蓝牙天线

在蓝牙产品中，天线与蓝牙模块的关系是相辅相成的，是一个除了作为核心的系统芯片外，天线是另一个具有影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。
首先简单概述什么是天线？
天线是一种用来发送或者接收电磁波的器件。
天线的作用：发射天线的作用是将发射机的高频电流（或波导系统中的导行波）的能量有效地转换成空间的电磁能量；而接收天线的作用则恰恰相反，因此天线实际上是一个换能器。
关于蓝牙天线设计的其他相关注意点：
1）天线的信号（频率大于400MHZ以上）容易受到衰减，因此天线与附近的地的距离至少要大于3倍线宽。
2）对于微带线与带状线来说，特征阻抗与板层的厚度、线宽、过孔及板材的介电常数相关。
3）过孔会产生寄生电感，高频信号会对此产生非常大的衰减，所以走射频线的时候尽量不要有过孔。
比如，拿目前市面上蓝牙模块常见的四种天线：陶瓷天线、PCB天线、IPEX外接天线和2.4G棒状天线来对比一下。
1，陶瓷天线是一种适合于蓝牙装置使用的小型化天线。陶瓷天线又分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。而多层天线烧制采用低温共烧的方式讲多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结，所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一层陶瓷介质层上，如此一来可以有效缩小天线尺寸，并能达到隐藏天线目的。由于陶瓷本身介电常数比pcb电路板的要高，所以使用陶瓷天线能有效缩小天线尺寸。

2，?PCB天线   （倒F型、曲流型天线）是指无线接收和发射用的PCB上的部分。发射时，它把发射机的高频电流转化为空间电磁波；接收时，它又把从空间截获的电磁波转换为高频电流送入接收机。它的优点是：空间占用少，成本低，不需要单独组装天线，不易触碰损坏，整机组装方便，但有得必有失---牺牲性能。缺点是：单个天线场型很难做到圆整，插损高，效率相对较低，容易受到主板上的干扰。
PCB板载天线，则不需要单独组装天线，一次调完就无需再次调试，不易触碰损坏且组装方便。它原理是发射时，它把发射机的高频电流转换为空间电磁波；接收时，它又把从空间获取的电磁波变换成高频电流输入接收机。





3，IPEX天线是一种作为射频电路和天线的接口，被广泛应用于无线局域网（WLAN）相关产品单板上。它的优点是：场型能控制更好，插损低，信号的方向指向性好，效率高，抗干扰能力强，能远离主板上的干扰，而且不用过多的进行调试匹配，作为终端厂家，只需要外面接一个IPEX的天线即可；当然也有缺点：成本高，组装麻烦。
IPEX接口外接天线，信号的方向指向性好，效率高，传输距离远，抗干扰能力强，而且不用过多的进行调试匹配，作为终端厂家，只需要外面接一个IPEX的天线即可；

4， 2.4G棒状天线

(1) 板载 PCB式天线:采用PC蚀刻而成成本低但是性能有限可调性好可大批量用于蓝牙、 WiFi无线通信模块。
(2) smt贴片式：常用的有陶瓷天线，占用面积少，集成度高，容易更换，适用于对空
间要求小的产品，但是该类型天线价格稍贵且带宽偏小。
(3) 外置棒状天线：性能好，无需调试，方便更换，增益高，适用于各种终端设备。
(4) FPC天线：通过馈线连接，安装自由，增益高，通常可以使用背胶贴在机器非金属外壳上，适用于性能要求高且外壳空间充足的产品上。


1、 匹配电路设计
在原理图设计时，需要在天线与模块射频输出管脚预留一个π型网络。天线的阻抗受PCB的铺地、天线的安装以及周围的金属等因素影响，预留这个网络是为了在天线严重偏离50 欧姆阻抗时，将其匹配至 50 欧姆。X1，X2，X3 都是电抗元件，如果天线是标准的 50 欧姆阻抗，那么 X2，X3可以不焊接，X1 接 220PF电容或者 0 欧姆电阻。在 pcb设计时，这三个器件已经尽量靠近模块的射频输出脚，并且连接的传输线短且直。匹配元件的周围 1.5mm区域内不要铺地，以减少寄生参数对匹配电路的影响。

2、 微带线设计
在 PCB设计时，由于大部分的天线与模块的输出阻抗是 50 欧姆，为了尽量减少在传输过程中能量的反射，射频输出管脚到天线之间的 PCB引线应为 50 欧姆的微带线。常用的板材为 FR4（介电常数 4.2-4.6 ），根据经验，当线宽约为微带线距离参考层距离的 2.2 倍时，微带线的特征阻抗约为 50 欧姆。具体设计时 ,建议使用微带线阻抗控制工具（ ADS、txline等）来计算, 并通过实际调试来完成微带线的设计。如下图所示，微带线下面的铺地层必须是完整的地，在微带线两侧需要多打接地过孔。
3、 金属对天线的影响
如果天线附近有金属材料的物体时， 金属能反射电磁波， 不但会影响天线的实际使用空间，增加天线的损耗电阻，降低辐射效率，而且导致天线辐射性能的恶化。在安装天线时要注意：
a：天线距离电池至少要有 5mm；
b：天线距离屏蔽壳至少要有 4mm；
c：在需要安装外壳的场合，不要在外壳表面使用具有金属成分的喷漆或者镀层。

蓝牙天线设计：
1.针对板级的蓝牙贴片天线，具体的PCB走线要求：走线直接从焊盘引脚出，走线建议在模块同一平面（假设是TOP），走线宽度15mil,两边离地间距15mil,走线部分要求短，同时需要BOTTOM面有地参考；
2. 建议选用的蓝牙天线：微小型陶瓷天线（ceramic anterna），倒 F型天 线（planar inverted F anterna ）， 棒状天线（ 2.4G 频率专用）等 。如果空间允许，尽量不要选择太小尺寸的天线 ；
3. 蓝牙天线摆放位置最好在边角，如果是选用贴片天线，要有至少 2mm 的净空区域，净空区域不得应远离地面或者其它金属部件 ；
4.天线与附近物体之间有较大的净空区为佳；否则匹配调节将会变困难 ，辐射模式会受到严重扭曲 ；
5. 天线的下方不应接触地面、接地层 ；
6. 天线应远离金属物体放置，比如电池、芯片等金属物有重叠。
7. 注意内部缆线 （如电池电源线）太靠近天线部位；
8.单极天线需要有合理的接地面才能发挥最好效。
9.天线周围不能有金属外壳或带金属的塑料存在或包裹。
10. 不要使用很细的天线馈电线，定宽度限制不能小于 0.1mm。