大(特别是线性变压器)这会导致产品的体积大且成本较高，在小型化的智能电能表产品上不易实现。2、线性变压器效率低、损耗大而且二次侧的电压不易控制，会随着一次侧电压变化而大幅度的变化。
[0005]脉冲变压器隔离的方法就是利用电磁感应的工作原理实现信号传输。这种隔离方法的优点是：1、脉冲变压器传输信号时，不传递直流分量，所以干扰信号比较小。2、脉冲变压器信号传递的频率比较高，能实现信号高效传输损耗比较小。缺点是：1、脉冲变压器的制作比较困难，变压器的一致性不太好控制，电气隔离的绝缘等级不高。2、脉冲变压器在高温高湿的环境下容易失效。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提出了一种简单高效利用PCB板的层间绝缘设计的天线隔离耦合器，实现天线和电网电路的电气隔离，是一个传输线和电路板与另一个传输线和电路板之间进行射频信号传输的装置。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]本专利技术提供一种宽频带天线隔离耦合器，该耦合器印刷在PCB基板上，包括传输线、同轴联接器和耦合器；其中：
[0009]所述的耦合器包括两个耦合环，两个耦合环之间填充PCB基板，两个耦合环分别通过传输线与同轴联接器的信号端相连，且所述同轴联接器接地。
[0010]进一步地，所述的PCB基板采用玻璃纤维环氧树脂基板即FR4基板。
[0011]进一步地，所述的PCB基板的厚度为0.8
‑
1.0mm，耦合环的内径R1为7.0
‑
8.0mm，外
径R2为10.5
‑
11.5mm，能够实现损耗1dB以内，工作频段300MHz
–
2400MHz。
[0012]进一步地，所述传输线的尺寸满足：该传输线和耦合环匹配后的阻抗，与同轴联接器的阻抗相等。
[0013]进一步地，当PCB基板厚度为0.8mm时，传输线的宽度为1.17mm，传输线与地之间的距离为0.5mm，传输线的阻抗为50Ω。
[0014]进一步地，当PCB基板厚度为1.6mm时，传输线的宽度为2.9mm，传输线与地之间的距离为1.1mm，传输线的阻抗为50Ω。
[0015]进一步地，两个耦合环分别位于PCB线路板的上下表面。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术本的两个耦合线路分布在PCB板的两个面，利用PCB板的层间绝缘能实现很可靠的电气隔离；隔离耦合器设计简单，体积比较小，耦合性强信号衰减小，还可以很好的提高电能表的EMC及通讯性能。
[0018]本专利技术的天线隔离耦合器利用PCB板的层间绝缘实现天线和电网电路的电气隔离，完成一个传输线和电路板与另一个传输线和电路板之间的射频信号传输，满足超低频、宽带宽以及低损耗的传输性能要求。
[0019]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0020]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0021]图1示出了耦合器的电路图。
[0022]图2示出了耦合器的结构示意图。
[0023]图3示出了具体实施方式中4个实施例的耦合器性能示意图。
[0024]图4示出了具体实施方式中4个对比例的耦合器性能示意图。
[0025]图5示出了实施例中超宽频、低损耗的耦合器插入损耗和回波损耗随频率变化的曲线示意图。
具体实施方式
[0026]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。
[0027]本专利技术的天线隔离耦合器是一种将一个传输线和电路板与另一个传输线和电路板之间进行射频信号耦合传输的装置。利用PCB基板的层间绝缘能实现很可靠的电气隔离。PCB基板采用玻璃纤维环氧树脂基板即FR4基板，以KB6160板材为例，其介质抗击穿电压强度可达69KV，介质强度可达46KV/mm且耦合环分布在PCB板的两面，可以实现高强度的耐压打击，从而保证了用户在接触天线或天线接头时的安全。
[0028]一种宽频带天线隔离耦合器，该耦合器印刷在PCB基板上，包括传输线1、同轴联接器3和耦合器；其中：所述的耦合器包括两个耦合环2，两个耦合环之间填充PCB基板，两个耦
合环2分别通过传输线1与同轴联接器3的信号端相连，且所述同轴联接器3接地。
[0029]产品在实际应用中可以同轴联接器3采用SMA接头，与耦合器连接。两个耦合环2之间填充FR4的介质，其介电常数约4.6，通过调整介质厚度以及环的半径和环宽，可以调整耦合器的工作频带以及插入损耗。为不同频段的通信模块提供了射频信号的通道，同时也实现了接收端的选频滤波功能。
[0030]测试例1：
[0031]本专利技术提供了一款低成本、宽频带以及运用灵活的天线隔离耦合器，还可以提高产品的EMC可靠性。尤其是辐射杂散(RSE)对产品的要求较高，对模组以及其派生产品提出了很高的设计要求。
[0032]调整R1和R2的值来改变电感在不同频段的品质因子Q值，可以让其仅对模块工作的有用信号进行耦合传输，滤除其他带外干扰，从而提高产品的可靠性；按照本专利技术的构造获取的宽频带天线隔离耦合器，采用Ansoft HFSS软件仿真损耗随频率变化的关系。
[0033]如图3所示，从上至下依次为4个实施例的耦合器性能示意图，表示了耦合参数扫描分析，插入损耗S21随频率变化的曲线；
[0034]如图4所示，从上至下依次为4个对比例的耦合器性能示意图，表示了不良参数扫描分析，插入损耗S21随频率变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽频带天线隔离耦合器，其特征在于，该耦合器印刷在PCB基板上，包括传输线（1）、同轴联接器（3）和耦合器；其中：所述的耦合器包括两个耦合环（2），两个耦合环之间填充PCB基板，两个耦合环（2）分别通过传输线（1）与同轴联接器（3）的信号端相连，且所述同轴联接器（3）接地。2.根据权利要求1所述的宽频带天线隔离耦合器，其特征在于，所述的PCB基板采用玻璃纤维环氧树脂基板即FR4基板。3.根据权利要求1所述的宽频带天线隔离耦合器，其特征在于，所述的PCB基板的厚度为0.8
‑
1.0mm，耦合环（2）的内径R1为7.0
‑
8.0mm，外径R2为10.5
‑
11.5mm，能够实现损耗1dB以内，工作频段300MHz

【专利技术属性】
技术研发人员：包海泉，李新瑞，朱德省，尹建丰，季海涛，
申请(专利权)人：江苏林洋能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：