專利名稱：一種集成于pcb板的無線通訊裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通訊領域，具體涉及一種無線通訊裝置。
背景技術：
隨著通訊行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是無線通訊技術發(fā)展尤為迅速，對當今的通訊系統(tǒng)集成度提出了越來越高的要求，器件的小型化成為了整個產(chǎn)業(yè)非常關注的技術問題。傳統(tǒng)的射頻單元功放效率低，非線形化、體積大和功耗大，從而使得射頻單元無法獲得良好的性能。同時，傳統(tǒng)天線設計吸收較多的能量，產(chǎn)生較大的回波，因而使得天線轉換效率低和體積較大，射頻和天線起到了關鍵的作用，但由于傳統(tǒng)的無線射頻技術發(fā)展緩慢，射頻天線系統(tǒng)大，功耗大，維護和更新問題嚴重阻礙了無線寬帶通信的發(fā)展，同時還極大提高了運營商的運營成本，無法滿足射頻小型化和一體化及綠色能源和低功耗的需求。 在無線通訊中，常常會將天線通過一定方式固定在PCB板上，以作為PCB板上通訊電路信號的接收與發(fā)射端，在通常情況下會通過螺紋連接的方式將天線固定在PCB板上，由于天線接收與發(fā)射信號時信號都會經(jīng)過螺紋柱段進入PCB板上的電路或經(jīng)電路輸出經(jīng)螺紋柱段再進入天線發(fā)射出去，這樣對信號會產(chǎn)生一定的衰減，并且由于天線的螺紋固定連接無論是垂直于PCB板還是與PCB板同向放置，都會增加無線通訊裝置整體的體積。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種集成于PCB板的無線通訊裝置，通過SOC技術和將天線印刷在PCB板上實現(xiàn)該裝置的小型化和良好的通訊效果，為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用以下技術方案一種集成于PCB板的無線通訊裝置，包括PCB板、設于所述PCB板上的SOC單元、給所述SOC單元供電的電源模塊以及印刷于所述PCB板表面的天線，所述SOC單元的通訊端與所述天線相連。進一步地,還包括低噪聲放大與功放模塊,所述SOC單元的通訊端經(jīng)所述低噪聲放大與功放模塊與所述電磁復合材料天線相連。進一步地，還包括設置于所述低噪聲放大與功放模塊和所述電磁復合材料天線之間的衰減模塊。進一步地，所述SOC單元還包括作為所述SOC單元通訊端的雙工器以及用于數(shù)據(jù)處理的上變頻模塊、下變頻模塊、數(shù)模轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊、低噪放大模塊和鎖相環(huán)。進一步地，所述SOC單元包括核處理器和存儲器以及內(nèi)置于所述存儲器的DSP軟件。進一步地,所述天線為電磁復合材料天線。進一步地，所述天線為單極天線、雙極天線或多極天線。進一步地，所述天線包括饋線和附著在PCB板一表面的金屬片，所述饋線通過耦合方式饋入所述金屬片，所述金屬片上鏤空有微槽結構以在金屬片上形成金屬走線，所述天線預設有供電子元件嵌入的空間。進一步地，所述天線包括附著在PCB板相對兩表面的第一金屬片及第二金屬片，圍繞第一金屬片設置有第一饋線、第二饋線，圍繞第二金屬片設置有第三饋線、第四饋線，所述第一饋線及第二饋線均通過耦合方式饋入所述第一金屬片，所述第三饋線及第四饋線均通過耦合方式饋入所述第二金屬片，所述第一金屬片上鏤空有第一微槽結構以在第一金屬片上形成第一金屬走線，所述第二金屬片上鏤空有第二微槽結構以在第二金屬片上形成第二金屬走線，所述第一饋線與第三饋線電連接，所述第二饋線與第四饋線電連接，所述天線預設有供電子元件嵌入的空間。進一步地，所述電子元件為感性電子元件、容性電子元件或者電阻。本發(fā)明一種集成于PCB板的無線通訊裝置，極大地減少了整體空間需求，降低了電能的消耗，應用SOC提高了射頻的功放效率，降低了功耗，將天線集成于PCB板的表面免去了連接PCB板與天線的連接結構，降低了信號在傳輸過程中的衰減，提高了天線的轉換 效率；PCB板上集成的天線能夠衍生成多種結構，能夠滿足無線通訊裝置的多種需求；本發(fā)明無線通訊裝置制造成本低，實用性強，能夠適用于多種場合。


