24GHz 频段增益天线模块设备选择

1、【物联网天线选择攻略】2.4GHz频段增益天线模块设备选择天线模块设备(ant enna)是一种能量变换器，它把传输线上传播的导行波，变 换成在无界媒介中传播的电磁波，或者进行相反的变换。对于设计一个应用于射 频系统中的小功率、短距离的2.4GHz无线收发设备，天线的设计和选择是其中 的重要部分，良好的天线系统可以使通信距离达到最佳状态。2.4GHz天线的种 类也很多，不同的应用需要不用的天线。增益天线简介RadioXAntennaMailing Lino(5Notwork 4AntennaRsdiKRadioTnansrnls&ionLi鬧(SOO)NEatching Network图1 天

2、线传输原理为保证天线的传输效率，天线的长度大约是电磁波波长的1/4,所以信号频 率越低，波长越长，天线的长度越长；信号频率越高，波长越短，天线的长度越 短。则常用的2.4GHz频段频率高，波长短，天线的长度短，可用内置天线，也 可以用外置天线。天线做的更短，如1 /8波长或1/16波长，也可以使用，只是 效率会下降。某些设备会采用“短天细LNA ”的方式，也能达到长天线的接收效 果。但是短天线要达到长天线的发射效果，就需要提升发射功率了，因此对讲机需要发射信号，都是长的外置天线，而FM收音机只收不发，有内置接收天线。 例如 2G(900MHz)、4G(700-2600MHz)、WIFI 和蓝牙

3、(2.4GHz)、GPS(1.5GHz)，这 些常用的物联网通信方式，可以做内置天线。对于手持机、穿戴设计、智能家居等小尺寸产品，很少使用外置天线，普遍 采用内置天线。集成度高，产品外观更美观，性能比外置天线略弱一点。物联网、 智能硬件产品，要联网传输数据，都需要有天线。空间越小、频段越多，天线设 计越复杂。外置天线一般都是标准品，买频段合适的，无需调试，即插即用。例 如快递柜、售货机这些，普遍使用磁吸的外置天线，吸在铁皮外壳上即可。这些 天线不能放在铁皮柜里面，金属会屏蔽天线信号，所以只能放在外面。优点是使 用方便、价格便宜，缺点是不能用在小尺寸产品上。天线类别那如何从众多的2.4GHz天线

4、中选择出适合自己无线收发设备的2.4GHz天线, 接下来就通过对2.4GHz天线的分类和分类对比来介绍如何选择2.4GHz天线。应 用在2.4GHz频段上的天线主要有陶瓷天线、PCB天线和弹簧天线等，陶瓷天线 和PCB天线属于内置天线，弹簧天线属于外置天线。一、陶瓷天线图2 各种类型的陶瓷天线陶瓷天线工作原理是利用GPS卫星来实现导航定位的，而用户的接收机主要 任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体 的位置、速度和时间(PVT)等导航信息，陶瓷天线的原理要分两部分来说：一是 发射天线，一是接收天线。一般的天线都具有可逆性，可同时做发射天线和接收 天线。陶瓷天线发

5、射天线简单说，就是通过一根叫做“天线”的电极将天线与地 之间形成的高频电场变成电磁波，从而能发射出去并传波到远方。陶瓷天线接收 天线简单说,就是通过一根叫做“天线”的电极将空中传来的电磁波感应为电场， 生成高频信号电压，送到接收机进行信号处理。在陶瓷天线单元设计中采用了高 频、低噪声放大器，以减弱天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响， 而陶瓷天线的作用是将卫星传来的无线电信号的电磁波能量变换成接收机电子 器件可摄取应用的电流，所以天线的大小和形状十分重要，因为这些决定了陶瓷 天线能获取微弱的电磁波信号的能力。陶瓷天线是一种适合于蓝牙装置使用的小型化天线，在物联网产品中用的最 多的，就

6、是GPS、蓝牙、GSM陶瓷天线。陶瓷天线分为块状陶瓷天线和多层陶瓷 天线。块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印 在陶瓷块的表面上。而多层天线烧制采用低温共烧的方式讲多层陶瓷迭压对位后 再以高温烧结，所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一层陶瓷介质层上, 如此一来可以有效缩小天线尺寸，并能达到隐藏天线目的。由于陶瓷本身介电常数比PCB电路板的要高，所以使用陶瓷天线能有效缩小天线 尺寸。在介电损耗方面，陶瓷介质也比PCB电路板的介电损失小，所以非常适合 低耗电率的的蓝牙模块中使用。陶瓷天线尺寸一般1210封装相当，效果要强 于板载天线。使用也比较方便，一般有ANT接

7、入脚和地脚，在PCB设计时，天 线周围一定要净空，特别注意不能敷铜。同时在使用陶瓷天线时，也要注意巴伦 电路的匹配问题，如果是用专用的集成电路，最好让生产商测试一下平衡电路与 陶瓷天线的匹配情况。如果匹配的不好，也会影响天线的效果。陶瓷天线的优点是占用空间很小、性能比较好。缺点是很难做到多频段，因 此难以应用在4G类产品中。对电路板净空要求比较高，不适用于特别紧凑的产 品。二、PCB天线代匸-cc匸-图3 各种类型的PCB天线PCB天线是指无线接收和发射用的PCB 上的部分。发射时，它把发射机的高 频电流转换为空间电磁波；接收时，它又把从空间获取的电磁波变换成高频电流 输入接收机。使用PCB天

