板载天线设计中的关键点及参考方案|热门

2023-05-12 09:21:40 来源:桃芯科技

无线通信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:


(相关资料图)

•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Polar Si9000。

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)
0.8328
1368
1.2367
1.6366

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,对母板也有相应的技术要求。使用桃芯蓝牙的伙伴,如有需要,可以免费申请相关的参考设计以及相关的技术咨询。

编辑:黄飞

标签:

上一篇:富士通AI平台“Fujitsu Kozuchi”加速AI与ML解决方案交付 当前独家
下一篇:最后一页