在設(shè)計(jì)天線時(shí),我們有以下幾個(gè)要注意的點(diǎn):
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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。
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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。
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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。
[敏感詞]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。
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,也稱為鞭狀天線(又稱直線天線)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)于周圍環(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、天線的安裝以及周圍的金屬等因素影響,預(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。匹配元件的周圍 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[敏感詞]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)
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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;
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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 ;
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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 ;
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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 ;
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天線的下方不應(yīng)接觸金屬,地面、接地層 ;
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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。
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注意內(nèi)部纜線 (如電池電源線)不能太靠近天線部位;
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單極天線需要有合理的接地面才能發(fā)揮最好效。
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不要使用很細(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。
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