490MHz频段的PCB天线的制作方法

490mhz频段的pcb天线
技术领域
1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种490mhz频段的pcb天线。


背景技术：

2.天线是一种用来发送或者接收电磁波的器件，是一种能量变换器。天线的作用是将载有数据的高频电流和载有数据的空间电磁波进行转换，是无线通讯设备的重要组成部分。天线的种类多种多样，为了适应无线电子产品小型化、集成化发展的趋势，天线的小型化需求也越来越高。导线天线、pcb天线、陶瓷片状天线、弹簧天线的尺寸较小，有利于和无线电子产品结合，因此被广泛应用于小体积的无线通信系统中。
3.相关技术中，由于490mhz频段天线信号的波长较长，螺旋状的弹簧天线因为其所占体积相对较小，成为市场的主流。然而，pcb天线可以和pcb上的电路直接耦合，不需要额外焊接，相对于弹簧等其他类型天线，具有一体化强、成本低、可靠性高等更显著的优势。
4.但是，目前的490mhz频段的pcb天线，所占的pcb面积较大，无法应用于内部空间较小的电子产品中，在实际应用中存在很大的局限性。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种490mhz频段的pcb天线，用以至少解决天线体积较大，无法应用于内部空间较小的电子产品中的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种490mhz频段的pcb天线，包括：电路板以及设置在所述电路板上的辐射部和馈电点；
7.所述电路板包括第一面以及与所述第一面相背的第二面；
8.所述辐射部包括：第一枝节、第二枝节和第三枝节，所述第一枝节和所述第三枝节位于所述第一面上且所述第一枝节和所述第三枝节隔开，所述第二枝节位于所述第二面上；
9.所述第一枝节的一端与所述馈电点连接，所述第一枝节的另一端通过所述电路板上开设的第一过孔与所述第二枝节的一端相连，所述第二枝节的另一端通过所述电路板上开设的第二过孔与所述第三枝节的一端连接；
10.所述第一枝节、所述第二枝节以及所述第三枝节分别呈折线状；
11.所述辐射部长度介于360.5mm-372.5mm之间。
12.本实用新型提供的490mhz频段的pcb天线，其中，馈电点作为pcb天线的信号接入点与电路板上第一面的其中一个辐射部电连接，第一面上的其中一个辐射部通过第一过孔与电路板上第二面的辐射部电连接，第二面上的辐射部再通过第二过孔与电路板上第一面的另外一个辐射部电连接，如此，可实现双面电路板的面积利用最优化，大幅度减少了辐射部在电路板中所占用的尺寸大小，可使整个电路板的尺寸显著减小，解决了传统490mhz频段的pcb天线尺寸较大，无法应用于内部空间较小的电子产品中的缺点。并且，辐射部采用折线状走线方式，可进一步减小pcb天线尺寸。
13.在一种可能的实施方式中，所述第一枝节的长度介于97mm-101mm之间。
14.在一种可能的实施方式中，所述第二枝节的长度介于178.5mm-182.5mm之间。
15.在一种可能的实施方式中，所述第三枝节的长度介于85mm-89mm之间。
16.在一种可能的实施方式中，所述第一枝节、所述第二枝节和所述第三枝节分别包括：多个水平段与多个竖直段，所述水平段与所述竖直段垂直首尾相连形成所述折线状。
17.在一种可能的实施方式中，所述第一枝节包括：第一段与第二段；
18.所述第一段的一端与所述馈电点电连接，所述第一段的另一端与所述第二段的一端连接，所述第二段的另一端与所述第二枝节的一端连接；
19.所述第二段与所述第三枝节均从所述电路板的一侧延伸至所述电路板的另一侧；
20.所述第二枝节从所述电路板的一侧延伸至所述电路板的另一侧,再从所述电路板的另一侧延伸回所述电路板的一侧。
21.在一种可能的实施方式中，所述第一段的长度介于12.6mm-16.6mm之间。
22.在一种可能的实施方式中，还包括：至少一块接地层，所述接地层位于所述第一面或所述第二面。
23.在一种可能的实施方式中，所述接地层的数量为两个，两个所述接地层分别设置在所述第一面和所述第二面上，且两个所述接地层通过多个过孔电连接。
24.在一种可能的实施方式中，所述辐射部的走线宽度均为0.2mm-0.4mm之间。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线的第一面的结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线的第二面的结构示意图；
