在無線通信中天線性能嚴重影響產品的性能。 在藍牙應用中，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計中的關鍵點，并給出相應的參考方案。

射頻組成

BLE芯片的射頻部分一般都由三部分組成：

?匹配網絡——將芯片引腳出來的信號匹配到50歐姆，并濾除部分高頻雜波

?傳輸線——連接匹配網絡和天線，根據PCB的實際布局，可以省去

?天線——將電流信號轉換成射頻信號的關鍵部分，本文以PCB天線進行說明

PCB天線選擇

天線的本質，是將電流信號轉化為電磁波的裝置，包括導線天線、PCB天線、陶瓷天線等形式。

PCB天線因為不需要額外的BOM成本，以及優秀的性能，是許多射頻設計中的最優選擇。

推薦下面三種經典的PCB天線，用戶可以根據自身線路板尺寸和性能要求進行選擇。

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）測試條件

相對前兩種天線，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），連接短路枝節的過孔。 具體差別見第五部分鋪地。

3）增益：1.6db

4）帶寬：170MHz

5）方向圖

天線放置：

顯示：

退化：

匹配網絡

從射頻引腳到傳輸線之間，要經過一段匹配網絡，這段匹配網絡的主體是一個π型濾波網絡（C11，L1，C12）和一個隔直電容。

對于大部分設計來說，使用上圖中推薦的器件參數，就可以獲得良好的射頻效果。

也要注意，由于PCB生產工藝、材質、布局等差異，每一款線路板都會呈現出與其他線路板不同的參數。

如果想獲得最佳的射頻效果，需要使用網絡分析儀和仿真軟件對匹配網絡進行調試，這部分內容過于復雜，本文不予說明。

傳輸線

在匹配網絡之間，根據線路板的具體情況，往往需要連接一段傳輸線，這段傳輸線需要進行50歐姆的阻抗匹配，這一段傳輸線的匹配程度對于射頻整體效果至關重要。

傳輸線50歐姆阻抗的調節，主要受到三個參數的影響：

?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（對于雙層板來說，也就是線路板的板厚）

另外，也會受到銅皮厚度（默認使用1oz）、綠油厚度、線路板材質等參數差異的影響，但影響最大的還是上面的三個參數。

可以讓PCB廠家針對某一段傳輸線進行阻抗匹配，也可以自己使用軟件進行計算，得出合適的參數，推薦使用Txline或者Polar Si9000。

對于特定厚度的線路板，也可直接使用下圖中的尺寸進行設計：

鋪地

使用PCB天線時，線路板需要進行良好的鋪地。

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（對于多層板來說，這個要求不僅限于參考地層）。

?地層要盡量平整、連續，尤其是參考地層的地。

?PCB天線所在層與參考地層要多打過孔，在傳輸線和匹配網絡的周圍要連續而緊密地打過孔。

?PCB天線下方一定要嚴格凈空，不可留有任何金屬結構。

對于大部分PCB天線來說，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：

如果產品中使用的是藍牙模塊，模塊在母板貼裝時，對母板也有相應的技術要求。使用桃芯藍牙的伙伴，如有需要，可以免費申請相關的參考設計以及相關的技術咨詢。

　　審核編輯：湯梓紅