低功耗藍牙模塊常見天線輸出方式及選型建議

?隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已經滲透到了我們生活的方方面面。作為物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術之一，BLE（低功耗藍牙）技術在汽車電子、智能家居、穿戴設備、工業(yè)自動化等領域發(fā)揮著舉足輕重的作用。深圳市信馳達科技有限公司專注于無線通信射頻領域，提供低功耗高性能藍牙數(shù)傳模塊，針對客戶在BLE模塊選型時經常遇到的天線輸出方式選擇問題，本文將詳細介紹低功耗藍牙模塊常見天線輸出方式、優(yōu)缺點及適用場景。

在藍牙模塊中，天線與模塊的關系是共生共輔的，除了系統(tǒng)芯片作為核心外，天線是另一個具備影響藍牙模塊傳輸特性的關鍵性組件。為了滿足不同場景需求，深圳信馳達科技推出的系列藍牙模塊，如RF-BM-BG22系列、RF-BM-2340系列藍牙模塊，都提供了PCB板載天線、IPEX接口、陶瓷天線、郵票孔等多種天線輸出方式供客戶按需選擇。

PCB板載天線

PCB板載天線，就是在PCB上印制了一根走線，可以將其畫成直線走線、反轉的F形走線、蛇形或圓形走線等，長度為四分之一波長就基本可以形成天線，將電信號輻射出去或接收信號。圖1中信馳達RF-BM-2340B1藍牙模塊紅色標注部分就是PCB板載天線。

圖1 PCB板載天線--信馳達RF-BM-2340B1藍牙模塊

PCB板載天線優(yōu)點是空間占用較少,成本低，不需要單獨組裝天線，不易觸碰損壞且組裝方便；缺點是單個天線場型很難做到圓整，插損高，效率相對較低下，容易受到主板上的干擾；同時只適合單一頻段，如藍牙，WiFi；不同批次的PCB天線性能會有一定偏差。

PCB板載天線具有成本低、節(jié)省空間等優(yōu)點，與獨立天線相比，PCB板載天線在組裝和調試方面具有明顯優(yōu)勢，在2.4 GHz頻段的無線模塊，如WiFi模塊、藍牙模塊、ZigBee模塊等領域應用廣泛。

IPEX接口

IPEX，全稱為I-PEX Connectors，原先是個做連接器的公司，后被第一精工合并，IPEX是一種小型的無線連接器，也稱為UFL。它是一種微型同軸連接器，通常用于連接小型電子設備如無線模塊、WiFi模塊、藍牙模塊等的天線。IPEX接口外接天線有多種形態(tài)，不受限制，IPEX天線接口的形態(tài)通常是一個小的金屬插座，其外形為矩形或方形，具有非常小的尺寸。它通常由一對金屬針腳組成，用于與天線的接頭相匹配。圖2中信馳達RF-BM-BG22B1I藍牙模塊紅色標注部分為IPEX接口。

圖2 IPEX接口--信馳達RF-BM-BG22A1I藍牙模塊

需要注意的是，IPEX接口并不是標準化的接口，有幾種不同的IPEX接口變體，如IPEX MHF1、IPEX MHF2、IPEX MHF3等。因此，在購買天線或轉接頭時，需要確保選擇正確的IPEX接口類型以確保兼容性和可靠的連接。

使用IPEX接口外接天線的優(yōu)點是：信號的方向指向性好，效率高，抗干擾能力強，能遠離主板上的干擾，而且不用過多的進行調試匹配，作為終端廠家，只需要外面接一個IPEX接口的天線即可；缺點：成本高，組裝麻煩。通常在模塊需要覆蓋較遠距離時選擇使用。

陶瓷天線

陶瓷天線又分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。塊狀天線是使用高溫將整塊陶瓷體一次燒結完成后再將天線的金屬部分印在陶瓷塊的表面上。而多層天線燒制采用低溫共燒的方式將多層陶瓷迭壓對位后再以高溫燒結，所以天線的金屬導體可以根據(jù)設計需要印在每一層陶瓷介質層上，可以有效縮小天線尺寸，并能達到隱藏天線目的。由于陶瓷本身介電常數(shù)比PCB電路板要高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸。圖3中信馳達RF-BM-2340C2藍牙模塊紅色標注部分就是陶瓷天線。

圖3 陶瓷天線--信馳達RF-BM2340C2藍牙模塊

陶瓷天線占用空間小、性能好；帶寬窄，難以實現(xiàn)多頻段；有效提高主板的集成度，減少天線對ID的限制；有必要在主板定義之初導入設計。

低功耗藍牙模塊中使用陶瓷天線，在體積、性能、抗干擾能力等方面具有優(yōu)勢，但同時也存在成本較高等缺點。在實際應用中，需要根據(jù)具體需求權衡使用。

郵票孔接口

郵票孔接口是一種使用模塊天線（ANT）引腳引出天線的方案，客戶通過模塊上的射頻輸出引腳引出天線，自主設計天線電路。它具有不占用模塊體積、設計靈活、對使用人員有射頻設計能力要求等特點。圖4中信馳達RF-BM-BG22A1藍牙模塊紅色標注部分就是郵票孔接口。

圖 4 郵票孔接口--信馳達RF-BM-BG22A1

藍牙模塊使用郵票孔天線接口優(yōu)點是不占用PCB空間，可以減小模塊的體積；保留用戶自主設計天線的靈活性，當現(xiàn)有的天線輸出方式無法滿足需求時，客戶可以選擇從郵票孔引出天線，自己設計天線以滿足需求；缺點是需要客戶具有專業(yè)的天線電路設計和射頻調試能力，有一定的使用門檻。

通常情況下，低功耗藍牙模塊都會配備PCB板載天線、IPEX座子或者陶瓷天線中的一種，郵票孔接口作為備份，當現(xiàn)有的天線形式不能滿足客戶需求，而客戶又具備天線設計能力的時候，可以選擇郵票孔接口的藍牙模塊。

總結

通常情況下，在選擇一款低功耗藍牙模塊時，我們會考慮傳輸速率、通信距離、模塊體積、功耗、芯片、外圍接口和成本等因素。天線形式通常會對模塊的通信距離、體積和成本產生影響。因此，在應用中我們需要根據(jù)實際需求選擇最適合的天線類型。對于信馳達同一芯片序列的藍牙模塊來說，主芯片通常是相同的，在相同的使用環(huán)境下，不同天線形式藍牙模塊通信距離的遠近排序是：IPEX接口/郵票孔 > PCB天線 > 陶瓷天線，具體效果以實際測試為準。

關于信馳達

深圳市信馳達科技有限公司（RF-star）是一家專注于物聯(lián)網(wǎng)射頻通信方案的高新技術企業(yè)，車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（CCC）和智慧車聯(lián)產業(yè)生態(tài)聯(lián)盟（ICCE）會員，通過ISO9001和IATF16949質量體系認證。2010年成立之初即成為美國TI公司官方授權方案商，之后陸續(xù)得到Silicon Labs、Nordic、Realtek、Espressif、ASR、卓勝微等海內外知名芯片企業(yè)的認可和支持。公司提供物聯(lián)網(wǎng)無線模塊和應用方案，包括BLE、WiFi、UWB、Zigbee、Thread、Matter、Sub-1G、Wi-SUN、LoRa等。