功耗更低的四種PCB板載天線藍(lán)牙設(shè)計(jì)

一直以來，無論是智能手機(jī)，還是筆記本電腦，亦或是平板電腦，藍(lán)牙都是智能設(shè)備的標(biāo)配。隨著移動(dòng)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(dòng)軟件支持，同樣也需要無線傳感技術(shù)的支持，藍(lán)牙依然是無線連接的首選通信方式。

藍(lán)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(diǎn)：

1）能耗低

2）成本低

3）標(biāo)準(zhǔn)紐扣電池能讓設(shè)備運(yùn)行數(shù)年

4）多供應(yīng)商互操作性

5）增強(qiáng)射程

在硬件設(shè)計(jì)中，天線設(shè)計(jì)是比較有講究，常用的低成本設(shè)計(jì)方式是PCB板載天線設(shè)計(jì)方式，但PCB板載天線在實(shí)際中應(yīng)該如何設(shè)計(jì)，才能達(dá)到很好的收發(fā)效果呢？以下有四種藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)可供參考：

藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)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(shí)還可以縮小藍(lán)牙天線尺寸。作為板載天線的一種，倒F型天線設(shè)計(jì)成本低但增加了一定體積，在實(shí)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(jì)示意圖

藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之曲流型天線設(shè)計(jì)：

曲流型天線的長(zhǎng)度比較難確定。長(zhǎng)度一般比四分之一波長(zhǎng)稍長(zhǎng)，其長(zhǎng)度由其幾何拓?fù)淇臻g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(jì)示意圖1

圖3：曲流型天線設(shè)計(jì)示意圖2

注：天線長(zhǎng)度計(jì)算公式：

天線的長(zhǎng)度（米）=（300/f）*0.25*0.96

其中f表示頻率（MHz），0.96為波長(zhǎng)縮短率

藍(lán)牙天線長(zhǎng)度約為 300/2.4G*0.25*0.96 大約為31mm

藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之陶瓷天線設(shè)計(jì)：

陶瓷天線是另外一種適合于藍(lán)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(lán)牙模塊中使用。在 PCB設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)示意圖

藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)之2.4G棒狀天線設(shè)計(jì)：

2.4G棒狀藍(lán)牙天線體積大，但傳輸距離要強(qiáng)于其他天線。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，天線周圍也和上述的三種天線設(shè)計(jì)一樣要凈空。如下圖：

圖5：2.4G棒狀天線設(shè)計(jì)示意圖

關(guān)于藍(lán)牙天線設(shè)計(jì)的其它相關(guān)注意點(diǎn)：

1）天線的信號(hào)（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(duì)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(huì)產(chǎn)生寄生電感，高頻信號(hào)對(duì)此會(huì)產(chǎn)生非常大的衰減，所以走射頻線的時(shí)候盡量不要有過孔。