8、线时，也要注意巴伦电路的匹配问题，如果是用专用的 集成电路，最好让生产商测试一下平衡电路与PCB天线的匹配情况，如果匹配的 不好，也是会影响天线的效果的。PCB天线大量应用于蓝牙模块、WIFI模块、ZIGBEE模块等单一频段的模块电 路板上。优点是空间占用较少，成本低廉，不需单独组装天线，不易触碰损坏，整机 组装方便，但会牺牲性能。缺点是单个天线场型很难做到圆整，插损高，效率相 对低下，容易遭到主板上的干扰；同时只适合单一频段，如蓝牙，wifi；不同批 次的PCB天线性能会有一定偏差。三、外置天线%图4各种不同的外置天线外置天线主要是通过直接焊接在天线（ANT）引脚、IPEX接口或者SMA接口

9、 来连接外置天线，IPEX天线接口和SMA天线接口是一种作为射频电路和天线的 接口，被广泛应用于无线局域网相关产品的单板上。外置天线的种类有很多，弹簧天线、FPC天线、短胶棒天线、长可弯折天线、 吸盘天线等外置天线。外置天线的优点是场型能控制更好，插损低，信号的方向 指向性好，效率高，抗干扰能力强，能减少受到主板上的干扰，而且不用太多的 调试匹配，若存在无线收发设备和外置天线不匹配的情况，也可以通过直接更换 外置天线来解决，无须更换PCB板；缺点是成本较高，组装起来比较麻烦。2.4G天线的应用以成都亿佰特的E73系列蓝牙模块为例介绍2.4G不同的天线类型对比。图5成都亿佰特公司E73系列模块序

10、 号参数 名称E73-2G4M04S1AE73-2G4M04S1BE73-2G4M08S1CE73-2G4M04S1D1射频 芯片nRF52810nRF52832nRF52840nRF518222品牌NORDICNORDICNORDICNORDIC3模块 尺寸17.5*28.7mm17.5*28.7mm13*18mm17.5*28.7mm4工作 频段2.3792.496GHz2.3792.496GHz2.3602.5GHz2.3792.496GHz5内核ARM Cortex-M4ARMCortex-M4FARM Cortex-M4ARM Cortex-M06支持 协议BLE 4.2/5.0BL

11、E 4.2/5.0BLE 4.2/5.0BLE 4.2/5.07FLASH192KB512KB1024KB256KB8RAM24KB64KB256KB16KB9供电 电压1.8V3.6V DC,推荐3.3V1.8V3.6V DC,推荐3.3V1.8V3.6V DC，推荐 3.3V1.8V3.6V DC,推荐3.3V10通信 电平3.3V3.3V3.3V3.3V11实测 距离100m,晴朗空 旷，最大功率， 天线增益 5dBi,高度 2.5m，1M 空中 速率100m，晴朗空 旷，最大功率， 天线增益 5dBi，高度 2.5m，1M 空中 速率120m，晴朗空旷，最大功率， 天线增益5dBi，高

12、度2.5m， 1M空中速率100m,晴朗空 旷，最大功率， 天线增益 5dBi,高度 2.5m, 1M 空中 速率12发射 功率最大4dBm最大4dBm最大8dBm最大4dBm13接收 灵敏-95dBmlMbps-95dBm1MbpsT03dBm125kbps,-95dBm1Mbps-96dBm度1接口IPEX/PCB，默IPEX/PCB，默陶瓷天线IPEX/PCB，默4方式认PCB认PCB认PCB表1 E73系列模块电气参数对比图由表 1 可知,E73-2G4M04S1A、E73-2G4M04S1B、E73-2G4M04S1D 兼容的是 IPEX天线和PCB天线，默认接口都是PCB天线，E7

13、3-2G4M08S1C使用的是陶瓷天 线。由上表可以很清晰的看出 E73-2G4M04S1A、E73-2G4M04S1B、E73-2G4M08S1C、 E73-2G4M04S1D之间的区别，首先四个型号采用不同的芯片方案，尺寸和功率 E73-2G4M04S1A、E73-2G4M04S1B 和 E73-2G4M04S1D 是一样的，E73-2G4M08S1C 稍有差异；但在相同的测试条件下，但从传输距离来讲，E73-2G4M08S1C相对于 E73-2G4M04S1A、E73-2G4M04S1B 和 E73-2G4M04S1D 这 3 个型号之间传输距离稍 好，发射功率也会稍大一些。特别要提出的是，E73-2G4M08S1C发射功率为8dBm，相对于别的蓝牙模块来 说，功率会大一些，所以传输距离相比于别的蓝牙产品传输距离稍远。若使用IPEX天线接口接入外置天线，