蓝牙天线的介绍与选用
蓝牙天线
蓝牙天线,是在无线通讯系统中用来传送与接收电磁波能量的重要必备组件。由于目前技术尚无法将天线整合至半导体制程的芯片中,故在蓝牙模块里除了核心的系统芯片外,天线是另一具有影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。在各种不同的蓝牙应用产品中,所使用的天线设计方法与制作材质也不尽相同。选用适当的天线除了有助于搭配产品的外型以及提升蓝牙模块的传输特性外,还可以更进一步降低整个蓝牙模块的成本。
蓝牙天线的种类
1)偶极天线
偶极天线的外观通常是圆柱状或是薄片状,其在天线底端有一转接头做为能量馈入的装置,而与蓝牙模块之射频前端电路所外接的转接头相互连接。另外一种天线外接方式是使用可旋转式转接头,这种方式的优点在于天线可以依照使用需求做任意角度的旋动并藉以提高传输效果,但是其缺点在于可旋转式接头的成本较高。 偶天线的长度与其操作频率有关,一般常用的设计是使用半波长或四分之一波长来做为天线的长度。另外,偶极天线亦可以应用平面化的设计方式将蓝牙天线设计为可焊接在电路板上的 SMD(Surface-Mounted Device)组件,或是直接在 PCB电路板上以简单的微带线(Microstrip Line)结构来设计天线,如此可得到低成本的隐藏天线,并有助于产品外观的多样化设计。
2)PIFA天线
PIFA天线是以其侧面结构与倒反的英文字母 F外观雷同而命名。 PIFA天线的操作长度只有四分之一操作波长,而且在其结构中已经包含有接地金属面,可以降低对模块中接地金属面的敏感度,所以非常适合用在蓝牙模块装置中。另一方面,由于PIFA天线只需利用金属导体配合适当的馈入及天线短路到接地面的位置,故其制作成本低,而且可以直接与 PCB电路板焊接在一起。 PIFA天线的金属导体可以使用线状或是片状,若以金属片状制作则可设计为 SMD组件来焊接在电路板上达到隐藏天线的目的。时为了支撑金属片不与接地金属面产生短路,通常会在金属片与接地面之间加入绝缘的介质,如果使用介质常数(Dielectric Constant)较高的绝缘材质还可以缩小蓝牙天线的尺寸。
3)陶瓷天线
陶瓷天线是另外一种适合于蓝牙装置所使用的小型化天线。陶瓷天线的种类可分为块状(Block)陶瓷天线与多层陶瓷天线,前者是使用高温(摄氏 1000度以上)将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部份印在陶瓷块的表面上;后者则采用低温共烧(Low Temperature Cofired)的方式将多层陶瓷迭压对位后再以800~900度的温度烧结,所以天线的金属导体可以依设计需要印在每一层陶瓷介质层上,如此一来便可有效缩小天线所需尺寸,并能达到隐藏天线设计布局的目的。 由于陶瓷本身的介质常数较 PCB电路板高,所以使用陶瓷当天线介质能有效缩小天线尺寸;在介质损耗(Dielectric Loss)方面,陶瓷介质也比 PCB电路板的介质损耗更小,所以非常适合用在低耗电率的蓝牙模块使用。除此之外,当蓝牙模块必须利用 LTCC的技术来将模块体积降到最小时,LTCC蓝牙天线可以轻易的与蓝牙模块整合在 LTCC的多层陶瓷介质中,将是小型化蓝牙模块的最佳选择。
蓝牙天线的参数
1)天线输入阻抗(Input Impedance)
天线的输入阻抗是以收发机与天线间的接口往天线端看入所得到的阻抗值。为了让天线与收发机电路间达到阻抗匹配 (Impedance Matching)以降低因不匹配现象所造成的反射损失(Return Loss),故天线的输入阻抗必须与收发机电路的输出阻抗互相匹配,如此一来才不至于使得大部份能量在天线与收发机之间就损耗掉。以一般的天线设计来说,通常输入阻抗是无法做大范围的改变。最普遍的设计方式是将天线的输入阻抗设计在一般电路中所常使用的 50奥姆,如此便可以与收发机电路的输出阻抗达到 50奥姆匹配。但是在特殊的收发机电路设计中,输出阻抗不一定会是 50奥姆,此时便需在收发机电路与天线输入端之间设计一个外加的阻抗匹配网络来将天线的输入阻抗值转换到收发机的输出阻抗值。
2)操作频率(Operating Frequency)与频宽(Bandwidth, BW)
天线的操作频率需涵盖整个系统所可能使用到的频带,而整个工作频带范围内的最高操作频率 fU与最低操作频率 fL间的差值即为天线的操作频宽。通常,天线的频宽大小都以百分比来表示: BW=(fU-fL)/fC×100[%]
3)辐射场型(Radiation Pattern)
