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在無(wú)線通信中天線性能?chē)?yán)重影響產(chǎn)品的性能。在藍(lán)牙應(yīng)用中，板載天線是一種重要的天線形式，本文介紹一下板載天線設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)，并給出相應(yīng)的參考方案。

射頻組成

BLE芯片的射頻部分一般都由三部分組成：

(相關(guān)資料圖)

?匹配網(wǎng)絡(luò)——將芯片引腳出來(lái)的信號(hào)匹配到50歐姆，并濾除部分高頻雜波

?傳輸線——連接匹配網(wǎng)絡(luò)和天線，根據(jù)PCB的實(shí)際布局，可以省去

?天線——將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)的關(guān)鍵部分，本文以PCB天線進(jìn)行說(shuō)明

PCB天線選擇

天線的本質(zhì)，是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁波的裝置，包括導(dǎo)線天線、PCB天線、陶瓷天線等形式。

PCB天線因?yàn)椴恍枰~外的BOM成本，以及優(yōu)秀的性能，是許多射頻設(shè)計(jì)中的最優(yōu)選擇。

推薦下面三種經(jīng)典的PCB天線，用戶可以根據(jù)自身線路板尺寸和性能要求進(jìn)行選擇。

1、蛇形線F天線

1）需要空間

天線空間：14.5mm*6mm

板厚：1.2mm

2）測(cè)試條件

3）增益：1.6db

4）帶寬：150MHz

5）方向圖

天線放置

XOY方向

YOZ方向

2、倒F天線

1）需要空間

天線空間27mm*7.5mm

板厚：1.2mm

2）測(cè)試條件

3）增益：2.4db

4）帶寬：560MHz

5）方向圖

天線擺放：

XOY方向圖

YOZ方向圖

3、蛇形倒F天線變種

1）需要空間

天線空間：11.5mm*7.5mm

板厚：1.2mm

2）測(cè)試條件

相對(duì)前兩種天線，這種倒F天線需要背面的地突出一塊（另外兩種天線背面的地與正面是一致的），連接短路枝節(jié)的過(guò)孔。具體差別見(jiàn)第五部分鋪地。

3）增益：1.6db

4）帶寬：170MHz

5）方向圖

天線放置：

XOY：

YOZ：

匹配網(wǎng)絡(luò)

從射頻引腳到傳輸線之間，要經(jīng)過(guò)一段匹配網(wǎng)絡(luò)，這段匹配網(wǎng)絡(luò)的主體是一個(gè)π型濾波網(wǎng)絡(luò)（C11，L1，C12）和一個(gè)隔直電容。

對(duì)于大部分設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，使用上圖中推薦的器件參數(shù)，就可以獲得良好的射頻效果。

也要注意，由于PCB生產(chǎn)工藝、材質(zhì)、布局等差異，每一款線路板都會(huì)呈現(xiàn)出與其他線路板不同的參數(shù)。

如果想獲得最佳的射頻效果，需要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀和仿真軟件對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試，這部分內(nèi)容過(guò)于復(fù)雜，本文不予說(shuō)明。

傳輸線在匹配網(wǎng)絡(luò)之間，根據(jù)線路板的具體情況，往往需要連接一段傳輸線，這段傳輸線需要進(jìn)行50歐姆的阻抗匹配，這一段傳輸線的匹配程度對(duì)于射頻整體效果至關(guān)重要。

傳輸線50歐姆阻抗的調(diào)節(jié)，主要受到三個(gè)參數(shù)的影響：

?傳輸線的寬度

?傳輸線與地平面（天線所在面）的間距

?傳輸線與參考地的距離（對(duì)于雙層板來(lái)說(shuō)，也就是線路板的板厚）

另外，也會(huì)受到銅皮厚度（默認(rèn)使用1oz）、綠油厚度、線路板材質(zhì)等參數(shù)差異的影響，但影響最大的還是上面的三個(gè)參數(shù)。

可以讓PCB廠家針對(duì)某一段傳輸線進(jìn)行阻抗匹配，也可以自己使用軟件進(jìn)行計(jì)算，得出合適的參數(shù)，推薦使用Txline或者Polar Si9000。

對(duì)于特定厚度的線路板，也可直接使用下圖中的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)：

鋪地

使用PCB天線時(shí)，線路板需要進(jìn)行良好的鋪地。

PCB天線所在層，以及選為參考地的層，要有良好的鋪地，尤其是參考面的地。

在鋪地上，需要注意的包括：

?在射頻走線的下方，不要有其他的走線（對(duì)于多層板來(lái)說(shuō)，這個(gè)要求不僅限于參考地層）。

?地層要盡量平整、連續(xù)，尤其是參考地層的地。

?PCB天線所在層與參考地層要多打過(guò)孔，在傳輸線和匹配網(wǎng)絡(luò)的周?chē)B續(xù)而緊密地打過(guò)孔。

?PCB天線下方一定要嚴(yán)格凈空，不可留有任何金屬結(jié)構(gòu)。

對(duì)于大部分PCB天線來(lái)說(shuō)，天線層和參考地層的鋪地形狀完全一致，但是上面介紹的第三種天線，由于短路枝節(jié)接地的需要，參考層的地平面需要比天線層多出一塊，如下面兩圖所示：

天線面：

參考面：

如果產(chǎn)品中使用的是藍(lán)牙模塊，模塊在母板貼裝時(shí)，對(duì)母板也有相應(yīng)的技術(shù)要求。使用桃芯藍(lán)牙的伙伴，如有需要，可以免費(fèi)申請(qǐng)相關(guān)的參考設(shè)計(jì)以及相關(guān)的技術(shù)咨詢。

編輯：黃飛