当前位置:文档之家› 2.4G RF天线的设计情况

2.4G RF天线的设计情况

2.4G RF天线的设计情况
2.4G RF天线的设计情况

本文章使用简单的术语介绍了天线的设计情况,并推荐了两款经过赛普拉斯测试的低成本PCB天线。这些PCB天线能够与赛普拉斯PRoC?和PSoC?系列中的低功耗蓝牙(BLE)解决方案配合使用。为了使性能最佳,PRoC BLE和PSoC4BLE2.4GHz射频必须与其天线正确匹配。本应用笔记中最后部分介绍了如何在最终产品中调试天线。

1.简介

天线是无线系统中的关键组件,它负责发送和接收来自空中的电磁辐射。为低成本、消费广的应用设计天线,并将其集成到手提产品中是大多数原装设备制造商(OEM)正在面对的挑战。终端客户从某个RF产品(如电量有限的硬币型电池)获得的无线射程主要取决于天线的设计、塑料外壳以及良好的PCB布局。

对于芯片和电源相同但布局和天线设计实践不同的系统,它们的RF(射频)范围变化超过50%也是正常的。本应用笔记介绍了最佳实践、布局指南以及天线调试程序,并给出了使用给定电量所获取的最宽波段。

设计优良的天线可以扩大无线产品的工作范围。从无线模块发送的能量越大,在已给的数据包错误率(PER)以及接收器灵敏度固定的条件下,传输的距离也越大。另外,天线还有其他不太明显的优点,例如:在某个给定的范围内,设计优良的天线能够发射更多的能量,从而可以提高错误容限化(由干扰或噪声引起的)。同样,接收端良好的调试天线和Balun(平衡器)可以在极小的辐射条件下工作。

最佳天线可以降低PER,并提高通信质量。PER越低,发生重新传输的次数也越少,从而可以节省电池电量。

2.天线原理

天线一般指的是裸露在空间内的导体。该导体的长度与信号波长成特定比例或整数倍时,它可作为天线使用。因为提供给天线的电能被发射到空间内,所以该条件被称为“谐振”。

如图2所示,导体的波长为λ/2,其中λ为电信号的波长。信号发生器通过一根传输线(也称为天线馈电)在天线的中心点为其供电。按照这个长度,将在整个导线上形成电压和电流驻波,如图2所示。

输入到天线的电能被转换为电磁辐射,并以相应的频率辐射到空中。该天线由天线馈电供电,馈电的特性阻抗为50Ω,并且辐射到特性阻抗为377Ω的空间中。

因此,对于天线的几何形状,有两个非常重要的事项需要注意:

1.天线长度

2.天线馈电

长度为λ/2的天线(如图2所示)被称为偶极天线。但在印刷电路板中,大多作为天线使用的导体长度仅为λ/4,但仍具有相同的性能。请参见图3。

通过在导体下方一定距离的位置上放置接地层,可以创建与导体长度相同的镜像(λ/4)。被组合在一起时,这些引脚作为偶极天线使用。这种天线被称为四分之一波长(λ/4)天线。PCB 上几乎所有的天线都按铜制接地层上四分之一波长的尺寸实现。请注意,该信号现在是单端馈电,同时接地层作为返回路径使用。

对于大多数PCB中使用的四分之一波长天线,需要特别注意:

1.天线长度

2.天线馈电

3.接地层和回流路径的形状和尺寸

如前部分所述,在自由空间中裸露的波长为λ/4的所有导体被放在一个接地层上,并为其提供合适的电压,那么该导体可以作为一个天线使用。根据不同的波长,天线可能与汽车的FM天线一样长,也可能与信号浮标上的走线一样短。对于2.4GHz的应用,大部分PCB 天线都属于下面的类型:

3.1.导线天线

这是在PCB上延长到自由空间中的一段导线,它的长度为λ/4,并被放置在接地层上。这种天线是由50Ω阻抗的传输线供电的。通常,该导线天线提供的性能和辐射范围最好。该导线可以是直线、螺旋或是回路的。它是一个三维(3D)的结构,其中天线高出PCB4-5mm,并伸出到空间内。

3.2.PCB天线

它是PCB上的一根PCB走线,并且可以将其画成直线形走线、反转的F形走线、蛇形或圆形走线等。在一个PCB天线中,与导线天线不同的是,该天线没有被露到外部空间内,而是在同一个PCB层上以二维(2D)结构形式存在;请参见图5。

当裸露到空间外的3D天线被放置到PCB层上作为2D的PCB走线时,必须遵循一定的指南。一般情况下,与导线天线相比,它需要的PCB空间更大,效率也低,但成本低,并且可以给BLE应用提供可接收的无线距离。

3.3.芯片天线

这是一种带有导体的天线,天线和导体都被组装在小型的IC封装中。当天线被封装在很小的尺寸内时,它会变得很有优势。天线USB的纳米收发器等应用会使用这种天线,当PCB 上没有足够的空间来布局PCB天线时。有关芯片天线的信息,请参见下图。想要了解各种天线的尺寸对比,请参见表4。

4.天线的选择

天线的选择取决于其应用、可用电路板的尺寸、成本、辐射范围以及方向性等因素。

蓝牙低功耗(BLE)应用(比如无线鼠标)只需要10英寸的辐射范围和几kbps的数据速率。然而,对于采用语音识别的遥控应用,则需要一个室内设置天线,该天线的辐射范围大概为10-15英寸,并且其数据速率为64kbps。

对于无线音频应用,需要分集天线。分集天线是指:**将两根天线放置在同一个PCB上,这样可以保证最少有一根天线始终能够接收某些辐射,而另一根天线则可能会因反射和多路径衰弱而被遮住。**在传输实时音频数据并需要较高的吞吐量而不会丢失数据包的情况下,需要用到分集天线。也可以将它用在信标应用中,进行室内定位。

5.天线参数

下面部分提供了天线性能的某些关键参数。

**§回波损耗:**天线的回波损耗表示天线如何与阻抗为50Ω的传输线(TL)实现匹配,将其显示为图7中的信号馈送。通常,这个TL的阻抗值为50Ω,但也可以是其他数值。对于工业标准,商业天线和它的测试设备的电阻为50Ω,因此建议您最好使用该值。

回波损耗指出:由于不匹配,天线反射的入射功率大小(公式1)。一个理想的天线会发射全部功率,不会产生任何反射。

如果该回波损耗是无限的,则认为天线与TL完全匹配,如图7所示。S11是回波损耗的倒数,其单位为dB。根据经验估计,如果回波损耗≥10dB(既S11≤–10dB),便足够大。表1显示了天线的回波损耗(dB)与反射功率(%)。回波损耗为10dB时,表示90%的入射功率被传给天线以进行发射。

