藍(lán)牙天線的對(duì)比及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

在藍(lán)牙產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，天線模塊的重要性幾乎占據(jù)了半壁江山，除了一個(gè)用于承載通信的協(xié)議棧內(nèi)核外，天線就是最重要的，最能夠影響藍(lán)牙傳輸性能的電磁波組件了。

在設(shè)計(jì)天線時(shí)，我們有以下幾個(gè)要注意的點(diǎn)：

天線的信號(hào)很容易衰減，頻率大于400MHz以上時(shí)，衰減就會(huì)變得明顯，因此天線與附近的地平面的距離至少大于三倍的線寬。對(duì)于微帶線與帶狀線來(lái)說(shuō)，特征阻抗和板層的厚度，線寬，過(guò)孔以及板材的介電常數(shù)相關(guān)，所以印制板制版上需要特殊的要求。過(guò)孔會(huì)產(chǎn)生寄生電感，過(guò)孔會(huì)使得高頻信號(hào)產(chǎn)生非常大的衰減，所有射頻走線的時(shí)候一定不能有過(guò)孔，也就是射頻走線不能跨層。

下面我們對(duì)比一下常見(jiàn)的四種藍(lán)牙天線

一、陶瓷天線

陶瓷天線是一種適合于藍(lán)牙裝置使用的小型化天線。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(jié)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(duì)位后再以高溫?zé)Y(jié)，所以天線的金屬導(dǎo)體可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要印在每一層陶瓷介質(zhì)層上，如此一來(lái)可以有效縮小天線尺寸，并能達(dá)到隱藏天線目的。由于陶瓷本身介電常數(shù)比pcb電路板的要高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸。

二、PCB天線

?PCB天線 （倒F型、L型天線）是指無(wú)線接收和發(fā)射用的PCB上的部分。

優(yōu)點(diǎn)是：空間占用少，成本低，不需要單獨(dú)組裝天線，不易觸碰損壞，整機(jī)組裝方便。缺點(diǎn)是：?jiǎn)蝹€(gè)天線場(chǎng)型很難做到圓整，插損高，效率相對(duì)較低，容易受到主板上的干擾。對(duì)于PCB板載天線，不需要單獨(dú)組裝天線，一次調(diào)完就無(wú)需再次調(diào)試，不易觸碰損壞且組裝方便。

三、PFC天線

PFC天線通常使用同軸線纜和PCB上的IPEX接口相連，被廣泛應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）相關(guān)產(chǎn)品單板上。它的優(yōu)點(diǎn)是：場(chǎng)型能控制更好，插損低，信號(hào)的方向指向性好，效率高，抗干擾能力強(qiáng)，能遠(yuǎn)離主板上的干擾，而且不用過(guò)多的進(jìn)行調(diào)試匹配，作為終端廠家，只需要外面接一個(gè)IPEX的天線即可；缺點(diǎn)就是：成本高，組裝麻煩。IPEX接口外接天線，信號(hào)的方向指向性好，效率高，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，而且不用過(guò)多的進(jìn)行調(diào)試匹配，作為終端廠家，只需要外面接一個(gè)IPEX的天線即可。

四、棒狀天線

棒狀天線，也稱(chēng)為鞭狀天線（又稱(chēng)直線天線）是一種水平多道極性的無(wú)線通信天線，由一根長(zhǎng)桿桿體、一根短棒棒體或一根電纜組成，并在頻率范圍內(nèi)具有最佳的功率傳輸特性。簡(jiǎn)單說(shuō)，他就是對(duì)天線的一個(gè)特殊封裝。棒狀天線具有較高增益，相對(duì)于貼片天線，棒狀天線的設(shè)計(jì)使其具有更高的增益，能夠提供更遠(yuǎn)的傳輸距離和更好的信號(hào)強(qiáng)度。另外，棒狀天線的抗干擾能力強(qiáng)，由于其較長(zhǎng)的物理長(zhǎng)度，棒狀天線對(duì)于周?chē)h(huán)境的物體和電磁干擾具有一定的抗干擾能力。局限性就是尺寸非常大，成本相對(duì)也比較高。

關(guān)于設(shè)計(jì)：

一、 匹配電路設(shè)計(jì)

在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，需要在天線與模塊射頻輸出管腳預(yù)留一個(gè)π型網(wǎng)絡(luò)。天線的阻抗受PCB的鋪地、天線的安裝以及周?chē)慕饘俚纫蛩赜绊懀A(yù)留這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是為了在天線嚴(yán)重偏離50 歐姆阻抗時(shí)，將其匹配至 50 歐姆。

