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低功耗藍牙之四大PCB板載天線設(shè)計方式

發(fā)布時間:2018-05-31 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】一直以來,無論是智能手機,還是筆記本電腦,亦或是平板電腦,藍牙都是智能設(shè)備的標配。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,現(xiàn)在涌現(xiàn)出大量的智能可穿戴設(shè)備,而支撐這些應(yīng)用的發(fā)展不僅需要移動軟件支持,同樣也需要無線傳感技術(shù)的支持,藍牙依然是無線連接的首選通信方式。



藍牙技術(shù),就是這中間最重要的一環(huán)。不僅要求通訊靈敏度,還需要小型化,更需要低功耗,更重要的是要低成本。
 
Bluetooth 4.0版本的出現(xiàn),解決了這些問題,它包含Bluetooth Smart(低功耗)功能,具有以下特點:
 
1)能耗低
 
2)成本低
 
3)標準紐扣電池能讓設(shè)備運行數(shù)年
 
4)多供應(yīng)商互操作性
 
5)增強射程
 
在硬件設(shè)計中,天線設(shè)計是比較有講究,常用的低成本設(shè)計方式是PCB板載天線設(shè)計方式,但PCB板載天線在實際中應(yīng)該如何設(shè)計,才能達到很好的收發(fā)效果呢?以下有四種藍牙天線設(shè)計可供參考: 
 
藍牙天線設(shè)計之倒F型天線:
 
倒F型天線的天線體可以為線狀或者片狀,當(dāng)使用介電常數(shù)較高的絕緣材料時還可以縮小藍牙天線尺寸。作為板載天線的一種,倒F型天線設(shè)計成本低但增加了一定體積,在實際應(yīng)用中是最常見的一種。天線一般放置在PCB頂層,鋪地一般放在頂層并位于天線附近,但天線周圍務(wù)必不能放置地,周圍應(yīng)是凈空區(qū)。如下圖:
 
圖1:倒F型天線設(shè)計示意圖
 
藍牙天線設(shè)計之曲流型天線設(shè)計:
 
曲流型天線的長度比較難確定。長度一般比四分之一波長稍長,其長度由其幾何拓撲空間及敷地區(qū)決定。曲流型天線一般是PCB封裝,即板載天線。和倒F型一樣,天線一般放置在PCB頂層,鋪地一般放在頂層并位于天線附近,但天線周圍務(wù)必不能放置地,周圍應(yīng)是凈空區(qū)。如圖2,圖3:
 
圖2:曲流型天線設(shè)計示意圖1
 
圖3:曲流型天線設(shè)計示意圖2
 
注:天線長度計算公式:
 
天線的長度(米)=(300/f)*0.25*0.96
 
其中f表示頻率(MHz),0.96為波長縮短率
 
藍牙天線長度約為 300/2.4G*0.25*0.96 大約為31mm
 
藍牙天線設(shè)計之陶瓷天線設(shè)計:
 
陶瓷天線是另外一種適合于藍牙裝置使用的小型化天線。陶瓷天線的種類分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。由于陶瓷本身介電常數(shù)較PCB電路板高,所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸,在介電損耗方面,陶瓷介質(zhì)也比PCB電路板的介電損失小,所以非常適合低耗電率的的藍牙模塊中使用。在 PCB設(shè)計時,天線周圍要凈空就可以了,特別注意不能敷銅。如下圖:
 
圖4:陶瓷天線設(shè)計示意圖
 
藍牙天線設(shè)計之2.4G棒狀天線設(shè)計:
 
2.4G棒狀藍牙天線體積大,但傳輸距離要強于其他天線。在PCB設(shè)計時,天線周圍也和上述的三種天線設(shè)計一樣要凈空。如下圖:
 
 
圖5:2.4G棒狀天線設(shè)計示意圖
 
關(guān)于藍牙天線設(shè)計的其它相關(guān)注意點:
 
1)天線的信號(頻率大于400MHz以上)容易受到衰減,因此天線與附近的地的距離至少要大于三倍的線寬。
 
2)對于微帶線與帶狀線來說,特征阻抗與板層的厚度、線寬、過孔以及板材的介電常數(shù)相關(guān)。
 
3)過孔會產(chǎn)生寄生電感,高頻信號對此會產(chǎn)生非常大的衰減,所以走射頻線的時候盡量不要有過孔。



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