28.图3为本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线的输入反射系数(s11)图。
29.附图标记说明：
30.100-电路板；
31.110-第一面；
32.120-第二面；
33.130-第一过孔；
34.140-第二过孔；
35.200-辐射部；
36.210-第一枝节；
37.211-第一段；
38.212-第二段；
39.220-第二枝节；
40.221-连接金属段；
41.230-第三枝节；
42.240-竖直段；
43.250-水平段；
44.300-馈电点；
45.400-接地层。
具体实施方式
46.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.天线是一种用来发送或者接收电磁波的器件，是一种能量变换器。天线的作用是将载有数据的高频电流和载有数据的空间电磁波进行转换，是无线通信设备的重要组成部分。天线辐射的能力与辐射体长短、形状等参数有关。当辐射体的长度增大到可与波长相比拟时，辐射体上的电流大幅度增加，就能形成较强的辐射。为了提高天线的辐射能力，需要调节合适的形状和长度等参数。
48.随着无线电子产品小型化、集成化发展的趋势，天线的小型化需求也越来越高。pcb天线、陶瓷片状天线、弹簧天线等天线的尺寸相对较小，有利于在小体积的无线电子产品中应用。其中，对于一些尺寸受限且成本敏感的小型无线电子产品，pcb天线的应用尤其广泛。因为pcb天线可以直接和pcb上的电路耦合，不需要额外焊接，具有一体化强、成本低、可靠性高等显著优势。所谓的pcb天线(printed circuit board antenna)，又称板载天线，是指以印刷电路板作为载体的印刷金属线天线，具有直线型、l型、倒f型等多种形状规格。
49.在物联网的无线通信中，小于1ghz频段称为“sub-1g”，“sub-1g”产品具有穿透力强、传输距离远等优势，适用于长距离、低速率的应用场景。传统的“sub-1g”产品中，在我国主要选用免授权的433mhz频段。但是，根据工信部2019年发布的52号文件《微功率短距离无线电发射设备技术要求》，433mhz频段只能用于通用无线遥控设备，不得用于无线控制玩具、模型。而且，433mhz频段可用频率范围是433.05mhz-434.79mhz，仅1.74mhz带宽。所以，433mhz频段的应用受到很大的限制。52号文件还指出，470mhz-510mhz频段可用于无线传声器、民用计量仪器设备；470mhz-566mhz频段适用于通用无线遥控设备。这两个频段(470mhz-510mhz和470mhz-566mhz)在“sub-1g”中，具有频率范围宽、适用范围广的优势，具有广阔的应用前景。本实用新型提出的490mhz频段的pcb天线，其工作频率接近上述两个频段的中心频点，能满足这两个频段的无线产品需求。所以，本实用新型所述的490mhz频段是指470mhz-510mhz频段和470mhz-566mhz频段。
50.由于490mhz频段信号的波长较长，螺旋状的弹簧天线因为其所占体积相对较小，成为市场的主流。而现有的490mhz频段的pcb天线，所占的pcb尺寸较大，无法应用于内部空间较小的电子产品中，在实际应用中存在很大的局限性。
51.为了解决上述问题，本实用新型提供的490mhz频段的pcb天线采用双面走线，且辐射部走线采用折线形式，大幅度减小了天线的尺寸，并且成本低、性能佳，具有很强的实用性。
52.下面参考附图描述本实用新型实施例的490mhz频段的pcb天线。
53.图1为本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线的第一面的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线的第二面的结构示意图。
54.参考图1和图2所示，本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线，包括电路板100以及设置在电路板100上的辐射部200和馈电点300。
55.电路板100包括第一面110以及与第一面110相背的第二面120。
56.其中，电路板100的第一面110和第二面120均设有辐射部200，且第一面110上的其中一个辐射部200通过电路板100上的第一过孔130与第二面120上的辐射部200电连接，第二面120上的辐射部200通过电路板100上的第二过孔140与第一面110上的另一辐射部200电连接。第一面110上的其中一个辐射部200与馈电点300电连接，其中，馈电点300作为pcb天线的信号接入点，与馈源(如射频模块)电连接。
