低功耗藍(lán)牙模塊常見(jiàn)天線(xiàn)輸出方式及選型建議

?隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已經(jīng)滲透到了我們生活的方方面面。作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，BLE（低功耗藍(lán)牙）技術(shù)在汽車(chē)電子、智能家居、穿戴設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。深圳市信馳達(dá)科技有限公司專(zhuān)注于無(wú)線(xiàn)通信射頻領(lǐng)域，提供低功耗高性能藍(lán)牙數(shù)傳模塊，針對(duì)客戶(hù)在BLE模塊選型時(shí)經(jīng)常遇到的天線(xiàn)輸出方式選擇問(wèn)題，本文將詳細(xì)介紹低功耗藍(lán)牙模塊常見(jiàn)天線(xiàn)輸出方式、優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。

在藍(lán)牙模塊中，天線(xiàn)與模塊的關(guān)系是共生共輔的，除了系統(tǒng)芯片作為核心外，天線(xiàn)是另一個(gè)具備影響藍(lán)牙模塊傳輸特性的關(guān)鍵性組件。為了滿(mǎn)足不同場(chǎng)景需求，深圳信馳達(dá)科技推出的系列藍(lán)牙模塊，如RF-BM-BG22系列、RF-BM-2340系列藍(lán)牙模塊，都提供了PCB板載天線(xiàn)、IPEX接口、陶瓷天線(xiàn)、郵票孔等多種天線(xiàn)輸出方式供客戶(hù)按需選擇。

PCB板載天線(xiàn)

PCB板載天線(xiàn)，就是在PCB上印制了一根走線(xiàn)，可以將其畫(huà)成直線(xiàn)走線(xiàn)、反轉(zhuǎn)的F形走線(xiàn)、蛇形或圓形走線(xiàn)等，長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)就基本可以形成天線(xiàn)，將電信號(hào)輻射出去或接收信號(hào)。圖1中信馳達(dá)RF-BM-2340B1藍(lán)牙模塊紅色標(biāo)注部分就是PCB板載天線(xiàn)。

圖1 PCB板載天線(xiàn)--信馳達(dá)RF-BM-2340B1藍(lán)牙模塊

PCB板載天線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)是空間占用較少,成本低，不需要單獨(dú)組裝天線(xiàn)，不易觸碰損壞且組裝方便；缺點(diǎn)是單個(gè)天線(xiàn)場(chǎng)型很難做到圓整，插損高，效率相對(duì)較低下，容易受到主板上的干擾；同時(shí)只適合單一頻段，如藍(lán)牙，WiFi；不同批次的PCB天線(xiàn)性能會(huì)有一定偏差。

PCB板載天線(xiàn)具有成本低、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，與獨(dú)立天線(xiàn)相比，PCB板載天線(xiàn)在組裝和調(diào)試方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，在2.4 GHz頻段的無(wú)線(xiàn)模塊，如WiFi模塊、藍(lán)牙模塊、ZigBee模塊等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

IPEX接口

IPEX，全稱(chēng)為I-PEX Connectors，原先是個(gè)做連接器的公司，后被第一精工合并，IPEX是一種小型的無(wú)線(xiàn)連接器，也稱(chēng)為UFL。它是一種微型同軸連接器，通常用于連接小型電子設(shè)備如無(wú)線(xiàn)模塊、WiFi模塊、藍(lán)牙模塊等的天線(xiàn)。IPEX接口外接天線(xiàn)有多種形態(tài)，不受限制，IPEX天線(xiàn)接口的形態(tài)通常是一個(gè)小的金屬插座，其外形為矩形或方形，具有非常小的尺寸。它通常由一對(duì)金屬針腳組成，用于與天線(xiàn)的接頭相匹配。圖2中信馳達(dá)RF-BM-BG22B1I藍(lán)牙模塊紅色標(biāo)注部分為IPEX接口。

圖2 IPEX接口--信馳達(dá)RF-BM-BG22A1I藍(lán)牙模塊

需要注意的是，IPEX接口并不是標(biāo)準(zhǔn)化的接口，有幾種不同的IPEX接口變體，如IPEX MHF1、IPEX MHF2、IPEX MHF3等。因此，在購(gòu)買(mǎi)天線(xiàn)或轉(zhuǎn)接頭時(shí)，需要確保選擇正確的IPEX接口類(lèi)型以確保兼容性和可靠的連接。

使用IPEX接口外接天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)的方向指向性好，效率高，抗干擾能力強(qiáng)，能遠(yuǎn)離主板上的干擾，而且不用過(guò)多的進(jìn)行調(diào)試匹配，作為終端廠(chǎng)家，只需要外面接一個(gè)IPEX接口的天線(xiàn)即可；缺點(diǎn)：成本高，組裝麻煩。通常在模塊需要覆蓋較遠(yuǎn)距離時(shí)選擇使用。

陶瓷天線(xiàn)