至2.48GHz的范围内,该天线与50Ω的传输线如何相互匹配。

为200MHz左右。

**§辐射效率:**指的是非反射功耗中的一部分(请参见图7)被消耗为天线中的热量。产生热量是由于FR4基板中的介电损耗以及铜线中的导体损耗造成的。该信息作为辐射效率。辐射效率为100%时,全部非反射的功耗都被发射到空间内。对于小型的PCB外形因素,热耗最小。

**§辐射图型:**该图型表示辐射的方向性,即表示在哪个方向上的辐射更大,哪个方向上的辐射更小。这有助于在应用中准确地确定天线的方向。

无方向性天线可以按与轴线相垂直的平面上所有方向进行等效发射。但大多数天线都达不到这个理想的性能。欲了解详细说明,请参看图9中所示的PCB天线的辐射图。每个数据点都代表RF场强,可以通过接收器中用于接收信号强度的指示器(RSSI)进行测量。正如所料的情况,获得的轮廓图像并不是圆形的,因为该天线不是各向同性的。

**§增益:**增益提供了所采用方向的辐射与各向同性天线(即可从所有方向进行发射)进行对比的信息。增益单位为dBi,即表示在与一个理想的无方向性天线进行对比时辐射的场强。

6.赛普拉斯PRoC/PSoCBLE的天线

设计BLE的一个受限因素便是需要在一个紧凑的空间中集成天线,并且最多只能使用两个外部组件进行调整。调试过程需要确保在某个频带内进行传输时应尽可能保持传入天线的能量。这便意味着,所需带段中的回波损耗要大于10dB。当天线的输入阻抗为50Ω,并且芯片输出阻抗为50Ω时,天线收到的能量最大。天线作为接收端时,也要满足上述条件。对于天线来说,它的调整过程能够确保天线的阻抗等于50Ω。对于芯片来说,Balun(平衡器)调整过程可保证电阻接近50Ω。

PRoC/PSoCBLE器件中集成平衡器的阻抗并不等于50Ω,所以可能需要通过两个组件对其进行调整。对于射频范围较小的低数据速率应用,赛普拉斯所推荐的PCB天线不需要通过任何组件来调整天线。

对于高数据速率的应用(如:通过遥控器的声音识别应用),建议至少需要使用四个组件进行匹配网络。其中两个用于平衡器调整,其余两个用于天线调整。可使用其中两个进行调整过程,剩下的两个保持待用状态。

此外,赛普拉斯PRoC/PSoC还提供了不同的应用,如室内定位、智能家居、智能电器以及传感器集线器。这些应用可能不受空间的限制,因此,可以针对射频范围和射频方向图等因素为这些应用设计更好的天线。导线天线非常适合非穿戴式但位置固定的应用。

很多应用直接在其主PCB中嵌入了赛普拉斯的该类模块,用以实现无线连接。这些应用要求通过FCC的低成本小型模块。这时可以使用满足这些要求的芯片天线。

虽然使用2.4GHz频段的应用很多,但大多数BLE应用仅使用了下面介绍的双PCB天线。赛普拉斯推荐使用两种专有的PCB天线、蛇形倒F天线(MIFA)和倒F形天线(IFA),它们是针对BLE应用而特性化和广泛模拟的天线。特别是MIFA,可将它用于几乎所有的BLE 应用中。

但您也可以从本文档中选出任何一款符合您的应用要求的天线。

7.赛普拉斯专有的PCB天线

赛普拉斯推荐使用IFA和MIFA这两种PCB天线。BLE应用中的低速率和典型的辐射围范使这两种天线特别有用。这些天线既便宜又容易设计,这是因为它们是PCB的组成部分,并且能够在150至250MHz的频段范围内提供良好的性能。

建议将MIFA天线使用在仅需极小的PCB空间的应用中,如无线鼠标、键盘、演示机等等。对于IFA天线,建议将其应用在要求天线一侧的尺寸远小于另一侧的尺寸的应用中,如心率监视器。大多数BLE应用中使用的是MIFA天线。下面各节将详细介绍每种天线的信息。蛇形倒F天线(MIFA)

MIFA是一种普通的天线,被广泛地使用在各个人机接口设备(HID)中,因为它占用的PCB 空间较小。因此赛普拉斯已设计出一种结实的MIFA天线,而它能在较小的波形系数中提供优越的性能。该天线的尺寸为7.2mm×11.1mm(相当于284密耳×437密耳),因此它很适合于各种HID的应用,例如无线鼠标、键盘或演示机等。图10显示的是所推荐的MIFA天

线的详细布局,其中包含了双层PCB的顶层和底层。这种天线的迹线宽度均为20密耳。“W”的值是可改变的主要参数,它取决于PCB堆栈间隔,它表示RF走线(传输线)的宽度。

8.天线馈电的考量

表2显示的是双层FR4PCB顶层和底层间厚度的“W”值(相应的介电常数为4.3)。顶层包含了天线走线;而底层则是包含了固态RF接地层的下一层。底层的余下PCB空间可以作为信号接地层使用(针对PRoC/PSoC和其他电路)。图11显示的是典型的双层PCB厚度的“W”值。

表2.FR4PCB的“W”值:天线层与相邻射频的接地层间的厚度。

对于为天线馈电更短的PCB走线,这样的宽度要求是比较宽松的。要确保天线走线的宽度和天线馈电接点的宽度相同。在图12展示的情况中,天线馈电的走线宽度不是表2中所规定的宽度。

但如果传输线较长(从匹配网络至天线或回到PRoC/PSoC的ANT引脚的线的长约为1cm),那么赛普拉斯建议使用底层上宽度特定的“W”的传输线(TLine)类型(该线被放置在PCB上)作为馈源。

图13表示的是MIFA的S11。该MIFA的带宽(S11≤–10dB)范围为2.44GHz±230MHz。因此,在2.44GHz±230MHz的范围内,天线的反射小于或等于10%,这样将够用于BLE 应用。

图13.MIFA的S11(回波损耗=–S11)

图14显示的是MIFA在2.44GHz频率时完整的3D辐射增益图。在给自定义应用设置MIFA 天线时,该信息非常有用,有助于在需要的方向上得到最大的辐射。在上面的图中:MIFA 被放置在XY平面上,Z轴方向与它垂直。

提供该辐射图,可以知道:最大的辐射出现在与X轴成30°角度的圆锥空间内。这是因为MIFA在XY平面上不能保持正横或正竖的方向。MIFA竖向部分和末梢和均参加了辐射,并形成一个倾斜的辐射图。

天线长度的考量

根据PCB的不同厚度,需要调整MIFA天线的长度,这样才能调整天线辐射的阻抗和频率选择。根据不同的电路板厚度,赛普拉斯提供了下面各天线长度。

图15显示的是两种适用于两个不同电路板厚度的MIFA天线。设计人员根据特定的电路板厚度进行调整MIFA天线的长度时,请参考表3。

倒F天线(IFA)