圖I是本發(fā)明無線通訊裝置第一實施例結構示意圖；圖2是本發(fā)明無線通訊裝置第二實施例結構示意圖；圖3是圖2實施例的功能模塊圖；圖4是本發(fā)明無線通訊裝置中SOC單元的一種結構示意圖；圖5是圖I或圖2中d區(qū)域天線結構的放大示意圖；圖6是圖I或圖2中d區(qū)域的天線的另一種結構示意圖；圖7是圖6的另一視角的結構示意圖；圖8是圖6結構的一種實施方式的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I所示為本發(fā)明集成于PCB板的無線通訊裝置的第一實施例的結構示意圖，該無線通訊裝置包括PCB板I、SOC單元2、天線3和電源模塊10，電源模塊10為SOC單元2及其他PCB板I上元件提供電能，該電源模塊I可以是干電池組，也可以是太陽能模組，由于SOC單元2高度集成化，能夠延長電源模塊I的持續(xù)供電時間。天線3印刷在PCB板I表面的d區(qū)域,天線3與SOC單元2的通訊端相連,天線3可以是電磁復合材料天線，也可以是單極天線、雙極天線以及多極天線，圖I中所示天線3為單極天線。圖2所示為本發(fā)明集成于PCB板的無線通訊裝置的第二實施例的結構示意圖，該實施例中無線通訊裝置同樣包括PCB板1、S0C單元2、天線3和電源模塊10，還包括了低噪聲放大與功放模塊4以及衰減模塊5，電源模塊10用以PCB板I上元件提供電能，天線3同樣印刷在PCB板I表面的d區(qū)域，SOC單元2通訊端與低噪聲放大與功放模塊4相連，為了取得更好的效果，低噪聲放大與功放模塊4與天線3之間還設置了衰減模塊5，以避免接收或發(fā)送的信號過強造成的損壞。天線3和第一實施例相同，可以是電磁復合材料天線，也可以是單極天線、雙極天線以及多極天線，作為實施方式，天線的選擇并不局限于實施例中所列舉的類型，其他的能夠印刷在PCB板上的天線均適用于本發(fā)明。圖3所示為對應圖2無線通訊裝置結構的功能模塊圖，在該圖中，無線通訊裝置包括了電源模塊1、S0C單元2、低噪聲放大與功放模塊4以及天線3。低噪聲放大與功放模塊4設置于SOC單元2與天線3之間，天線3接收外界的數(shù)據(jù)經(jīng)低噪聲放大與功放模塊4低噪聲放大輸出給SOC單元2，天線3還接收SOC單元2輸出的經(jīng)低噪聲放大與功放模塊4功放后的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)射出去，在低噪聲放大與功放模塊4和天線3之間還可以設置衰減模塊51、52，分別對應SOC單元2數(shù)據(jù)的輸出與輸入。圖4所示為本發(fā)明無線通訊裝置中SOC單元的一種結構示意圖，該SOC單元2包括核處理器21和存儲器22，存儲器21中內(nèi)置DSP軟件，存儲器22中還存儲通訊協(xié)議軟件信息，該通訊協(xié)議可以是ZigBee協(xié)議、藍牙協(xié)議等。該SOC單元2還包括雙工器、上變頻模塊、下變頻模塊、數(shù)模轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊、低噪放大模塊和鎖相環(huán)，雙工器 作為SOC單元2數(shù)據(jù)輸入與輸出的通訊端，上變頻模塊、下變頻模塊、數(shù)模轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊、低噪放大模塊在核處理器21及DSP軟件的控制下對數(shù)據(jù)進行處理。在應用中相同的數(shù)據(jù)處理模塊如數(shù)模轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊、低噪放大模塊在處理數(shù)據(jù)不是很大的情況下可以只有一個，通過核處理器21分配來對輸入與輸出的數(shù)據(jù)進行處理。在應用時，SOC單元2得到供電后，加載位于存儲器22內(nèi)置的DSP軟件，數(shù)據(jù)經(jīng)雙工器傳入，核處理器21和DSP軟件控制相應處理模塊依次對數(shù)據(jù)進行低噪放大、模數(shù)轉換、濾波、數(shù)模轉換、下變頻處理，并將結果輸出到存儲器22 ;S0C單元2數(shù)據(jù)需要對外輸出時，核處理器21和DSP軟件控制相應處理模塊依次對數(shù)據(jù)進行低噪放大、模數(shù)轉換、濾波、數(shù)模轉換、上變頻處理，經(jīng)雙工器輸出，核處理器21控制鎖相環(huán)使得數(shù)據(jù)頻率和相位均與輸入數(shù)據(jù)保持確定關系，提聞抗干擾能力。圖5是圖I中d區(qū)域天線3的放大示意圖，該天線3是單極天線，采用了透視圖畫法，在圖中未畫出其接線腳。天線3包括饋線32、附著在d區(qū)域內(nèi)PCB板11 一表面的金屬片34，饋線32通過耦合方式饋入金屬片34，金屬片34上鏤空有微槽結構341和在金屬片34上形成的金屬走線342，天線3上預設有供電子元件嵌入的空間，圖3中351為預設的電子元件嵌入的空間，363、365、366、367為預設的空間已嵌入電子元件。