一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，该PIFA天线为单层印制电路板结构，内置于传感器设备内部，向上方辐射水平方向极化的电磁波。本发明专利技术提供的圆环形PIFA天线，充分利用环形空间中的净空，增大了天线的可用面积，使天线在824MHz

【技术实现步骤摘要】
一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线


[0001]本专利技术属于PIFA天线
，具体涉及一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线。

技术介绍

[0002]窄带物联网技术(Narrow Band Internet of Things，NB
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IoT)是近年来兴起的物联网领域无线通信关键技术，具有低功耗、低成本、广覆盖等诸多优势，已被广泛应用于智能电器、在线监测、传感网络、智能制造等多种领域。NB
‑
IoT天线作为物联网无线通信的收发器件，能够高效地辐射与接收空间中的电磁波，提升无线系统的通信距离和覆盖范围，决定了整个无线信道的性能质量。物联网系统中的终端设备，具有体积小、集成度高、制造量大等特点，为NB
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IoT天线的设计带来了多种挑战：受设备体积限制，天线可用的空间急剧减小，使天线的带宽受到限制；由于系统集成度高，天线周边往往存在多种不同材料的组件，会对天线的辐射造成遮挡、反射、吸收等不利因素；由于批量制造的限制，天线的制造工艺既要满足成本低，又要满足一致性高、稳定性强等需求。
[0003]物联网系统中的终端设备常用的天线为电小天线，具有电尺寸小、剖面低、波束较宽、增益较低、全向性好等特点，例如振子天线、缝隙天线、贴片天线等。振子天线包含单极子天线、偶极子天线及L天线、PIFA天线等变体，通常由一条或多条天线臂及地板组成，具有良好的阻抗带宽和辐射线极化波的特性，是最常用的天线类型。缝隙天线是通过在金属导体上开槽产生的天线，辐射具有较好的全向性，可以灵活应用电子设备中空余的空间。贴片天线是电子线路中的微带线演变而来的天线，剖面低，能够与电路高度集成，但性能受电路板材料的影响较大。
[0004]NB
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IoT天线需要解决的问题还有很多。首先，大多数NB
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IoT终端设备都具有较小的体积，如何在非常有限的空间中设计小型化的天线是一项待解决的难题。其次，在天线带宽性能上，由于天线尺寸的减小，使得天线谐振时的Q值较高，与电路系统的匹配较为困难，难以实现宽带且深度的匹配，同时设备中有限尺寸地板上的不平衡电流也会引起匹配的恶化，在调节带宽时造成困难。最后，高度集成的终端设备中多种组件对天线辐射的影响不可忽视，多种不同电磁特性的材料限制了天线的辐射效率，需要在天线设计中尽可能避开或减轻环境的影响。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线。
[0006]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，所述PIFA天线为单层印制电路板结构，内置于传感器设备内部，向上方辐射水平方向极化的电磁波。
[0008]进一步的，所述PIFA天线内置于传感器设备内部的环形空间内，所述PIFA天线与
其下方的电池之间存在一定的间隙。
[0009]进一步的，所述环形空间的尺寸为直径65mm、高度37mm。
[0010]进一步的，所述PIFA天线与其下方的电池之间存在3mm的间隙。
[0011]进一步的，所述PIFA天线与其下方的电池之间设置有泡沫材料。
[0012]进一步的，所述PIFA天线为直径52mm、厚度1mm的圆环形电路板。
[0013]进一步的，所述PIFA天线包括呈圆环形结构的FR4基板，所述FR4基板的中间位置设置有环形的地板，所述FR4基板上设置有馈电处，所述地板外围设置有从馈电处引出的一条弯折辐射臂和一条短路到地板的短路臂，所述馈电处留有缝隙并使用同轴线馈电，在弯折辐射臂上激励出PIFA天线的辐射模式，实现在824MHz
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960MHz频段的宽带阻抗匹配。
[0014]进一步的，所述FR4基板采用介电常数4.4、损耗0.02的1mm FR4材料。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016]1)本专利技术公开的圆环形PIFA天线，采用了新型的环形结构，以环形内圈上印制的金属为天线参考地，在直径仅为52mm的环形区域中实现了824MHz
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960MHz的宽带辐射。
[0017]2)本专利技术公开的圆环形PIFA天线，充分利用了环形空间中的净空，增大了天线的可用面积，使得天线在824MHz
‑
960MHz频段内的S11均小于
‑
10dB。在同类型天线只能实现
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3dB或者
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6dB的S11的情况下，该天线的实现了比同类型天线更优秀的匹配性能，能够保证设备的带宽通信性能。
[0018]3)本专利技术公开的圆环形PIFA天线，具有良好的效率，由于天线使用了较薄的电路基板，减小了介质基板引起的天线损耗，同时由于天线优秀的端口匹配性能，在端口处的反射能量较小，输入的能量被高效地辐射至空间中。在加载了有耗塑料壳体的情况下824MHz
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960MHz的天线效率均大于
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3.6dB，峰值效率为
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2.4dB，效率曲线较为平稳。
[0019]4)本专利技术公开的圆环形PIFA天线，印刷在平面环形电路板上，占用的空间非常小，避免了立体结构对设备中其他组件的影响，同时FR4电路基板的成本很低，适合大规模生产。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线内置于传感器设备内的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线与传感器设备的爆炸图；
[0022]图3为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线的立体结构示意图；
[0023]图4为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线的结构尺寸图；
[0024]图5为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线的S11参数与对应的天线效率曲线；
[0025]图6为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线在824MHz
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960MHz具体的天线效率曲线；
[0026]图7为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线的弯折辐射臂的尺寸变化时S11参数的对比情况；
[0027]图8为本专利技术的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线在900MHz处的XZ面、YZ
面辐射方向图。
具体实施方式
[0028]下面对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0029]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，其特征在于，所述PIFA天线为单层印制电路板结构，内置于传感器设备内部，向上方辐射水平方向极化的电磁波。2.根据权利要求1所述的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，其特征在于，所述PIFA天线内置于传感器设备内部的环形空间内，所述PIFA天线与其下方的电池之间存在一定的间隙。3.根据权利要求2所述的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，其特征在于，所述环形空间的尺寸为直径65mm、高度37mm。4.根据权利要求2所述的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，其特征在于，所述PIFA天线与其下方的电池之间存在3mm的间隙。5.根据权利要求2所述的一种用于传感器无线通信的环形PIFA天线，其特征在于，所述PIFA天线与其下方的电池之间设置有泡沫材料。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，张克磊，申亚琪，
申请(专利权)人：苏州捷杰传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：