对于天线的尺寸有一定限制条件的应用中(例如心率监视器),推荐您选用这种IFA。图16显示所推荐的IFA的详细布局,其中包含了双层PCB中的顶层和底层。其走线宽度约为24mm。

对于厚度为1.6mm的FR4PCB,IFA的尺寸被设计为4mm×20.5mm(157.5mils×

807mils)。与MIFA相比,IFA的宽高比(宽度和高度的比例)更大。

注意:有关1.6mm厚的FR4PCB的Gerber文件(和.brd文件),请参考

https://www.doczj.com/doc/c912024286.html,/go/AN91445网页上的AN91445.zip文件。

馈电走线的宽度“W”受产品中PCB堆栈的影响。表4根据顶层(天线层)和底层(相邻射频接地层)间不同的PCB厚度给FR4基板提供了相应的“W”值(相应的介电常数为4.3)。顶层包含天线迹线;而底层则为其紧挨的包含了固态RF接地层的下一层。底层上剩余的PCB 空间可以作为信号接地平面使用(对于PRoC/PSoC和其他电路)。图17将典型的双层PCB 的“PCB厚度”的概念与“F”值联系起来。

对于小于3mm的短走线,天线馈电厚度是可以调整的。天线馈电的厚度可以与天线走线厚度相同,请参见图12。

IFA在220MHz的带宽上(S11≤–10dB)的频率约为2.44GHz,如图18中所示。

图19显示的是IFA在XY平面上的定性辐射图。在为客户应用设置IFA天线时,该信息非常有用,有助于在需要的方向上得到最大的辐射。为了便于观察,图中只显示了定性辐射的方向。

芯片天线

对于PCB尺寸非常小的利基应用(例如蓝牙收发器),芯片天线不失为一种很好的办法(图20)。它们是现成的天线,占用的PCB空间最小,并且能够提供较好的性能。但芯片天线增加了材料清单(BOM),并需要装配费用。因为它要求订购和装配外部组件。通常,芯片天线的价格约为10-50美分,具体价格取决于尺寸和性能。

使用芯片天线时,也应考虑另一个关键因素:它受辐射接地面积的影响。所以,必须遵循厂家对接地面积的推荐。与PCB天线不同,芯片天线不能通过改变天线长度来调整。另外需要一个匹配网络才能调整该天线,因此会增加更多的材料清单。

赛普拉斯只推荐将芯片天线使用在要求PCB空间极小的特定应用中,例如:Nano蓝牙收发器。对于这样的应用,赛普拉斯建议使用具有约翰森技术的2450AT18B100E芯片天线,其尺寸为63milx126mil。而对于大部分应用,则建议使用PCB天线,如MIFA或IFA。这些小外形(占用空间小)天线不但廉价,而且提供的性能非常卓越。图21和图22显示的是具有约翰森技术的2450AT42B100E芯片天线布局指南。其尺寸为118milx196mil。更多有关这些天线的详细指南,请参考它们相关的网址。

RFID读写器天线设计中比较实用的方法

RFID读写器天线设计中比较实用的方法 射频识别技术(Radio Frequency Identification,缩写RFID),射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID应用将继续以供应物流领域为主,在这个领域用RFID 收发器进行包括各种各样的可移动货物/产品的记录和跟踪,在RFID收发器(信用卡大小的塑料/纸标签,内含芯片、射频部分和天线)上的必要存储将继续成为主要的应用。另外的一个可能应用就是将收发器标签贴到纺织品、药品包装或者甚至是单个药盒内。然而,未来RFID还将被用在如地方公共交通、汽车遥控钥匙、传送轮胎气压以及在移动电话等领域内。本文主要通过实际工作中对于各种RFID读写系统的对比,总结研究RFID读写器天线设计中比较实用的方法。 1 实际RFID天线设计主要考虑物理参量 磁场强度 磁场强度是线圈安匝数的一个表征量,反映磁场的源强弱。磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。打个不恰当的比方,你用一个固定的力去移动一个物体,但实际对物体产生的效果并不一样,比如你是借助于工具的,也可能你使力的位置不同或方向不同。对你来说你用了一个确定的力。而对物体却有一个实际的感受,你作用的力好比磁场强度,而物体的实际感受好比磁感应强度。它定义为磁通密度[1]B除以真空磁导率μ0再减去磁化强度μ,即-μH为矢量。这样,在恒定磁场中磁场强度的闭合环路积分仅与环路所链环的传导电流Ic有关而不含束缚分子电流。 运动的电荷或者说电流会产生磁场,磁场的大小用磁场强度来表示。RFID天线的作用距离,与天线线圈电流所产生的磁场强度紧密相关。 圆形线圈的磁场强度(在近场耦合有效的前提下,近场耦合有效与否的判断在节)可用式(1)进行计算: 式中:H是磁场强度;I是电流强度;N为匝数;R为天线半径;x为作用距离。

单极子天线的设计

第五章 常用单极子天线的设计与实例 §5.1常用的单极子天线...........................................................................................................- 2 - §5.1.1单极子天线..........................................................................................................- 2 - §5.1.2单极子天线的辐射场和电特性...........................................................................- 4 - §5.1.3单极子天线的馈电方法.....................................................................................- 11 - §5.2宽频带平面单极子天线的设计......................................................................................- 13 - §5.2.1 具有切角的平面单极子天线................................................................................- 14 - §5.2.2 具有短路节加载的平面单极子天线....................................................................- 17 - 5.3 总结....................................................................................................................................- 22 -

