BLE的天線設計推薦使用 IFA 和 MIFA 這兩種 PCB 天線。BLE 應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 空間的應用中,如無線鼠標、演示機等等。對于 IFA 天線,建議將其應用在要求天線一側的尺寸遠小于另一側的尺寸的應用中,如心率監視器。大多數 BLE 應用中使用的是 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接口設備 (HID) 中,因為它占用的 PCB 空間較小。因此賽普拉斯已設計出一種結實的 MIFA 天線,而它能在較小的波形系數中提供優越的性能。該天線的尺寸為 7.2 mm × 11.1 mm(相當于 284 密耳×437 密耳),因此它很適合于各種 HID 的應用,例如無線鼠標、鍵盤或演示機等。Figure 10 顯示的是所推薦的 MIFA 天線的詳細布局,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。“W”的值是可改變的主要參數,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 (相應的介電常數為 4.3)。頂層包含了天線走線;而底層則是包含了固態 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 中所規定的寬度。
但如果傳輸線較長 (從匹配網絡至天線或回到 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。在給自定義應用設置 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 PCB 的不同厚度,需要調整 MIFA 天線的長度,這樣才能調整天線輻射的阻抗和頻率選擇。根據不同的電路板厚度,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。設計人員根據特定的電路板厚度進行調整 MIFA 天線的長度時,請參考 Table 3。
請注意,原始天線應該從全長天線開始。根據電路板厚度的不同,天線需要調整長度。我們不能像減少長度那樣容易地在板上增加長度。應將 Table 3 作為指導,以檢查給定板厚度的天線的最終長度而非確切數字。長度切割是調整天線的快速方法。如果客戶有足夠的空間來放置匹配的網絡組件和天線調諧能力,我們建議使用匹配網絡而不是長度調整。
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