57.容易理解的是，由于490mhz频段信号的波长较长，约612mm，则四分之一波长的单极子天线长度为153mm，如果将153mm长的金属线作为pcb天线直接置于电路板的一面上，则会使电路板尺寸过大。若辐射部200在电路板100的第一面110上走线一段距离后，通过第一过孔130继续在电路板100的第二面120上走线，再通过第二过孔140回到电路板100的第一面110上完成辐射部200的走线长度，且走线采用折线形式，则辐射部200可近乎平均的分布在电路板100的第一面110和第二面120，相较于1/4波长单极子天线，可减小作为载体的电路板100约80％的尺寸，满足应用于内部空间较小的电子产品中的要求。
58.在本实用新型的一些实施例中，过孔为孔内注铜，以将电路板100的第一面110和第二面120上辐射部200连接，且过孔内径为0.3mm，外径为0.5mm。
59.在本实用新型的一些实施例中，辐射部200和接地层400为覆铜结构。
60.并且，在本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线中，辐射部200可以不接地，可应用于有直流输出的电路，拓宽了天线的应用范围。
61.本实用新型提供的490mhz频段的pcb天线，可应用于490mhz频段的无线通讯领域，如无线抄表，无线遥控器和无线门铃等。
62.参考图1和图2，在本实用新型的一些实施例中，辐射部200包括：第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230，第一枝节210和第三枝节230位于第一面110上且第一枝节210和第三枝节230隔开，第二枝节220位于第二面120上。第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230均呈折线型。
63.其中，第一枝节210的一端与馈电点300连接。
64.第一枝节210的另一端通过第一过孔130与第二枝节220的一端连接，第二枝节220的另一端通过第二过孔140与第三枝节230的一端连接。
65.在本实用新型的一些实施例中，第一枝节210可以包括第一段211和第二段212，第一段211的一端与馈电点300电连接，第一段211的另一端与第二段212的一端连接，第二段212的另一端与第二枝节220的一端连接。第二段212和第三枝节230均从电路板100的一侧延伸至电路板的另一侧，第二枝节220从电路板100的一侧延伸至电路板的另一侧,再从电路板100的另一侧延伸回电路板100的一侧。
66.示例性的，图1和图2所示，第一面110上的第一段211从馈电点300处开始走线，先通过两次回折走线布线至最左端，然后从电路板100的最左端布线至电路板100的最右端，
通过第一过孔130与位于第二面120上的第二枝节220连接，第二枝节220从电路板100的第二面120的最右端布线至最左端，再从最左端布线至最右端，然后通过第二过孔140与电路板100第一面110的第三枝节230连接，第三枝节230再从电路板100第一面110的最右端布线至最左端，如此，可实现双面电路板的利用最优化，可使整个电路板的尺寸显著减小。
67.为了增加本实用新型的应用范围，可以将第一枝节210的长度设置在97mm-101mm之间，将第二枝节220的长度设置在178.5mm-182.5mm之间，将第三枝节230的长度设置在85mm-89mm之间。
68.应理解的是，将第一枝节210和第三枝节230的长度之和设置成与第二枝节220的长度几近相等，可实现两面电路板的利用最优化，可使整个电路板的尺寸显著减小。
69.由于采用折线状走线会对信号的辐射性能造成影响，所以要达到四分之一波长天线的性能，需要适当增加回折金属线的总长度。所以，本实用新型实施例中，辐射部总长度设置在360.5mm-372.5mm之间。虽然折线状走线的总长度相比四分之一波长单极子天线显著增加，但由于采用折线结构，其所占pcb尺寸相比无回折的四分之一波长天线，减小了约80％。
70.另外，第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230均采用折线状走线可进一步缩减天线的占用面积。
