這些PCB天線能夠低功耗藍牙(BLE)解決方案配合使用。為了使性能最佳，BLE2.4GHz射頻必須與其天線正確匹配。

本應用筆記中最后部分介紹了如何在最終產品中調試天線。

簡介

天線是無線系統(tǒng)中的關鍵組件，它負責發(fā)送和接收來自空中的電磁輻射。為低成本、消費廣的應用設計天線，并將其集成到手提產品中是大多數(shù)原裝設備制造商(OEM)正在面對的挑戰(zhàn)。終端客戶從某個RF產品(如電量有限的硬幣型電池)獲得的無線射程主要取決于天線的設計、塑料外殼以及良好的PCB布局。

對于芯片和電源相同但布局和天線設計實踐不同的系統(tǒng)，它們的RF(射頻)范圍變化超過50%也是正常的。本應用筆記介紹了最佳實踐、布局指南以及天線調試程序，并給出了使用給定電量所獲取的最寬波段。

圖1.典型的近距離無線系統(tǒng)

設計優(yōu)良的天線可以擴大無線產品的工作范圍。從無線模塊發(fā)送的能量越大，在已給的數(shù)據(jù)包錯誤率(PER)以及接收器靈敏度固定的條件下，傳輸?shù)木嚯x也越大。另外，天線還有其他不太明顯的優(yōu)點，例如：在某個給定的范圍內，設計優(yōu)良的天線能夠發(fā)射更多的能量，從而可以提高錯誤容限化(由干擾或噪聲引起的)。同樣，接收端良好的調試天線和Balun(平衡器)可以在極小的輻射條件下工作。

最佳天線可以降低PER，并提高通信質量。PER越低，發(fā)生重新傳輸?shù)拇螖?shù)也越少，從而可以節(jié)省電池電量。

天線原理

天線一般指的是裸露在空間內的導體。該導體的長度與信號波長成特定比例或整數(shù)倍時，它可作為天線使用。因為提供給天線的電能被發(fā)射到空間內，所以該條件被稱為“諧振”。

圖2. 偶極天線基礎

如圖2所示，導體的波長為λ/2，其中λ為電信號的波長。信號發(fā)生器通過一根傳輸線(也稱為天線饋電)在天線的中心點為其供電。按照這個長度，將在整個導線上形成電壓和電流駐波，如圖2所示。

輸入到天線的電能被轉換為電磁輻射，并以相應的頻率輻射到空中。該天線由天線饋電供電，饋電的特性阻抗為50Ω，并且輻射到特性阻抗為377Ω的空間中。

因此，對于天線的幾何形狀，有兩個非常重要的事項需要注意：

a.天線長度

b.天線饋電

c. 接地層和回流路徑的形狀和尺寸

長度為λ/2的天線(如圖2所示)被稱為偶極天線。但在印刷電路板中，大多作為天線使用的導體長度僅為λ/4，但仍具有相同的性能。請參見圖3。

通過在導體下方一定距離的位置上放置接地層，可以創(chuàng)建與導體長度相同的鏡像(λ/4)。被組合在一起時，這些引腳作為偶極天線使用。這種天線被稱為四分之一波長(λ/4)天線。

PCB上幾乎所有的天線都按銅制接地層上四分之一波長的尺寸實現(xiàn)。請注意，該信號現(xiàn)在是單端饋電，同時接地層作為返回路徑使用。

圖3. 四分之一波長天線

天線類型

如前部分所述，在自由空間中裸露的波長為λ/4的所有導體被放在一個接地層上，并為其提供合適的電壓，那么該導體可以作為一個天線使用。根據(jù)不同的波長，天線可能與汽車的FM天線一樣長，也可能與信號浮標上的走線一樣短。對于2.4GHz的應用，大部分PCB天線都屬于下面的類型：

1.導線天線：這是在PCB上延長到自由空間中的一段導線，它的長度為λ/4，并被放置在接地層上。這種天線是由50Ω阻抗的傳輸線供電的。通常，該導線天線提供的性能和輻射范圍最好。該導線可以是直線、螺旋或是回路的。它是一個三維(3D)的結構，其中天線高出PCB4-5mm，并伸出到空間內。

圖4.導線天線