低功耗藍(lán)牙模塊常見天線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)科技有限公司專注于無(wú)線通信射頻領(lǐng)域，提供低功耗高性能藍(lán)牙數(shù)傳模塊，針對(duì)客戶在BLE模塊選型時(shí)經(jīng)常遇到的天線輸出方式選擇問(wèn)題，本文將詳細(xì)介紹低功耗藍(lán)牙模塊常見天線輸出方式、優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。

在藍(lán)牙模塊中，天線與模塊的關(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、IPEX接口、陶瓷天線、郵票孔等多種天線輸出方式供客戶按需選擇。

PCB板載天線

PCB板載天線，就是在PCB上印制了一根走線，可以將其畫成直線走線、反轉(zhuǎn)的F形走線、蛇形或圓形走線等，長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)就基本可以形成天線，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。

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

PCB板載天線優(yōu)點(diǎn)是空間占用較少,成本低，不需要單獨(dú)組裝天線，不易觸碰損壞且組裝方便；缺點(diǎn)是單個(gè)天線場(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天線性能會(huì)有一定偏差。

PCB板載天線具有成本低、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，與獨(dú)立天線相比，PCB板載天線在組裝和調(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)線連接器，也稱為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)線模塊、WiFi模塊、藍(lán)牙模塊等的天線。IPEX接口外接天線有多種形態(tài)，不受限制，IPEX天線接口的形態(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)買天線或轉(zhuǎn)接頭時(shí)，需要確保選擇正確的IPEX接口類型以確保兼容性和可靠的連接。

使用IPEX接口外接天線的優(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，作為終端廠家，只需要外面接一個(gè)IPEX接口的天線即可；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

陶瓷天線又分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。塊狀天線是使用高溫將整塊陶瓷體一次燒結(jié)完成后再將天線的金屬部分印在陶瓷塊的表面上。而多層天線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，可以有效縮小天線尺寸，并能達(dá)到隱藏天線目的。由于陶瓷本身介電常數(shù)比PCB電路板要高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸。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。

圖3 陶瓷天線--信馳達(dá)RF-BM2340C2藍(lán)牙模塊

陶瓷天線占用空間小、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，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（ANT）引腳引出天線的方案，客戶通過(guò)模塊上的射頻輸出引腳引出天線，自主設(shè)計(jì)天線電路。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；保留用戶自主設(shè)計(jì)天線的靈活性，當(dāng)現(xiàn)有的天線輸出方式無(wú)法滿足需求時(shí)，客戶可以選擇從郵票孔引出天線，自己設(shè)計(jì)天線以滿足需求；缺點(diǎn)是需要客戶具有專業(yè)的天線電路設(shè)計(jì)和射頻調(diào)試能力，有一定的使用門檻。

通常情況下，低功耗藍(lán)牙模塊都會(huì)配備PCB板載天線、IPEX座子或者陶瓷天線中的一種，郵票孔接口作為備份，當(dāng)現(xiàn)有的天線形式不能滿足客戶需求，而客戶又具備天線設(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類型。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 > 陶瓷天線，具體效果以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)。