71.继续参考图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230分别包括：多个竖直段240和多个水平段250，竖直段240和水平段250垂直首尾相连形成第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230。
72.容易理解的是，水平段250和竖直段240采用垂直首尾相连的形式形成第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230，在满足辐射部200走线长度的条件下，可进一步减小作为载体的电路板100的尺寸。
73.需要说明的是，在满足辐射部200走线长度的前提下，水平段250和竖直段240的数量可进行删减或增加，因此对水平段250和竖直段240的数量不做限制。
74.此外，减小pcb天线尺寸除了考虑减小辐射部200在电路板100上所占的长度之外，还可以考虑减小辐射部200在电路板100上所占的宽度，即减小第一枝节210、第二枝节220和第三枝节230的金属走线宽度，但将金属走线宽度缩减太多，会导致天线性能和生产良率的下降，实用性较差，所以，在本实用新型的一些实施例中，将辐射部200的走线宽度设置在0.2mm-0.4mm之间。
75.在本实用新型的一些实施例中，第一段的长度介于12.6mm-16.6mm之间，如此，第一枝节210的长度减去第一段211的长度剩下的第二段212的长度与第三枝节230的长度可以几近相等，实现第二段212与第三枝节230可以几乎对称，有利于两面电路板100的布线最优化，使整个电路板的尺寸显著减小。
76.其中，第一段211的一端与馈电点300连接，第一段211的另一端与第二段212相连。例如，若馈电点300位于第二段212初始一端的同一垂线上，可使用直线型的第一段211连接馈电点300和第二段212初始一端。
77.当然，在一些示例中，第一段211也可以为折线型，其折线包括至少一个折点，需保证第一段211长度在12.6mm-16.6mm之间，例如，图1所示，第一段211包括两个折点，其两端分别连接馈电点300和第二段212。
78.需要说明的是，在第二枝节220中，为了减小第二枝节220在电路板100上竖直方向上的平铺宽度，还包括一个连接金属段221,连接金属段221连接第二枝节220中两个水平段250，可使第二枝节220分为两行排列，其中，连接金属段221长度在5.7mm-6.3mm之间。
79.继续参考图1所示，在本实用新型的一些实施例中，其馈电点300可以为方形，其边长在0.2mm-0.4mm之间，边长等于第一段211的宽度，且与第一段211重合，例如第一段211的一端将馈电点300部分或者全部覆盖实现电连接。
80.在本实用新型的一些实施例中，还可以包括：至少一个接地层400，接地层400位于电路板100的第一面110或第二面120。
81.可选的，接地层400为矩形结构，且位于电路板100的一侧。
82.当然，接地层400的数量可以为两个，两个接地层400分别设置在电路板100的第一面110和第二面120上，且两个接地层400通过多个过孔电连接。
83.需要说明的是，接地层400的尺寸也可进行增减，在此不做限制。
84.为了突出本实用新型的优势，下面对本实用新型的一种具体实现方式做进一步的说明。
85.在本实用新型的一种可能实施的方式中，电路板100采用fr4双面电路板，长18mm、宽14.4mm、厚1.2mm。接地层400为两个，分别设置在电路板100的第一面110和第二面120，接地层400的长为17.5mm，宽为5.1mm，两个接地层400之间通过多个均匀放置的过孔(图中未示出)电连接。辐射部200的走线宽均设置为0.3mm。第一过孔130和第二过孔140的过孔内径为0.3mm，外径为0.5mm。
86.馈电点300为方形，边长为0.3mm，第一段211为折线，包括两个折点，第一段211的一端与馈电点300重合，第一段211从馈电点300开始每段直线长分别为0.7mm(包含馈电点)、10.35mm、3.4mm，另一端与第二段212中的首个水平段250垂直相连。
87.第二段212包括25组长度相同的水平段250和竖直段240，并且水平段250和竖直段240交替垂直相连，在其25组水平段250和竖直段240中，水平段250的长度为0.95mm，竖直段240的长度为2.4mm。
88.第二段212中最后一个水平段250通过第一过孔130与电路板100第二面120的第二枝节220连接，其最后一个水平段250长度为0.625mm。