饋線32圍繞金屬片34設置實現(xiàn)耦合，金屬片34與饋線32可以接觸，也可以不接觸。當金屬片34與饋線32接觸時，饋線32與金屬片34之間感性稱合；當金屬片34與饋線32不接觸時,饋線32與金屬片34之間容性耦合。在饋線32與金屬片34之間預設有嵌入容性電子元件的空間363，預設的嵌入電子元件空間的位置可以是饋線32與金屬片34之間的任意位置。饋線32與金屬片34之間本身具有一定的電容，這里通過嵌入容性電子元件調(diào)節(jié)饋線與金屬片34之間的信號耦合，運用公式f=1/ (2nVZc )，可知電容值的大小和工作頻率的平方成反比，所以當需要的工作頻率為較低工作頻率時，通過適當?shù)那度腚娙莼蚋行噪娮釉崿F(xiàn)。加入的容性電子元件的電容值范圍通常在0-2pF之間，不過隨著電磁復合材料天線工作頻率的變化嵌入的電容值也可能超出0-2pF的范圍。當然，也可以在饋線32與金屬片34之間預設多個空間。同樣，在未連接有電子元件的空間中，采用導線短接。在金屬片的金屬走線342上預留有嵌入感性電子元件和/或電阻的空間，嵌入電子元件的空間不僅僅局限于圖中給出的365和366，其他位置只要滿足條件均可。此處嵌入感性電子元件的目的是增加金屬片內(nèi)部諧振結構的電感值，從而對天線的諧振頻率及工作帶寬起到調(diào)節(jié)的作用；此處嵌入電阻的目的是改善天線的輻射電阻。至于是嵌入感性電子元件還是電阻，則根據(jù)需要而定。另外在未嵌入電子元件的空間中，采用導線短接。在微槽結構341上預留有嵌入容性電子元件的空間，并且所述空間連接兩側的金屬走線342。嵌入電子元件的空間不僅僅局限與圖3中給出的367，其他位置只要滿足條件均可。嵌入容性電子元件可以改變金屬片的諧振性能，最終改善電磁復合材料天線的Q值及諧振工作點。作為公知常識，我們知道，通頻帶BW與諧振頻率《O和品質(zhì)因數(shù)Q的關系為BW = wo/Q,此式表明，Q越大則通頻帶越窄，Q越小則通頻帶越寬。另有Q = wL/R =1/wRC，其中，Q是品質(zhì)因素；w是電路諧振時的電源頻率；L是電感；R是串的電阻；(是電容，由Q = wL/R = 1/wRC公式可知，Q和C呈反比，因此,可以通過加入容性電子元件來減小Q 值，使通頻帶變寬。本發(fā)明中的天線3上的空間預留位置不限于上述幾種形式，空間只要設置在天線上即可，例如，空間還可以設置在d區(qū)域內(nèi)的PCB板上。本發(fā)明中電子元件為感性電子元件、容性電子元件或者電阻。在天線的預留空間中加入此類電子元件后，可以改善天線的各種性能。并且通過加入不同參數(shù)的電子元件，可以實現(xiàn)天線性能參數(shù)的可調(diào)。因此，本發(fā)明的天線在不加入任何元件之前可以是一樣的結構，只是通過在不同位置加入不同的電子元件，以及電子元件的參數(shù)(電感值、電阻值、電容值)，來實現(xiàn)不同天線的性能參數(shù)。即實現(xiàn)了通用性?？梢源蠓档蜕a(chǎn)成本。本發(fā)明的空間可以是焊盤，也可以是一個空缺。焊盤的結構可以參見普通的電路板上的焊盤。當然，其尺寸的設計根據(jù)不同的需要會有所不同。另外，本發(fā)明中，PCB板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。優(yōu)選地，由高分子材料制成，具體地可以是FR-4、F4B等高分子材料。金屬片為銅片或銀片。優(yōu)選為銅片，價格低廉，導電性能好。饋線選用與金屬片同樣的材料制成。優(yōu)選為銅。本發(fā)明中，天線的加工制造只需滿足本發(fā)明的天線設計原理，可以采用各種制造方式。最普通的方法是使用各類印刷電路板(PCB)的制造方法，當然，金屬化的通孔，雙面覆銅的PCB制造也能滿足本發(fā)明的加工要求。除此加工方式，還可以根據(jù)實際的需要引入其它加工手段，比如RFID (RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別技術，俗稱電子標簽)中所使用的導電銀漿油墨加工方式、各類可形變器件的柔性PCB加工、鐵片天線的加工方式以及鐵片與PCB組合的加工方式。其中，鐵片與PCB組合加工方式是指利用PCB的精確加工來完成天線微槽結構的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。另外，還可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法來加工。