一种LTE波段的PCB天线

技术领域

本发明涉及小尺寸LTE天线领域，尤其涉及一种LTE波段的PCB天线。

背景技术

通常天线的效率、带宽与天线尺寸息息相关，在通讯产品尺寸越做越小的趋势下，想要在小尺寸产品中设计出带宽及效率都优异的天线也就越发具有挑战。

电动自行车的电瓶电量管理很重要，在出行前，需要及时查看电动自行车的电瓶电量并及时充电。为适应自行车电瓶等组件的远程管理，需要开发一种适用于电动自行车的小尺寸LTE波段的PCB天线。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种小型的LTE波段的PCB天线，可覆盖LTE B5和B8波段，适用于自行车电瓶等组件的远程管理，以获取自行车电瓶的电量数据。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种LTE波段的PCB天线，包括一基板，所述基板分割成净空区和功能区，在所述净空区内，在基板的顶面设置有第一天线结构，在基板的底面设置有第二天线结构；所述第一天线结构为倒L天线或PIFA天线，所述第二天线结构为一线段；所述功能区设置地平面；所述第一天线结构包括依次连接的馈电端、辐射体和调谐段，所述馈电端临近所述地平面设置；所述的辐射体采用蛇形走线，包括多段首尾连接的平行线段；所述第二天线结构和所述调谐线段对应，对称布设于所述基板的顶面和底面，二者的两端通过过孔连接，形成环状电路。

进一步的，所述天线至少支持LTE波段的两个工作波段，所述第一天线结构的天线长度和第一工作波段的中心频率的四分之一波长的比值为1～1.05；所述第二天线结构的天线长度和第一工作波段的四分之一中心波长和第二工作波段的四分之一中心波长的差值的比值为1.5～1.8；其中，所述第一工作波段的中心频率低于所述第二工作波段的中心频率。

进一步的，所述第一工作波段为LTE波段的B5波段；所述第二工作波段为LTE波段的B8波段。

进一步的，所述净空区的高度为11.5mm～13.5mm之间，所述净空区的长度在23mm～25mm之间。

进一步的，所述辐射体和所述第二天线结构的线宽为0.4mm～0.6mm，所述辐射体的线间距为0.8mm～1mm，所述辐射体和所述第二天线结构的宽度比所述净空区长度小1mm～2mm；所述辐射体和所述地平面的距离为4.5mm以上。

进一步的，所述净空区的高度为11.5mm，净空区的长度25mm；所述辐射体和所述第二天线结构的线宽为0.5mm，所述辐射体的线间距为1mm，所述辐射体和所述第二天线结构的宽度为23.5mm；所述辐射体包括四段平行线段。

进一步的，所述基板为FR-4基板，所述基板的相对介电常数为4.4，基板的厚度为1mm。

进一步的，所述馈电端通过带有阻抗匹配网络的平面传输线连接到功能区。

本发明实现了如下技术效果：

本发明提供的LTE波段的PCB天线，可覆盖LTE的若干波段，使之能通过很小的天线尺寸在目标工作波段实现相应的天线性能要求，适用于自行车电瓶等组件的远程管理。

附图说明

图1是本发明的LTE波段的PCB天线的第一实施例的顶面视图；

图2是本发明的LTE波段的PCB天线的第一实施例的底面视图；

图3是本发明的LTE波段的PCB天线的第二实施例的顶面视图；

图4是第一实施例的回波损耗图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，本发明给出了一种LTE波段的PCB天线。

该PCB天线的主体印刷在一块尺寸基板1上。所述基板分割成净空区11和功能区12，在净空区11内，在基板1的顶面通过蚀刻等工艺设置有第一天线结构2，在基板的底面通过蚀刻等工艺设置有第二天线结构3，且功能区12设置有地平面。

在本实施例中，第一天线结构1为倒L天线，为方便描述，将第一天线结构分割为多段：馈电端ab、辐射体bc和调谐段cd。其中，馈电端ab临近所述功能区的LTE模组设置；辐射体bc采用蛇形走线，包括多段首尾连接的平行线段；cd为调谐段，调谐段cd和第二天线结构3等宽等长，对应分布在基板1的顶面和底面，二者的两端通过过孔4连接，形成环状电路，以调节天线带宽和带宽内的平坦度。

在图1和图2中，基板的尺寸为25mm*44mm，厚度为1mm，相对介电常数εr＝4.4。天线的具体参数如下：

Sx＝25mm；Sy＝11.5mm；

W1＝0.5mm；W2＝1mm；W3＝23.5mm；

H2＝4.5mm。

本实施例中，对应的工作频段为LTE的B5、B8波段。B5、B8波段的最低工作频率为824MHz，对应的1/4波长为91.02mm；最高工作频率为960MHz，对应的1/4波长为78.125mm。最低工作频率和最高工作频率对应的1/4波长的差值ΔL＝12.97mm。

第一天线结构2的天线总长(即ab段+bc段+cd段)约为90mm，约为B5波段最低工作频率对应的1/4波长的1.03倍。

第二天线结构3的长度W3约为L3＝22.5mm，约为ΔL的1.73倍。

通过位于背面的第二天线结构的调节，可加宽工作波段区间的平坦度，使工作波段区间能同时覆盖B5波段和B8波段。

为方便阻抗匹配，第一天线结构2的馈电端21和LTE模组通过外加带有阻抗匹配网络的平面传输线来进行阻抗匹配和馈电。匹配网络可以采用有电阻、电感和电容组成的串馈、并馈或其混合匹配网络的方式。

实施例2

如图3所示，在本实施例中，第一天线结构可以采用PIFA天线，PIFA天线和倒L天线的差别在于，增加了一个靠近天线馈电端ab的接地端ef。接地端ef直接和LTE模组的地平面连接。

3.实验结果及分析

为了验证该LTE波段的PCB天线的有效性，基于实施例1中给出的天线设计尺寸，我们加工了一个实物样品并且进行了回波损耗，方向图等参数的测量。

天线实测的回波损耗见图4。从图中可以看出，天线的实测回波损耗10dB带宽可以覆盖LTE波段中的B5波段和B8波段的通信频带(824MHz～960MHz)，满足设计要求(在B5和B8波段，总辐射功率TRP(total radiated power)≥18dBm)。

上述实施例给出了两种具体的实施方案。本领域技术人员可依照该思路，对天线结构的各结构尺寸进行适度调整，如线宽W1为0.4mm～0.6mm，线间距W2为0.8mm～1.0mm；Sx-W3的差值在1mm～2mm之间。并保证辐射体bc和地平面的距离在4.5mm以上；第一天线结构2的天线总长和最低工作频率对应的1/4波长的比值在1～1.05之间，第二天线结构3的长度W3和ΔL的比值在1.5～1.8之间。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。