蓝牙天线

蓝牙天线 蓝牙可以是一种低成本、低功率以及短距离无线通讯的技术,可以广泛的应用在任何个人行动通讯设备上。而随着1999年1.0版蓝牙规范的正式制订,一场短距离无线通讯网路的革命似乎已经展开,而由蓝牙概念所发展出来的无线个人局域网络(Personal Area Network, PAN)也正式成立。 到目前为止,由于市面上所推出的蓝牙相关产品尚未完全普及,「蓝牙」这个让人耳熟能详的名词在产品应用上还是给人有「犹抱琵琶半遮面」的感觉。探究其产品尚未全面化推出的原因除了蓝牙规范尚未完全底定外(2.0版正在发展中);另一重要的因素则是整个蓝牙模块的价格仍然居高不下,使得蓝牙产品的售价偏高,以Ericsson所推出的蓝牙耳机为例,其预估的售价便高达200美元左右。于是,降低模块的价格便成了蓝牙芯片提供厂商与外围组件制造厂商致力发展的方向。 「天线」,是在无线通讯系统中用来传送与接收电磁波能量的重要必备组件。由于目前技术尚无法将天线整合至半导体制程的芯片中,故在蓝牙模块里除了核心的系统芯片外,天线是另一具有影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。在各种不同的蓝牙应用产品中,所使用的天线设计方法与制作材质也不尽相同。选用适当的天线除了有助于搭配产品的外型以及提升蓝牙模块的传输特性外,还可以更进一步降低整个蓝牙模块的成本。这是提供给蓝牙系统厂商在寻求低价格的系统芯片外,另一个可能降低模块成本的考量方向。在本文中将介绍蓝牙天线的设计考量、相关重要参数、蓝牙天线的种类以及在产品上的应用考量。 重要的天线参数 天线最主要的功能在于转换传播介质中(通常是空气介质)辐射电磁波能量与收发机所送出或收到的能量。在能量转换的过程中,会出现有收发机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中,天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计,以使得收发机、天线以及传播介质之间形成一个连续的能量传输路径,如此便可以顺利的将发射机的能量藉由发射天线辐射到传播介质中,并藉由接收天线将辐射电磁波的能量传送到接收机端。为了能够说明这两个接口的各项特性,图1列出了一些重要的参数,以下就这些参数的定义加以说明: 天线输入阻抗(Input Impedance) 天线的输入阻抗是以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值。为了让天线与收发机电路间达到阻抗匹配(Impedance Matching)以降低因不匹配现象所造成的反射损失(Return Loss),故天线的输入阻抗必须与收发机电路的输出阻抗互相匹配,如此一来才不至于使得大部份能量在天线与收发机之间就损耗掉。以一般的天线设计来说,通常输入阻抗是无法做大范围的改变。最普遍的设计方式是将天线的输入阻抗设计在一般电路中所常使用的50奥姆,如此便可以与收发机电路的输出阻抗达到50奥姆匹配。但是在特殊的收发机电路设计中,输出阻抗不一定会是50奥姆,此时便需在收发机电路与天线输入端之间设计一个外加的阻抗匹配网络来将天线的输入阻抗值转换到收发机的输出阻抗值。

CSR 2.4GHz 天线设计参考指南

2.4GHz Inverted-F and Meander Line Antennas Application Note
May 2007
CSR Cambridge Science Park Milton Road Cambridge CB4 0WH United Kingdom Registered in England 4187346 Tel: +44 (0)1223 692000 Fax: +44 (0)1223 692001 https://www.doczj.com/doc/c912024286.html,
? CSR plc 2003-2007 This material is subject to CSR’s non-disclosure agreement.
CS-101512-ANP2

Contents
Contents
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Introduction .................................................................................................................................................... 3 Inverted-F Antenna ........................................................................................................................................ 4 Meander Line Antenna................................................................................................................................... 5 Real Designs .................................................................................................................................................. 6 Proximity to Metal Objects ............................................................................................................................ 7 Proximity to Dielectric Materials................................................................................................................... 8
2.4GHz Inverted-F and Meander Line Antennas
Network Analyser........................................................................................................................................... 9 Final Tuning.................................................................................................................................................. 10 Conclusion ................................................................................................................................................... 12
Terms and Definitions ........................................................................................................................................ 13 Document History ............................................................................................................................................... 14
List of Figures Figure 2.1: Inverted-F Antenna ............................................................................................................................... 4 Figure 3.1: Meander Line Antenna.......................................................................................................................... 5 Figure 3.2: Input Impedance of Two Meander Line Antennas................................................................................. 5 Figure 4.1: Approximate Dimensions of Inverted-F Antenna................................................................................... 6 Figure 4.2: Approximate Dimensions of Meander Line Antenna ............................................................................. 6 Figure 7.1: Preparation Before Measurement ......................................................................................................... 9 Figure 7.2: Assembled System Ready to Measure ................................................................................................. 9 Figure 8.1: Locating Product in Far Field of Antenna ............................................................................................ 10 Figure 8.2: Final Tuning Procedure....................................................................................................................... 11
CS-101512-ANP2
? CSR plc 2003-2007 This material is subject to CSR’s non-disclosure agreement.
Page 2 of 14

手机双频天线设计论文综述

通信工程专业实训 题目:手机内置天线的设计 专业:通信2班 学号:1167119226 姓名:李盼 指导老师:杜永兴 分数:_________________

目录 摘要: 关键字: 第一章:背景介绍 第二章:实训过程记录第三章:实训结论 第四章:实训总结 第五章:参考文献

摘要:现在的电子通讯技术飞速发展,随着技术可经济的推进,人们对手机的要求越来越高,然而手机的基本功能就是打电话,而对手机的内置天线要求就更高难度更大,小型化,并且能工作在不同的频段下,文中主要研究双频手机PIFA天线。采用了开槽的的设计方法实现了天线的双频,工作性能良好,易于实现,现在大多数手机都使用这种天线。 关键字:PIFA天线,双频,GSM,DCS,HFSS 第一章:背景介绍 1.1 移动通信对手机天线的要求 天线最主要的功能在于转换两种不同传播介质中的电磁波能量。在能量转换的过程中,会出现收发信机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中,天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计,以使得收发信机、天线以及传播介质之间形成一个连续的能量传输路径。 移动通信手机对天线的要求: 外在要求: 天线尺寸小,重量轻,剖面低,携带方便,机械强度好 电性能要求: 水平面要求有全向辐射方向图,频带宽,效率高,增益高,受周围环境影响小,对人体辐射伤害小 1.2 手机天线的指标意义 天线输入阻抗: 天线的输入阻抗是以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值。这一数值对天线的辐射效率,天线的带内增益波动,天线前端的功率容量有很大的影响。手机天线是一种驻波天线,,天线的阻抗不匹配,将导致大量的信号反射,使天线的辐射效率降低,同时由于反射的影响使得天线在宽频带内的增益有抖动,如果天线的驻波为6,手机前端的击穿电压将降为原来的1/6,而功率容量就会下降。 手机天线驻波对天线效率的影响不可不慎。 天线的驻波要求,我们目前统一要求为小于3。

