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文档简介
第第页板载天线设计中的关键点及参考方案在(无线通信)中(天线)性能严重影响产品的性能。在(蓝牙)应用中,板载天线是一种重要的天线形式,本文介绍一下板载天线设计中的关键点,并给出相应的参考方案。
(射频)组成
BLE(芯片)的射频部分一般都由三部分组成:
•匹配(网络)——将芯片引脚出来的(信号)匹配到50欧姆,并滤除部分高频杂波
•传输线——连接匹配网络和天线,根据(PCB)的实际布局,可以省去
•天线——将(电流)信号转换成射频信号的关键部分,本文以PCB天线进行说明
PCB天线选择
天线的本质,是将电流信号转化为电磁波的装置,包括导线天线、PCB天线、陶瓷天线等形式。
PCB天线因为不需要额外的BOM成本,以及优秀的性能,是许多射频设计中的最优选择。
(推荐)下面三种经典的PCB天线,用户可以根据自身线路板尺寸和性能要求进行选择。
1、蛇形线F天线
1)需要空间
天线空间:14.5mm*6mm
板厚:1.2mm
2)测试条件
3)增益:1.6db
4)带宽:150MHz
5)方向图
天线放置
XOY方向
YOZ方向
2、倒F天线
1)需要空间
天线空间27mm*7.5mm
板厚:1.2mm
2)测试条件
3)增益:2.4db
4)带宽:560MHz
5)方向图
天线摆放:
XOY方向图
YOZ方向图
3、蛇形倒F天线变种
1)需要空间
天线空间:11.5mm*7.5mm
板厚:1.2mm
2)测试条件
相对前两种天线,这种倒F天线需要背面的地突出一块(另外两种天线背面的地与正面是一致的),连接短路枝节的过孔。具体差别见第五部分铺地。
3)增益:1.6db
4)带宽:170MHz
5)方向图
天线放置:
XOY:
YOZ:
匹配网络
从射频引脚到传输线之间,要经过一段匹配网络,这段匹配网络的主体是一个π型滤波网络(C11,L1,C12)和一个隔直(电容)。
对于大部分设计来说,使用上图中推荐的器件参数,就可以获得良好的射频效果。
也要注意,由于PCB生产工艺、材质、布局等差异,每一款线路板都会呈现出与其他线路板不同的参数。
如果想获得最佳的射频效果,需要使用网络分析仪和(仿真)软件对匹配网络进行调试,这部分内容过于复杂,本文不予说明。
传输线
在匹配网络之间,根据线路板的具体情况,往往需要连接一段传输线,这段传输线需要进行50欧姆的阻抗匹配,这一段传输线的匹配程度对于射频整体效果至关重要。
传输线50欧姆阻抗的调节,主要受到三个参数的影响:
•传输线的宽度
•传输线与地平面(天线所在面)的间距
•传输线与参考地的距离(对于双层板来说,也就是线路板的板厚)
另外,也会受到铜皮厚度(默认使用1oz)、绿油厚度、线路板材质等参数差异的影响,但影响最大的还是上面的三个参数。
可以让PCB厂家针对某一段传输线进行阻抗匹配,也可以自己使用软件进行计算,得出合适的参数,推荐使用Txline或者PolarSi9000。
对于特定厚度的线路板,也可直接使用下图中的尺寸进行设计:
板厚(mm)线宽(Mil)与地距离(mil)0.832813681.23671.6366
铺地
使用PCB天线时,线路板需要进行良好的铺地。
PCB天线所在层,以及选为参考地的层,要有良好的铺地,尤其是参考面的地。
在铺地上,需要注意的包括:
•在射频走线的下方,不要有其他的走线(对于多层板来说,这个要求不仅限于参考地层)。
•地层要尽量平整、连续,尤其是参考地层的地。
•PCB天线所在层与参考地层要多打过孔,在传输线和匹配网络的周围要连续而紧密地打过孔。
•PCB天线下方一定要严格净空,不可留有任何金属结构。
对于大部分PCB天线来说,天线层和参考地层的铺地形状完全一致,但是上面介绍的第三种天线,由于短路枝节接地的需要,参考层的地平面需要比天线层多出一块,如下面两图所示:
天线面:
参考面:
如果产品中使用的是蓝牙模块,模块在母板贴装时,对母板也有相
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