陶瓷天線(xiàn)又分為塊狀陶瓷天線(xiàn)和多層陶瓷天線(xiàn)。塊狀天線(xiàn)是使用高溫將整塊陶瓷體一次燒結(jié)完成后再將天線(xiàn)的金屬部分印在陶瓷塊的表面上。而多層天線(xiàn)燒制采用低溫共燒的方式將多層陶瓷迭壓對(duì)位后再以高溫?zé)Y(jié)，所以天線(xiàn)的金屬導(dǎo)體可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要印在每一層陶瓷介質(zhì)層上，可以有效縮小天線(xiàn)尺寸，并能達(dá)到隱藏天線(xiàn)目的。由于陶瓷本身介電常數(shù)比PCB電路板要高，所以使用陶瓷天線(xiàn)能有效縮小天線(xiàn)尺寸。圖3中信馳達(dá)RF-BM-2340C2藍(lán)牙模塊紅色標(biāo)注部分就是陶瓷天線(xiàn)。

圖3 陶瓷天線(xiàn)--信馳達(dá)RF-BM2340C2藍(lán)牙模塊

陶瓷天線(xiàn)占用空間小、性能好；帶寬窄，難以實(shí)現(xiàn)多頻段；有效提高主板的集成度，減少天線(xiàn)對(duì)ID的限制；有必要在主板定義之初導(dǎo)入設(shè)計(jì)。

低功耗藍(lán)牙模塊中使用陶瓷天線(xiàn)，在體積、性能、抗干擾能力等方面具有優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在成本較高等缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求權(quán)衡使用。

郵票孔接口

郵票孔接口是一種使用模塊天線(xiàn)（ANT）引腳引出天線(xiàn)的方案，客戶(hù)通過(guò)模塊上的射頻輸出引腳引出天線(xiàn)，自主設(shè)計(jì)天線(xiàn)電路。它具有不占用模塊體積、設(shè)計(jì)靈活、對(duì)使用人員有射頻設(shè)計(jì)能力要求等特點(diǎn)。圖4中信馳達(dá)RF-BM-BG22A1藍(lán)牙模塊紅色標(biāo)注部分就是郵票孔接口。

圖 4 郵票孔接口--信馳達(dá)RF-BM-BG22A1

藍(lán)牙模塊使用郵票孔天線(xiàn)接口優(yōu)點(diǎn)是不占用PCB空間，可以減小模塊的體積；保留用戶(hù)自主設(shè)計(jì)天線(xiàn)的靈活性，當(dāng)現(xiàn)有的天線(xiàn)輸出方式無(wú)法滿(mǎn)足需求時(shí)，客戶(hù)可以選擇從郵票孔引出天線(xiàn)，自己設(shè)計(jì)天線(xiàn)以滿(mǎn)足需求；缺點(diǎn)是需要客戶(hù)具有專(zhuān)業(yè)的天線(xiàn)電路設(shè)計(jì)和射頻調(diào)試能力，有一定的使用門(mén)檻。

通常情況下，低功耗藍(lán)牙模塊都會(huì)配備PCB板載天線(xiàn)、IPEX座子或者陶瓷天線(xiàn)中的一種，郵票孔接口作為備份，當(dāng)現(xiàn)有的天線(xiàn)形式不能滿(mǎn)足客戶(hù)需求，而客戶(hù)又具備天線(xiàn)設(shè)計(jì)能力的時(shí)候，可以選擇郵票孔接口的藍(lán)牙模塊。

總結(jié)

通常情況下，在選擇一款低功耗藍(lán)牙模塊時(shí)，我們會(huì)考慮傳輸速率、通信距離、模塊體積、功耗、芯片、外圍接口和成本等因素。天線(xiàn)形式通常會(huì)對(duì)模塊的通信距離、體積和成本產(chǎn)生影響。因此，在應(yīng)用中我們需要根據(jù)實(shí)際需求選擇最適合的天線(xiàn)類(lèi)型。對(duì)于信馳達(dá)同一芯片序列的藍(lán)牙模塊來(lái)說(shuō)，主芯片通常是相同的，在相同的使用環(huán)境下，不同天線(xiàn)形式藍(lán)牙模塊通信距離的遠(yuǎn)近排序是：IPEX接口/郵票孔 > PCB天線(xiàn) > 陶瓷天線(xiàn)，具體效果以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)。

關(guān)于信馳達(dá)

深圳市信馳達(dá)科技有限公司（RF-star）是一家專(zhuān)注于物聯(lián)網(wǎng)射頻通信方案的高新技術(shù)企業(yè)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（CCC）和智慧車(chē)聯(lián)產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)盟（ICCE）會(huì)員，通過(guò)ISO9001和IATF16949質(zhì)量體系認(rèn)證。2010年成立之初即成為美國(guó)TI公司官方授權(quán)方案商，之后陸續(xù)得到Silicon Labs、Nordic、Realtek、Espressif、ASR、卓勝微等海內(nèi)外知名芯片企業(yè)的認(rèn)可和支持。公司提供物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)模塊和應(yīng)用方案，包括BLE、WiFi、UWB、Zigbee、Thread、Matter、Sub-1G、Wi-SUN、LoRa等。