圖6、圖7是圖I中d區(qū)域天線3的另一種結構示意圖，該圖中所示天線為一種雙極化天線，同樣采用了透視畫法，在圖中未畫出接線腳。天線3包括附著在d區(qū)域內(nèi)PCB板11相對兩表面的第一金屬片34及第二金屬片37,圍繞第一金屬片34設置有第一饋線32、第二饋線33，圍繞第二金屬片37設置有第三饋線38、第四饋線39，所述第一饋線32及第二饋線33均通過耦合方式饋入所述第一金屬片34，所述第三饋線38及第四饋線39均通過耦合方式饋入所述第二金屬片37，所述第一金屬片34上鏤空有第一微槽結構341以在第一金屬片上形成第一金屬走線342，所述第二金屬片37上鏤空有第二微槽結構371以在第二金屬片上形成第二金屬走線372,所述第一饋線32與第三饋線38電連接,所述第二饋線33與第四饋線39電連接，所述天線3預設有供電子元件嵌入的空間36。此種設計等效于電磁復合材料增加了天線物理長度(實際長度尺寸不增加)，這樣就可以在極小的空間內(nèi)設計出工作在極低工作頻率下的射頻天線。解決傳統(tǒng)天線在低頻工作時天線受控空間面積的物理局限。第一饋線32與第三饋線38通過在d區(qū)域處PCB板11上開的金屬化通孔310電連接，所述第二饋線33與第四饋線39通過在介質(zhì)基板31上開的金屬化通孔320電連接。圖6所示為本發(fā)明的天線的結構示意圖，圖7為圖6所示的另一視角圖。綜合兩個圖可以看出，d區(qū)域內(nèi)PCB板的a表面及b表面上附著的結構相同。即第一饋線、第二饋線、第一金屬片在b表面的投影分別與第三饋線、第四饋線、第二金屬片重合。當然，這只是 一個優(yōu)選的方案，a表面與b表面的結構根據(jù)需要也可以不同。第一饋線32與第二饋線33均圍繞第一金屬片34設置以實現(xiàn)信號耦合。另外第一金屬片34與第一饋線32與第二饋線33可以接觸,也可以不接觸。當?shù)谝唤饘倨?4與第一饋線32接觸時，第一饋線32與第一金屬片34之間感性耦合；當?shù)谝唤饘倨?4與第一饋線32不接觸時，第一饋線32與金屬片34之間容性耦合。同樣，當?shù)谝唤饘倨?4與第二饋線33接觸時，第二饋線33與第一金屬片34之間感性耦合；當?shù)谝唤饘倨?4與第二饋線33不接觸時，第二饋線33與第一金屬片34之間容性耦合。第三饋線38與第四饋線39均圍繞第二金屬片37設置以實現(xiàn)信號耦合。另外第二金屬片37與第三饋線38、第四饋線39可以接觸，也可以不接觸。當?shù)诙饘倨?7與第三饋線38接觸時，第三饋線38與第二金屬片37之間感性耦合；當?shù)诙饘倨?7與第三饋線38不接觸時，第三饋線38與金屬片37之間容性耦合。同樣，當?shù)诙饘倨?7與第四饋線39接觸時，第三饋線38與二金屬片37之間感性耦合；當二金屬片37與第四饋線39不接觸時，第四饋線39與第二金屬片37之間容性耦合。本發(fā)明中，所述d區(qū)域內(nèi)PCB板兩相對表面的第一金屬片與第二金屬片可以連接，也可以不連接。在第一金屬片與第二金屬片不連接的情況下，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過容性耦合的方式饋電；此種情況下，通過改變介質(zhì)基板的厚度可以實現(xiàn)第一金屬片與第二金屬片的諧振。在第一金屬片與第二金屬片電連接的情況下(例如通過導線或金屬化通孔的形式連接)，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過感性耦合的方式饋電。通過改變饋線的饋電位置可以得到不同極化方式的天線，因此，通過改變第一饋線與第三饋線、第二饋線與第四饋線饋電位置的不同可以得到雙極化天線。優(yōu)選地，第一饋線與第三饋線的饋電方式為水平極化，第二饋線與第四饋線的饋電方式為垂直極化，每種極化方式根據(jù)不同的需要實現(xiàn)以下幾種情況(I)水平極化與垂直極化中的一種極化方式只用于接收電磁波，另一種極化方式用于發(fā)射電磁波。(2)水平極化與垂直極化中的一種極化方式只用于接收電磁波，另一種極化方式用于發(fā)射和接收電磁波。