RF电路设计-射频、微波天线技术探微

RF电路设计-射频、微波天线技术探微 RF电路设计-射频、微波天线技术探微 天线在无线电系统里的功能是什么呢?答案是,它是一个「门」、一个接口,透过它,射频能量可以从发射机辐射到外面世界;或从外面世界到达接收机。底下将讨论各种天线系统的技术。 天线特性 天线具有以下的特性和参数: 1. 辐射极场图型(radiation polar pattern):天线会向四周辐射电磁波,以天线为中心,电磁场在各方向的强度可以用图形描绘出来。 2. 指向性(directivity) 3. 效率 4. 增益 5. 等效面积 6. 相互性(reciprocity):也叫作Rayleigh-Carson定理。当电压E作用在A天线上,促使B天线产生电流I。此时,使用相同的电压E作用在B天线上,会在A天线上产生振幅和相位都相同的电流I。 7. 接收的噪声功率 8. 终端阻抗,包括辐射电阻。 9. 接收系统的效益指数(G/T):G是天线的增益,T是噪声温度(noise temperature)。天线的接收灵敏度和G/T值大小有关,若G/T愈高,表示天线对微弱讯号愈敏感,接收效果也愈好。「噪声温度」是很抽象的观念,它的定义应该用数学公式表示。但若要以纯文本描述的话,可以这么说:在一个通讯系统或被测组件里,当频率不变时,被动组件系统的温度会使每单位带宽的噪声功率(noise power)ρ增加,当被动组件系统的ρ值等于此通讯系统的ρ值时,所得到的温度就是「噪声温度」。请注意,被动组件是包含在此通讯系统或被测组件里面,有时此被测组件也被称作「网络的真正终端装置(actual terminals of a network)」。例如:一个单纯电阻的「噪声温度」就是此电阻的真正温度;但是,一颗二极管的「噪声温度」可能是此二极管(真正的终端装置)的真正温度(接脚测量到的温度)之数倍之多。噪声温度是以绝对温度(-273oC)为零度,单位是K(Kelvin )。 天线类型 辨别下列数种分类法有助于为天线分类: *辐射元素 *反射器天线 *辐射元素数组 辐射元素包括:

4G智能手机天线设计的解决方案

4G智能手机天线设计的解决方案 2010年全球移动数据消费量增长了倍。这是移动数据使用量连续三年接近3倍的增幅。到2015年,全球移动数据业务量有望增长到2010年的26倍。导致这种戏剧性增长的关键因素之一是智能手机和平板电脑的快速普及。全球移动数据用户希望他们的设备在全球任何地方都能高速联网。 这种期望给网络和设备性能带来了巨大的负担。在移动数据设备中,天线是“接触”网络的唯一部件,优化天线性能变得越来越重要。然而,智能手机和平板电脑中的4G天线设计所面临的挑战十分艰巨。尽管应对这些挑战有多种可行的解决方案,但每一种都会有潜在的性能折衷。 4G天线设计挑战 有许多因素会影响手持移动通信设备的天线性能。虽然这些因素是相关的,但通常可以分成三大类:天线尺寸、多副天线之间的互耦以及设备使用模型。 天线尺寸天线尺寸取决于三个要素:工作带宽、工作频率和辐射效率。今天的带宽要求越来越高,其推动力来自美国的FCC频率分配和全球范围内的运营商漫游协议;不同地区使用不同的频段。“带宽和天线尺寸是直接相关的”且“效率和天线尺寸是直接相关的”--这通常意味着,更大尺寸的天线可以提供更大的带宽和更高的效率。 除了带宽外,天线尺寸还取决于工作频率。在北美地区,运营商V erizon Wireless和AT&T Mobility选择推广的LTE产品工作在700MHz频段,这在几年前是FCC UHF-TV再分配频段的一部分。这些新的频段(17,704-746MHz和13,746-786MHz)比北美使用的传统蜂窝频段(5,824-894MHz)要低。这个变化是巨大的,因为频率越低,波长越长,因而需要更长的天线才能保持辐射效率不变。为了保证辐射效率,天线尺寸必须做大。然而,设备系统设计人员还需要增加更大的显示器和更多的功能,因此可用的天线长度和整个体积受到极大限制,从而降低了天线带宽和效率。 天线间互耦更新的高速无线协议要求使用MIMO(多入多出)天线。MIMO要求多根天线(通常是两根)同时工作在相同频率。因此,话机设备上需要放置多根天线,这些天线要同时工作且相互不能有影响。当两根或更多天线位置靠得很近时,就会产生一种被称为互耦的现象。 举例说明,移动平台上紧邻放置两根天线。从天线1辐射出来的一部分能量将被天线2截获,截获到的能量将在天线2的终端中损耗掉,无法得到利用,这可以用系统功率附加效率(PAE)的损耗来表示。根据互换性原理,这种效应在发送和接收模式中是相同的。耦合幅度反比于天线的分隔距离。对于手机实现而言,MIMO和分集应用中工作在相同频段的天线之间的距离可以是1/10波长或以下。例如,750MHz时的自由空间波长是400mm.当间隔很小时,比如远小于一个波长,则耦合程度会很高。天线之间耦合的能量是无用的,只会降低数据吞吐量和电池寿命。 设备使用模型与传统手机相比,智能手机和平板电脑的使用模型有很大变化。除了正常工作外,这些设备还要满足电磁波能量吸收比(SAR)和助听器兼容性(HAC)法规要求。 使用模型的另一个方面是消费内容的类型。诸如大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG)和实时视频数据流等视频密集型移动应用不断推动数据使用率飙升。据ABI Research预测,从2009年到2015年,西欧和北美地区数据使用率有望分别以42%和55%的年复合增长率(CAGR)增长。这些相似的应用正在驱动制造商生产出更大尺寸、更高分辨率的显示屏。数据使用率的提高也在悄然改变消费者对这些设备的手持方式。例如,对于游戏应用来说,使用者必须用两手紧握设备两头,而其它应用程序可能根本无需用手握住设备。 越来越大的显示屏和使用者抓握方式的改变,使得为天线辐射单元找一个不被显示屏或

蓝牙天线设计

引言 蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是1Om之内)的无线电技术,能在设备之间进行无线信息交换,其工作频段是2.4~2.483 GHz的全球通信自由频段,目前已广泛应用在移动通信设备中。天线是蓝牙无线系统中用来传送与接收电磁波能量的重要必备组件。由于目前技术尚无法将天线整合至半导体芯片中,故在蓝牙模块里除了核心的系统芯片外,天线是另一个影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。本文给出了一款倒F型天线的设计,该天线尺寸小,设计简约,制造成本低,工作效率高,适用于蓝牙系统应用。 1 天线设计 倒F型天线是上世纪末发展起来的一种天线,具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点,因此,近几年来,倒F型天线得到了广泛的应用研究和发展。 倒F天线是在倒L天线abc的垂直元末端加上一个倒L结构edb构成。它使用附加的edb结构来调整天线和馈电同轴线的匹配。该天线具有低轮廓结构,辐射场具有水平和垂直两种极化,另外由于结构紧凑而且具有等方向辐射特性,同时其良好的接地设计可以有效提高天线的工作效率。图1所示是典型的倒F型天线结构图,该天线可以看作是e端短路,a端开路的谐振器,所以,a端电压最大,电流为零,e端电压为零,电流最大。由于倒F天线的结构中包含了接地的金属面,可以降低对射频模块中接地金属面的敏感度,因此非常适合用于片上系统。另外,由于倒F天线只需利用金属导体配合适当的馈线来调整天线短路端到接地面的位置,因而制作成本较低,可以直接与PCB电路板焊接在一起。图2所示为倒F型天线在电路板上的布置图。 倒F型天线在电路板上的布置图 2 测量基本原理 图3所示是一个网络分析仪的原理框图。在对倒F天线进行测量时,先由仪器发出扫频信号,并将该信号通过输出口送到被测设备,当信号通

