【经验】低功耗蓝牙之四大PCB板载天线设计方式
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一直以来，无论是智能手机，还是笔记本电脑，亦或是平板电脑，蓝牙都是智能设备的标配。随着移动互联网的发展，现在涌现出大量的智能可穿戴设备，而支撑这些应用的发展不仅需要移动软件支持，同样也需要无线传感技术的支持，蓝牙依然是无线连接的首选通信方式。 蓝牙技术，就是这中间最重要的一环。不仅要求通讯灵敏度，还需要小型化，更需要低功耗，更重要的是要低成本。 Bluetooth 4.0版本的出现，解决了这些问题，它包含Bluetooth Smart（低功耗）功能，具有以下特点： 1）能耗低 2）成本低 3）标准纽扣电池能让设备运行数年 4）多供应商互操作性 5）增强射程 蓝牙BLE产品，其中RL78/G1D BLE SOC较受工程师青睐，其拥有RL78超低功耗内核，其发送电流4.3mA，接收电流仅3.5mA，低功耗使得电池寿命延长；此外，其内部集成了DC-DC、32.768kHz晶振以及Balun电路，因此在电路设计时无需外挂控制MCU，EEPROM及专用电路；也正因其高集成特性，外围器件少，从而节约BOM成本。由此可见RL78/G1D满足当代智能设备蓝牙无线连接所需。 在硬件设计中，天线设计是比较有讲究，常用的低成本设计方式是PCB板载天线设计方式，但PCB板载天线在实际中应该如何设计，才能达到很好的收发效果呢？以下有四种蓝牙天线设计可供参考： 蓝牙天线设计之倒F型天线： 倒F型天线的天线体可以为线状或者片状，当使用介电常数较高的绝缘材料时还可以缩小蓝牙天线尺寸。作为板载天线的一种，倒F型天线设计成本低但增加了一定体积，在实际应用中是最常见的一种。天线一般放置在PCB顶层，铺地一般放在顶层并位于天线附近，但天线周围务必不能放置地，周围应是净空区。如下图：
图1：倒F型天线设计示意图
蓝牙天线设计之曲流型天线设计： 曲流型天线的长度比较难确定。长度一般比四分之一波长稍长，其长度由其几何拓扑空间及敷地区决定。曲流型天线一般是PCB封装，即板载天线。和倒F型一样，天线一般放置在PCB顶层，铺地一般放在顶层并位于天线附近，但天线周围务必不能放置地，周围应是净空区。如图2，图3：
图2：曲流型天线设计示意图1
图3：曲流型天线设计示意图2
注：天线长度计算公式： 天线的长度（米）=（300/f）*0.25*0.96 其中f表示频率（MHz），0.96为波长缩短率 蓝牙天线长度约为 300/2.4G*0.25*0.96 大约为31mm 蓝牙天线设计之陶瓷天线设计： 陶瓷天线是另外一种适合于蓝牙装置使用的小型化天线。陶瓷天线的种类分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。由于陶瓷本身介电常数较PCB电路板高，所以使用陶瓷天线能有效缩小天线尺寸，在介电损耗方面，陶瓷介质也比PCB电路板的介电损失小，所以非常适合低耗电率的的蓝牙模块中使用。在 PCB设计时，天线周围要净空就可以了，特别注意不能敷铜。如下图：
图4：陶瓷天线设计示意图
蓝牙天线设计之2.4G棒状天线设计： 2.4G棒状蓝牙天线体积大，但传输距离要强于其他天线。在PCB设计时，天线周围也和上述的三种天线设计一样要净空。如下图： 图5：2.4G棒状天线设计示意图
关于蓝牙天线设计的其它相关注意点： 1）天线的信号（频率大于400MHz以上）容易受到衰减，因此天线与附近的地的距离至少要大于三倍的线宽。 2）对于微带线与带状线来说，特征阻抗与板层的厚度、线宽、过孔以及板材的介电常数相关。 3）过孔会产生寄生电感，高频信号对此会产生非常大的衰减，所以走射频线的时候尽量不要有过孔。
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