L，C1，C2 都是電抗元件，如果天線是標(biāo)準(zhǔn)的 50 歐姆阻抗，那么 C1，C2可以不焊接，L 接 220PF電容或者 0 歐姆電阻。在 PCB設(shè)計(jì)時(shí)，這三個(gè)器件已經(jīng)盡量靠近模塊的射頻輸出腳，并且連接的傳輸線短且直。匹配元件的周?chē)?1.5mm區(qū)域內(nèi)不要鋪地，以減少寄生參數(shù)對(duì)匹配電路的影響。

二、微帶設(shè)計(jì)

在 PCB設(shè)計(jì)時(shí)，由于大部分的天線與模塊的輸出阻抗是 50 歐姆，為了盡量減少在傳輸過(guò)程中能量的反射，射頻輸出管腳到天線之間的 PCB引線應(yīng)為 50 歐姆的微帶線。常用的板材為 FR4（介電常數(shù) 4.2-4.6 ），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)線寬約為微帶線距離參考層距離的 2.2 倍時(shí)，微帶線的特征阻抗約為 50 歐姆。具體設(shè)計(jì)時(shí) ,建議使用微帶線阻抗控制工具（ ADS、txline等）來(lái)計(jì)算, 并通過(guò)實(shí)際調(diào)試來(lái)完成微帶線的設(shè)計(jì)。如下圖所示，微帶線下面的鋪地層必須是完整的地，在微帶線兩側(cè)需要多打接地過(guò)孔。

三、金屬對(duì)天線的影響

如果天線附近有金屬材料的物體時(shí)， 金屬能反射電磁波， 不但會(huì)影響天線的實(shí)際使用空間，增加天線的損耗電阻，降低輻射效率，而且導(dǎo)致天線輻射性能的惡化。在安裝天線時(shí)要注意：

a：天線距離電池至少要有 5mm；

b：天線距離屏蔽殼至少要有 4mm；

c：在需要安裝外殼的場(chǎng)合，不要在外殼表面使用具有金屬成分的噴漆或者鍍層。?

四、 藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)

針對(duì)板級(jí)的藍(lán)牙貼片天線，具體的PCB走線要求：走線直接從焊盤(pán)引腳出，走線建議在模塊同一平面（假設(shè)是TOP），走線寬度15mil,兩邊離地間距15mil,走線部分要求短，同時(shí)需要BOTTOM面有地參考；建議選用的藍(lán)牙天線：微小型陶瓷天線，倒F型天線， 棒狀天線等 。如果空間允許，盡量不要選擇大尺寸的天線 ；藍(lán)牙天線擺放位置最好在邊角處，三面留空，如果是選用貼片天線，要有至少 2mm 的凈空區(qū)域，凈空區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)離地面或者其它金屬部件 ；

天線與附近物體之間應(yīng)該留有凈空區(qū)，否則匹配調(diào)節(jié)將會(huì)變困難 ，輻射模式會(huì)受到嚴(yán)重扭曲 ；

天線的下方不應(yīng)接觸金屬，地面、接地層 ；

天線應(yīng)遠(yuǎn)離金屬物體放置，比如電池、芯片等金屬物有重疊。注意內(nèi)部纜線 （如電池電源線）不能太靠近天線部位；單極天線需要有合理的接地面才能發(fā)揮最好效。

天線周?chē)荒苡薪饘偻鈿せ驇Ы饘俚乃芰洗嬖诨虬?。不要使用很?xì)的天線饋電線，定寬度限制不能小于 0.1mm。

使用藍(lán)牙模塊時(shí)的擺放位置

模塊在應(yīng)設(shè)計(jì)在主板的邊緣，且至少保證三面沒(méi)有地，如果設(shè)置在邊緣的中間地帶，最好將主板挖空，讓模組的天線探出頭來(lái)。

如果把模組設(shè)計(jì)在主板中央，那么主板上的地平面和各種元器件將包裹整個(gè)天線，射頻信號(hào)無(wú)法輻射出來(lái)。

縱向上來(lái)看，天線應(yīng)該距離金屬部件一定距離，對(duì)于模組，我們應(yīng)該讓天線那一端原離金屬部件，無(wú)論是側(cè)面還是正面或者底部。