設(shè)計應(yīng)用于藍(lán)牙天線上的蛇形倒F PCB天線的資料說明

BLE的天線設(shè)計推薦使用 IFA 和 MIFA 這兩種 PCB 天線。BLE 應(yīng)用中的低速率和典型的輻射圍范使這兩種天線特別有用。這些天線既便宜又容易設(shè)計，這是因為它們是 PCB 的組成部分，并且能夠在 150 至 250 MHz 的頻段范圍內(nèi)提供良好的性能。

建議將 MIFA 天線使用在僅需極小的 PCB 空間的應(yīng)用中，如無線鼠標(biāo)、演示機(jī)等等。對于 IFA 天線，建議將其應(yīng)用在要求天線一側(cè)的尺寸遠(yuǎn)小于另一側(cè)的尺寸的應(yīng)用中，如心率監(jiān)視器。大多數(shù) BLE 應(yīng)用中使用的是 MIFA 天線。

蛇形倒 F 天線 （MIFA）

MIFA 是一種普通的天線，被廣泛地使用在各個人機(jī)接口設(shè)備 （HID） 中，因為它占用的 PCB 空間較小。因此賽普拉斯已設(shè)計出一種結(jié)實的 MIFA 天線，而它能在較小的波形系數(shù)中提供優(yōu)越的性能。該天線的尺寸為 7.2 mm × 11.1 mm（相當(dāng)于 284 密耳×437 密耳），因此它很適合于各種 HID 的應(yīng)用，例如無線鼠標(biāo)、鍵盤或演示機(jī)等。Figure 10 顯示的是所推薦的 MIFA 天線的詳細(xì)布局，其中包含了雙層 PCB 的頂層和底層。這種天線的跡線寬度均為 20 密耳?！癢”的值是可改變的主要參數(shù)，它取決于 PCB 堆棧間隔，它表示 RF 走線 （傳輸線） 的寬度。

天線饋電的考量

Table 2 顯示的是雙層 FR4 PCB 頂層和底層間厚度的“W”值 （相應(yīng)的介電常數(shù)為 4.3）。頂層包含了天線走線；而底層則是包含了固態(tài) RF 接地層的下一層。底層的余下 PCB 空間可以作為信號接地層使用 （針對 PRoC/PSoC 和其他電路）。Figure 11 顯示的是典型的雙層 PCB 厚度的“W”值。

對于為天線饋電更短的 PCB 走線，這樣的寬度要求是比較寬松的。要確保天線走線的寬度和天線饋電接點的寬度相同。

在 Figure 12 展示的情況中，天線饋電的走線寬度不是 Table 2 中所規(guī)定的寬度。

但如果傳輸線較長 （從匹配網(wǎng)絡(luò)至天線或回到 PRoC/PsoC BLE 器件的 ANT 引腳的線的長約為 1 cm），那么賽普拉斯建議使用底層上寬度特定的“W”的傳輸線 （TLine） 類型作為饋源。

Figure 13 繪制了 MIFA 的 S11 圖。MIFA 在 2.44 GHz 附近具有 230 MHz 的帶寬 （S11≤-10 dB）

Figure 14 顯示的是 MIFA 在 2.44 GHz 頻率時完整的 3D 輻射增益圖。在給自定義應(yīng)用設(shè)置 MIFA 天線時，該信息非常有用，有助于在需要的方向上得到最大的輻射。在上面的圖中：MIFA 被放置在 XY 平面上，Z 軸方向與它垂直。

輻射方向圖在帶有帶 MIFA 天線的模塊的 Pioneer 電路板上以 30 度角分辨率進(jìn)行測試。采用金屬連接頭。在裸板中，輻射方向圖與顯示的不同; 這僅用于說明如何將天線放置在 PCB 中。我們鼓勵您在最終產(chǎn)品組裝中測量相似的圖案，以確定天線的最佳位置。

天線長度的考量

根據(jù) PCB 的不同厚度，需要調(diào)整 MIFA 天線的長度，這樣才能調(diào)整天線輻射的阻抗和頻率選擇。根據(jù)不同的電路板厚度，賽普拉斯提供了 Table 3 中的各天線長度。

Figure 15 顯示的是兩種適用于兩個不同電路板厚度的 MIFA 天線。設(shè)計人員根據(jù)特定的電路板厚度進(jìn)行調(diào)整 MIFA 天線的長度時，請參考 Table 3。

請注意，原始天線應(yīng)該從全長天線開始。根據(jù)電路板厚度的不同，天線需要調(diào)整長度。我們不能像減少長度那樣容易地在板上增加長度。應(yīng)將 Table 3 作為指導(dǎo)，以檢查給定板厚度的天線的最終長度而非確切數(shù)字。長度切割是調(diào)整天線的快速方法。如果客戶有足夠的空間來放置匹配的網(wǎng)絡(luò)組件和天線調(diào)諧能力，我們建議使用匹配網(wǎng)絡(luò)而不是長度調(diào)整。