(完整版)射频微带阵列天线设计毕业设计

射频微带阵列天线设计 摘要 微带天线是一种具有体积小、重量轻、剖面低、易于载体共形、易于与微波集成电路一起集成等诸多优点的天线形式,目前已在无线通信、遥感、雷达等诸多领域得到了广泛应用。同时研究也发现由于微带天线其自身结构特点,存在一些缺点,例如频带窄、增益低、方向性差等。通常将若干单个微带天线单元按照一定规律排列起来组成微带阵列天线,来增强天线的方向性,提高天线的增益。 本文在学习微带天线和天线阵的原理和基本理论,加以分析,利用Ansoft 公司的高频电磁场仿真软件HFSS,设计了中心频率在10GHz的4元均匀直线微带阵列,优化和调整了相关参数,然后分别对单个阵元和天线阵进行仿真,对仿真结果进行分析,对比两者在相关参数的差异。最后得到的研究结果表明,微带天线阵列相较于单个微带天线,由于阵元间存在互耦效应以及存在馈电网络的影响,微带阵列天线的回波损耗要大于单个阵元。但是天线阵列增益明显大于单个微带天线,且阵列天线比单个阵元具有更好的方向性。

关键词:微带天线微带阵列天线方向性增益 HFSS仿真 Design of Radio-Frequency Microstrip Array Antenna ABSTRACT Microstrip antenna is a kind of antenna form with many advantages like,small size, light weight, low profile, easy-to-carrier conformal, easy integration with many other of microwave integrated circuits and so on. Now microstrip array wildly applied in the filed of wireless

天线设计注意事项

手机天线设计注意事项总结 一、主板 1.布线在关联RF的布线时要注意转弯处运用45度角走线或圆弧处理,做好铺地隔离和走线的特性阻抗仿真。同时RF地要合理设计,RF信号走线的参考地平面要找对,并保证RF信号走线时信号回流路径最短,并且RF信号线与地之间的相应层没有其它走线影响它。PCB板和地的边缘要打“地墙”。从RF 模块引出的天线馈源微带线,为防止走线阻抗难以控制,减少损耗,不要布在PCB的中间层,设计在TOP面为宜,其参考层应该是完整地参考面。并且在与屏蔽盒交叉处屏蔽盒要做开槽避让设计,以防短路和旁路耦合。 2.布板RF模块附近避免安置一些零散的非屏蔽元件,同时少开散热孔。最忌讳长条形状孔槽。天线投影区域内有完整的铺地,同时不要天线侧安排元器件,特别是含金属结构的元件,如喇叭、马达、摄像头基板等金属元件和低频驱动器件,要尽量接地。它们对天线的电性性能有很大的负面影响. 3.天线的空间辐射会被主板的金属元件(包括机壳上天线附近的金属成分装饰件)耦合吸收后产生一定量的二次辐射,频率与金属件的尺寸关联。会造成整机产生一定的杂散,整机杂散问题还与天线与RF模块之间的谐振匹配电路有关,如果谐振匹配电路的稳定性不好,很容易激发产生高次谐波的干扰。因此要求此类元件有良好的接地,消除或降低二次辐射。

二、机壳的设计 由于手机内置天线对其附近的介质比较敏感,因此,外壳的设计和天线性能有密切关系。外壳的表面喷涂材料不能含有金属成分,壳体靠近天线的周围不要设计任何金属装饰件或电镀件。若有需要,应采用非金属工艺实现。机壳内侧的导电喷涂,应止于距天线20mm处。对于纯金属的电池后盖,应距天线20mm以上。如采用单极天线,面板禁用金属类壳体及环状金属装饰。电池(含电连接座)与天线的距离应设计在5mm以上。 三、天线结构 1)PIFA天线基本注意: 1,天线空间一般要求预留空间:W(宽),L(长),H(高)其中W(15-25mm)、L(35-45mm)、H(6-8mm)。其中H和天线谐振频率的带宽密切相关。W、L决定天线的最低频率。如果天线面积如下: 双频(GSM/DCS):600x6~8mm 三频(GSM/DCS/PCS):700x7~8mm 满足以上要求则GSM频段一般可能达到-1~0dBi,DCS/PCS可达0~1dBi。当然高度越高越好,带宽性能得到保证。 2,内置天线尽量远离周围马达、SPEARKER、RECEIVER等较大金属物体。有时候有摄像头出现,这时候应该把天线这块挖空,尽量作好摄像头FPC的屏蔽(镀银襁),否则会影响接收灵敏度。尽量避免PCB上微带、引线等与天线弹片平行。

蓝牙天线技术分析与应用介绍

蓝牙天线技术分析与应用介绍
蓝牙可以是一种低成本、低功率以及短距离无线通讯的技术,可以广泛的应 用在任何个人行动通讯设备上。而随着 1999 年 1.0 版蓝牙规范的正式制订,一 场短距离无线通讯网路的革命似乎已经展开, 而由蓝牙概念所发展出来的无线个 人局域网络(Personal Area Network, PAN)也正式成立。 到目前为止,由于市面上所推出的蓝牙相关产品尚未完全普及,「蓝牙」这 个让人耳熟能详的名词在产品应用上还是给人有「犹抱琵琶半遮面」的感觉。探 究 其 产 品 尚 未 全 面 化 推 出 的 原 因 除 了 蓝 牙 规 范 尚 未 完 全 底 定 外 (2.0 版 正 在 发 展 中); 另一 重要 的因 素 则是 整个 蓝 牙模 块的 价 格仍 然居 高 不下 ,使 得 蓝牙 产品 的 售价偏高,以 Ericsson 所推出的蓝牙耳机为例,其预估的售价便高达 200 美元 左右。于是,降低模块的价格便成了蓝牙芯片提供厂商与外围组件制造厂商致力 发展的方向。 「天线」 是在无线通讯系统中用来传送与接收电磁波能量的重要必备组件。 , 由于目前技术尚无法将天线整合至半导体制程的芯片中, 故在蓝牙模块里除了核 心的系统芯片外,天线是另一具有影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。在各种 不同的蓝牙应用产品中,所使用的天线设计方法与制作材质也不尽相同。选用适 当的天线除了有助于搭配产品的外型以及提升蓝牙模块的传输特性外, 还可以更 进一步降低整个蓝牙模块的成本。 这是提供给蓝牙系统厂商在寻求低价格的系统 芯片外,另一个可能降低模块成本的考量方向。在本文中将介绍蓝牙天线的设计 考量、相关重要参数、蓝牙天线的种类以及在产品上的应用考量。 重要的天线参数 天 线 最 主 要 的 功 能 在 于 转 换 传 播 介 质 中 (通 常 是 空 气 介 质 )辐 射 电 磁 波 能 量 与收发机所送出或收到的能量。在能量转换的过程中,会出现有收发机与天线及 天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统中,天线必须依照这两个接 口的特性来做适当的设计,以使得收发机、天线以及传播介质之间形成一个连续 的能量传输路径, 如此便可以顺利的将发射机的能量藉由发射天线辐射到传播介 质中,并藉由接收天线将辐射电磁波的能量传送到接收机端。为了能够说明这两