89.第二枝节220包括52个长度相等的水平段250、50个长度相等的竖直段240，两个用于与第一过孔130或者第二过孔140连接的竖直段240、一个用于连接上下两行走线的连接金属段221。
90.其中，竖直段240和水平段250交替垂直相连，第二枝节220与第一过孔130连接的竖直段240长度为2.7mm，第二枝节220与第二过孔140连接的竖直段240长度为2.7mm，52个长度相等的水平段250的长度均为0.95mm，50个长度相等的竖直段240的长度均为2.4mm，连接金属段221的长度为6mm。
91.第二枝节220最后一个竖直段240通过第二过孔140与电路板100第一面110的第三枝节230连接，第三枝节230包括1个用于与第二过孔140连接的水平段250、25个长度相等的竖直段240、25个长度相等的水平段250以及位于尾端的竖直段240，其中，与第二过孔140连接的水平段250长度为0.625mm，25个长度相等的竖直段240的长度为2.4mm，25个长度相等的水平段250的长度为0.95mm，位于尾端的竖直段240的长度为2.7mm。
92.由计算得出，辐射部200实际走线长度为366.7mm(包含馈电点)，其所占电路板面积为17.3mm
×
8.4mm＝145.32mm2(包含过孔)，相比市场上近似频点pcb天线的最小电路板大幅度减小。所以，本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线尺寸小，材料成本低，可更加适用于小尺寸的无线电子产品。
93.图3为本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线的输入反射系数(s11)图，参考图3所示，s11小于-10db的频率范围在484mhz-497mhz之间，带宽为13mhz，其频率覆盖范围满足使用要求。
94.根据实验数据显示，采用上述490mhz频段的pcb天线，天线最大增益约为1.7dbi，其增益水平满足使用要求。
95.本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线具体实施方式，其构成辐射部的折线段长度、间距、位置等参数，都经过了繁复的仿真计算与实际工程调试，保证了天线性能的强度。
96.以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
97.综上所述，本实用新型实施例提供的490mhz频段的pcb天线具有以下有益效果：
98.a、结构简单，可靠性高。
99.b、辐射部占用电路板面积小，材料成本低，可应用于小尺寸的无线电子产品。
100.c、天线增益大、输入反射系数小、带宽宽，性能优于相似尺寸近似频点的pcb天线。
101.d、无接地点，可应用于有直流输出的电路，适用范围广。
102.e、外观简洁，物理设计得当，不良率低，便于批量化生产。
103.本实用新型提供的490mhz频段的pcb天线，其中，馈电点作为pcb天线的信号接入点与电路板上第一面的其中一个辐射部电连接，第一面上的其中一个辐射部通过第一过孔与电路板上第二面的辐射部电连接，第二面上的辐射部再通过第二过孔与电路板上第一面的另外一个辐射部电连接，如此，可实现双面电路板的利用最优化，大幅度减少了辐射部在电路板中所占用尺寸，可使整个电路板的尺寸显著减小，解决了传统490mhz频段的pcb天线尺寸较大，无法应用于内部空间较小的电子产品中的缺点。并且，辐射部采用多回折的蛇形线折叠方式，可进一步减小pcb天线尺寸。并且，辐射部无接地点，可应用于有直流输出的电路，拓宽了天线的应用范围。在辐射部的走线线宽减少到0.3mm的同时，增加了折线的折叠次数，在保证走线长度的条件下，减小了作为载体的电路板的尺寸，结构简单，可靠性强。
104.在本实用新型的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
105.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
106.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
107.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
108.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。