(3)水平極化與垂直極化中的兩種極化方式均用于發(fā)射和接收電磁波。圖8所示為圖6和圖7中天線的一種進一步實施方式，圖8中351為預設的電子元件嵌入的空間，362、363、364、365、366、367為預設的空間已嵌入電子元件。圖8中各位置嵌入電子元件與圖5中對應空間嵌入電子元件所起的作用相同，在此不作展開敘述。其中嵌入電子元件的空間位置、d區(qū)域內(nèi)PCB板材質(zhì)、金屬片材質(zhì)以及天線的制造方法等均可與圖3所示天線相同。圖5-圖8所示的天線，與d區(qū)域內(nèi)PCB板即構成了電磁復合材料天線，也就是超材料天線，能夠滿足無線通訊裝置功能，極大地減小了天線的體積。以上僅是對本發(fā)明的實施例的描述，不能構成本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明宗 旨的情況的衍變均處于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種集成于PCB板的無線通訊裝置，其特征在于，包括PCB板、設于所述PCB板上的SOC單元、給所述SOC單元供電的電源模塊以及印刷于所述PCB板表面的天線，所述SOC單元的通訊端與所述天線相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的無線通訊裝置，其特征在于，還包括低噪聲放大與功放模塊，所述SOC單元的通訊端經(jīng)所述低噪聲放大與功放模塊與所述天線相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的無線通訊裝置，其特征在于，還包括設置于所述低噪聲放大與功放模塊和所述天線之間的衰減模塊。
4.根據(jù)權利要求I所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述SOC單元還包括作為所述SOC單元通訊端的雙工器以及用于數(shù)據(jù)處理的上變頻模塊、下變頻模塊、數(shù)模轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊、低噪放大模塊和鎖相環(huán)。
5.根據(jù)權利要求I所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述SOC單元包括核處理器和存儲器以及內(nèi)置于所述存儲器的DSP軟件。
6.根據(jù)權利要求I至5任一項所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述天線為電磁復合材料天線。
7.根據(jù)權利要求6所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述天線為單極天線、雙極天線或多極天線。
8.根據(jù)權利要求7所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述天線包括饋線和附著在PCB板一表面的金屬片，所述饋線通過耦合方式饋入所述金屬片，所述金屬片上鏤空有微槽結構以在金屬片上形成金屬走線，所述天線預設有供電子元件嵌入的空間。
9.根據(jù)權利要求7所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述天線包括附著在PCB板相對兩表面的第一金屬片及第二金屬片，圍繞第一金屬片設置有第一饋線、第二饋線，圍繞第二金屬片設置有第三饋線、第四饋線，所述第一饋線及第二饋線均通過耦合方式饋入所述第一金屬片，所述第三饋線及第四饋線均通過耦合方式饋入所述第二金屬片，所述第一金屬片上鏤空有第一微槽結構以在第一金屬片上形成第一金屬走線，所述第二金屬片上鏤空有第二微槽結構以在第二金屬片上形成第二金屬走線，所述第一饋線與第三饋線電連接，所述第二饋線與第四饋線電連接，所述天線預設有供電子元件嵌入的空間。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的無線通訊裝置，其特征在于，所述電子元件為感性電子元件、容性電子元件或者電阻。
全文摘要
一種集成于PCB板的無線通訊裝置，包括PCB板、設于PCB板上的SOC單元、給SOC單元供電的電源模塊以及印刷于PCB板表面的天線，SOC單元的通訊端與天線相連。本發(fā)明一種集成于PCB板的無線通訊裝置，極大地減少了整體空間需求，降低了電能的消耗，應用SOC提高了射頻的功放效率，降低了功耗，將天線集成于PCB板的表面免去了連接PCB板與天線的連接結構，降低了信號在傳輸過程中的衰減，提高了天線的轉換效率；PCB板上集成的天線能夠衍生成多種結構，能夠滿足無線通訊裝置的多種需求；本發(fā)明無線通訊裝置制造成本低，實用性強，能夠適用于多種場合。
文檔編號H04B1/38GK102882541SQ201110197009
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權日2011年7月14日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 尹武 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司