蓝牙模块硬件设计指导(参考)

蓝牙模块硬件设计指导(参考) 1.简介 该文档基于某款蓝牙模块的硬件设计经验总结,仅作硬件设计参考之用。 2.天线设计 2.1PIFA天线设计 2.1.1尺寸要求 该天线是经过调频特性的理论计算得出的尺寸大小,并经过实际设计验证的经验值,跟板材及环境都有关系。按如下规格设计最远距离(无遮挡)可达20米。 图1 2.1.2布线要求 首先,建议将天线按尺寸设计成元件封装,方便摆放及后续项目设计,并可以防止拖动造成尺寸大小变化,而来回修改。 其次,该天线是与地线连接的,天线有效部分的周围及其下层(即背面)不应用有元器、布线,更不应该铺铜,否则影响信号发射和接收,甚至无法正常工作。 第三,该天线的接地点要求大面积接地,并多打过孔。第四,该天线要求设计在PCB板的板边,尽量朝前面板,并要求周围避开铁质结构件。 2.1.3板材要求 板材请选用:FR4,介电常数为 4.2 2.2外引天线设计 请断开PIFA天线的连接电路,并用10pF的电容连接外引天线。外引天线的线材要求采用50欧高频屏敝电缆,并在尾部去掉3CM长的屏敝层。线头的中间信号线焊接在天线输出

端,而屏敝铁线也应该焊在就近地线位置,该天线尾部应放置于前面板靠前位置或者引至铁壳之外。 3.电源设计 电源的参数要求应根据具体型号的参数来设计,详细请见相应型号的SPEC文档。 注:为了保证模块的工作的稳定性及语音输出不受干扰,建议蓝牙模块独立电源供电,并保证电源稳定,输出功率符合模块的最大功耗。 另外,掉电时,要保证蓝牙的掉电完全(即保证掉电电压可以小于 1.5V超50mS);实在无法满足条件,请加进复位芯片对模块复位引脚进行复位电平控制。 建议:主控CPU增加对蓝牙模块的电源控制,即可保证模块掉电完全,也可避免蓝牙模块的状态与CPU的状态不一置。 4.音频电路设计 音频电路的设计直接影响到蓝牙模块输的音质指标,所以,应独立区分布线,保证音频信号的完整性。 4.1差分输出设计要求 有的模块音频输出是差分信号输出,需要外部加差分信号转单端信号电路。如下图所示: 图2 其中,差分线的布板走线应尽量短且等长,做好地线屏敝工作,避免其信号线干扰。 第二,其接地网络应与目标系统的音频地(如汽车音响的功放接地点)连接之后再与大地相连,避免地线引进干扰。 第三,建议图示中所有10K电阻的精度都采用1%的。第四,保证电源的电压稳定。

第六讲 手机天线类型比较和结构射频规则

第六讲手机天线类型比较和结构射频规则 一、各种手机内置天线的特点和演变过程 在常见的手机天线结构中,陶瓷介质天线由于Q值很高,带宽窄,损耗大,并且易受环境的影响而产生频率漂移,因此不推荐作为手机主天线使用,但由于其尺寸小的优势,可以用作对接收灵敏度要求不高的蓝牙天线。PCB板天线也一般仅仅是通过将外置单极子天线通过PCB过孔和PCB走线将辐射体做在PCB板上,并利用介质板的介电常数在一定程度上减小天线尺寸的形式,这种天线也由于介质板的损耗常数而产生一定的损耗,所以在大多数高端机情况下也不推荐使用,仅在少数低端机和工作频点较少的情况下才为节约成本而使用。PCB天线可作外置天线也可作内置天线。 PIFA天线自产生以来,一直到今天都一直是内置天线的主要形式,因为它尺寸较小,可以充分利用PCB板作为接地面,并通过接地片将谐振长度缩小为四分之一波长。但是随着手机小型化和集成度更高的发展要求,原有PIFA天线逐渐显示出一些对结构方面的严格限制。于是有不少业界领先的手机制造商Motorola、Samsung、Sony-Ericsson等公司逐渐改变手机天线的设计风格,改用各种变形的单极子天线设计,这样就减小了结构对天线的依赖性,增加了手机外观的灵活性。比如索爱E908的菱形天线设计,Samsung E708的城墙线(Meander)天线设计,以及Motorola V3中使用的一个金属铜棒作为天线的设计。这些新型的天线设计显示了高超的设计技巧,它们往往不易被天线其他天线厂家和手机厂家模仿,并逐渐发展成手机天线厂家之间和手机厂商之间竞争的一项核心技术。 二、PIFA天线和单极子天线的性能比较 前面我们已经分别对单极子天线和PIFA天线的一般特性进行过分析,下面我们在几种重要的特性方面比较一下两种天线性能的优劣。 1.空间结构要求 两种天线的设计对空间的预留都必须考虑Chu极限定理,但在组成上,PIFA要求必须有一个辐射单元和一个大的接地面,两者互相平行,并且辐射体和接地面之间必须有一个不小的间距。接地面和辐射体都是物理实体,它们必须位于手机上,所以对结构限制较大。采用PIFA天线手机不可能做得很薄。 而采用单极子天线进行设计,则天线仅有一个辐射体而没有地面,因此它对辐射空间的要求就仅仅是天线辐射体周围的空间而没有地面的限制,天线占用的辐射空间可以不在手机体上而在手机周围的外界空间。因此对结构的限制较小。

怎么改善手机天线的辐射性能

在移动手机里,天线直接影响了手机的可通讯能力,直接决定了手机的射接收性能,甚至 天线设计的好坏决定了该手机在市场的生存空间。在国外,品牌手机设计生产厂家普遍比较重视天线的前期研发与设计,他们多与参股与控股的形式培养一天线设计与生产研究所或专业电小天线设计公司,所以象三星,苹果等知名品牌总能在特定的环境下设计出性能优良的天线,把手机ID与一流功能完整的结合。 在国产手机中,目前只有为数不多的大公司比较重视天线的设计与制造,多数中小企业只是把天线视为普通的硬件,在空间上压缩再压缩,在性能上低劣又低劣,最终的结果是手 机的客户或终端消费者无法接受手机的“可通话”性能,导致项目的流产或重新设计,造成资源及人力的浪费及商机的流失,大大的降低了企业的综合竞争力。 专业的分析,天线性能的好坏大致由以下几个因素来影响: 空间 行业内有一絮语“多大的空间决定多少的性能”,足够的可实行空间对天线来说是必须的。关于天线的可设计空间,建议客户在方案设计前期多与天线设计工程师做深入的沟通, 了解天线的布置与潜在的问题点,以期位置的预留。天线工程师在设计过程中已经有相当 的设计经验,哪些布局对天线的设计是有利,哪些空间的对天线的性能有更大的提高,对新的方案定义是必须的。同时多参考几家天线设计公司的建议,更有利于天线空间的合理 性分配,来更完整的分配天线的空间。

关于天线的可利用空间,经常会遇到天线设计公司与手机整机商为了提高天线的性能争取天线的空间布局,只有绝少部分的设计公司会满足天线空间的基本要求,而绝大部分的设计公司会以手机完全、功能的名义尽可能的压缩天线的空间,后果是单款案件会频繁的更换天线设计公司,结果还是天线的性能达不到一定的要求、案目流产,怪恨天线设计公司的能力太差,等等。 我们都知道现在的手机天线都是偶极子天线发展演变而来的,天线不可能在无穷小的空间实现功能,天线一定需要一个相对开放宽阔的空间,可以这么的说,还没有一个人可以完成“手机天线零空间”这个课题。 EMI EMI(Electro Magnetic Interference) 在电子行业是一个普遍的问题,很多的问题点都是因为相关的处理没有很好的执行,或者深入的考虑。在手机天线由外置天线过度到内置天线的初期,很多的手机设计公司普遍遇到了手机的动态接收灵敏度的问题,可能设计的原理图与以前外置天线之PCB的原理图是一致的,但是内置天线遇到了与灵敏度的问题,因为什么? 当时一般的公司都认为是天线的问题,很少有人怀疑是自己设计的方案的问题。问题点是电路或其它的元器件对天线辐射的相互干扰,该干扰在手机动态接收过程中会影响手机的接受质量。 在误码率的参考下,导致动态灵敏度偏低。EMI的问题一般不会影响天线的辐射功率,同理不会影响天线的辐射效率,但是对天线的接收性能存在很大的隐患,因此做好电路的

蓝牙5.0 BLE芯片模块KT1025A硬件说明和设计注意事项

KT1025X硬件说明和设计注意事项 1、首先请以提供的测试DEMO为准“BT201”模块,如果单独使用芯片,没测试过dem直接LAYOUT,此时经验不是很丰富,极有可能出现底噪。所以首先对比好厂商的测试板 注意:蓝牙音频类的产品,出现底噪或者杂音是很常见的,layout的时候请不要很随意,基础知识不牢固的,网上多学习,不要想当然的随便,结果出来杂音就是自然而然的事情 2、天线和一些元器件的封装,请直接参考DEMO模块的PCB文件,资料库里面有 3、还需要注意电源供电: (1)、BT201测试板其实也是有底噪的,只是非常小,人耳基本很难听出来而已 (2)、可以使用手机充电器供电试试,不会有大的底噪 (3)、最好用电池供电,因为电池是觉得对的直流,所以非常干净 (4)、台式电脑的USB输出就有可能产生纹波比较大,会产生底噪 (5)、板子中如果有DCDC,则也容易产生底噪,最优的供电是采用7805之类的LDO 4、如果板子有底噪,该怎么排查? (1)、首先板子的供电,选一个干净的,最好电池供电,断开前级一切电源电路 (2)、然后接出芯片的耳机输出,用耳机听听,是否有底噪,如果没有就查后级功放电路 (3)、如果播放U盘无底噪,而播放蓝牙有底噪,这个不能说明什么问题。 本身蓝牙属于高频射频,对外就会辐射能量,底噪只能尽可能的小,不可能没有。但是好的设计,你听起来是感受不到底噪的,除非仪器去测量。 5、蓝牙底噪的改善方法: (1)、蓝牙天线和蓝牙模块尽量远离模拟电路 (2)、芯片的模拟地一定要接到电源地的输入端 (3)、检查芯片周围的接芯片脚的电容有没有问题,是否短路,或者虚焊 (4)、蓝牙部分的GND要多放过孔。 6、晶振的选型和指标要求? 由于蓝牙对频偏要求比较高,所以晶振的品质对蓝牙的性能至关重要,选型过程中 必须保证晶振的一致性和稳定性。晶振的频率偏差必须≤±10ppm,负载CL推荐12pF。 备注:晶振对地电容C102=C103?=2*CL‐(4pF~6pF),其中CL为晶振负载电容。 (1)、体积无要求的,推荐我DEMO上面的晶振,成本低,性能好 (2)、体积要求小的,推荐24M-3225的,成本稍高,性能好 建议直接用原厂配套的晶体,相信比外面随意采购的要优惠和质量保障

蓝牙天线设计

蓝牙天线设计 目前最常见的蓝牙天线有偶极天线(dipole antenna),倒 F 型天线(planar inverted F anternna)、曲流线型天线(meander line antenna)、微小型陶瓷天线(ceramic antenna)、液晶聚合体天线(lcp)和棒状天线(2.4G 频率专用)等。由于这些具有近似全向性的辐射场型以及结构简单、制作成本低的优点,所以非常适合嵌入蓝牙技术装置使用。下面主要介绍 4 种天线的设计方法。 1、倒F 型天线 倒F型天线是由于其结构与倒置的英文字母 F 相似而得名。如下 图 1 所示。其中(L+H)只有四分之一波长,而且在其结构中已经包含有接触地金属面,可以降低对模块中接地金属米难的敏感度,所以非常适合用在蓝牙模块装置中。另外一方面,由于倒 F 型天线只需要利用金属导体配合适当的馈线及天线短路到接地面的位置,故其制作成本低,而且可以直接与pcb电路板焊接在一起,一体化设计。 倒 F 型天线的天线体可以为线状或者片状,若以金属片制作则可以 为SMD(suerface-mountde device)组件焊接在电路板上达到隐藏天线的目的。此时为了支撑金属片不与接地金属面产生短路,通常会在金属片与接地面之间加入绝缘介质。当使用介电常数较高的绝缘材料还可以缩小蓝牙天线尺寸。

图 2 给出了倒 F 型天线的pcb设计封装参数。作为板载天线的一种,倒 F 型天线设计成本低但是增加了一定的体积,但是实际应用中是最长见一的一种。 倒 F 型天线是1/4 波长天线,除去其天线接入点外,其外轮廓 为L 形状。图 2 中蓝牙天线接入点与蓝牙芯片的天线引脚相连接,外轮廓L 型短边接地,天线接入点介于地和天线开放端之间。板载F型天线一般放在pcb 顶层,铺地一般放在顶层并位于天线附近,但天线周围务必不能放置地,周围应是净空区。图 3 给出了倒 F 型天线在PROTEL 中制作成板载天线的应用示范:

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档