辐射场型是用来描述由天线所辐射出的能量与空间中任意位置的相互关系,由辐射场型图可以得知由天线所辐射出来的电磁波在空间中每一个位置的相对强度或绝对强度。以最常见的偶极天线(Dipole Antenna)为例,图 2为偶极天线在远场(Far-field)量测系统中的坐标参数示意图,其辐射场型图是以图 3之水平面(Azimuth)及垂直面(Elevation)两个正交平面的二维场型图来表示。简单来说,所谓水平面的辐射场型图即为由 z轴上往偶极天线看下去所得到的电磁波强度在 x-y平面上的分布图;而垂直面的辐射场型图则为由天线的侧面(即 x-y平面上)往偶极天线看进去所得到的电磁波强度在 x-z或 y-z平面上的分布图。以偶极天线的水平面场型来看,电磁波强度在任意方向上都相等,这就是所谓的全向性 (Omni-directional)辐射场型;但在垂直面场型中,电磁波强度则是在 θ等于 90度的方向上有最大值,是属于具有方向性 (Directional)的辐射场型。故由天线的辐射场型可以决定天线的摆放位置以及得知天线的最佳发射与接收方向等辐射特性。
蓝牙天线的选用
对手持式蓝牙装置的使用者来说,能够不用考虑使用位置或使用方向的问题而都能够顺利的利用蓝牙来做短距离的传输才是使用蓝牙的最终目的之一,而适当的蓝牙天线
设计将会有助于达到这样的传输品质。在辐射场型方面,手持式蓝牙产品的天线应该是全向性的而可以与来自四面八方的其它蓝牙产品互相联系;在天线增益方面,由于蓝牙
使用的 ISM频段其操作波长短,对于传输介质或传输路径中的障碍物或导体所造成的能量损耗相对提高。故虽然蓝牙产品标榜为短距离传输装置,但仍应考量在室内环境中使用会有家具、房间墙壁甚至人体等的电磁波障碍物存在,所以蓝牙天线的增益也不能够太小;同样地,在 AP装置上的蓝牙天线由于需要涵盖较大的区域,所以其天线增益势必要比手持式产品高出许多。另外在辐射场型方面也必须考虑到 AP的装设位置与欲涵盖的范围来决定设计合适的指向性天线。除了以上所探讨的设计需求外,对于各种不同的蓝牙产品而言,蓝牙天线还是得要符合低成本的首要条件。再从产品应用的角度来看,由于天线对于周边接地金属面(Ground Plane)十分敏感,像是电路板上的接地面或是电路板上防止静电用的屏蔽金属片都会严重影响到天线的辐射特性。以笔记型计算机为例,目前装置蓝牙模块的方式有两种:以PCMCIA卡外接方式而言,由于笔记型计算机内的主机板上覆盖有屏蔽金属壳以及接地金属面,故PCMCIA卡的末端必须突出笔记型计算机之外,而蓝牙天线则以内建隐藏的方式设计在内部电路板上或以转接头外接天线的方式如图 7所示)固定在 PCMCIA卡上;另外,蓝牙天线在笔记型计算机上也将因为摆放的位置不同而有特性上的差异。一般来说,将蓝牙天线置放于 LCD屏幕周围的操作频宽与天线增益会比安装在键盘周围来得大。
蓝牙天线的传输模式
蓝牙的传输模式是以一个微微网(Piconet)为基础,一个微微网内可以同时存在七个蓝牙的从动装置(Slave)与一个主动装置(Master),在同一个微微网内所有从动装置的跳频序列(Frequency Hopping Sequence)必须与主动装置互相配合。如图 5所示,在微微网的基础下可以容许单点对单点(Point to Point)、单点对多点(PointtoMultipoint以及数个微微网互相链接的多种传输模式。在以上这些模式中,不论是微微网内的主动或是从动装置,因为都需要与网内随时改变位置的从动或主动装置联系,故这些装置所使用的天线辐射场型必须是近似全向性的,若是使用指向性过高的天线来做传送或接收,将会造成两个蓝牙装置之间的讯号在某些相对角度上无法正常传送。图6是在室内环境用固定式的接取装置(Access Point, AP)来与其它蓝牙装置进行传输的模式。由于接取装置 AP已经被固定在室内的某些适当位置以便对室内的蓝牙装置做数据传输,所以使用在 AP装置上的天线不一定需要全向性,反而是依安装位置及传输范围来设计在固定方向上具有高指向性的天线才能得到最好的传输效果。至于其它的蓝牙装置仍是以全向性的天线最能符合其需求。
蓝牙天线的介绍与选用相关推荐
- 如何选择漏电保护器规格型号_家用漏电开关型号介绍 如何选用家用漏电开关...
我们都知道漏电导致的危险和麻烦问题是比较严重的,甚至可能会因此引发火灾,引起不必要的人员伤亡和财产损失,那么怎样子才可以在最大程度上避免漏电带来的安全隐患问题呢?今天为大家推荐的就是常见的家用漏电开关 ...
- 【Visual C++】游戏开发笔记之五——游戏画面绘图(二)绘制位图
本系列文章由zhmxy555编写,转载请注明出处. http://blog.csdn.net/zhmxy555/article/details/7335103 作者:毛星云 邮箱: happyl ...
- 论文盘点:性别年龄分类器详解
©PaperWeekly 原创 · 作者|孙裕道 学校|北京邮电大学博士生 研究方向|GAN图像生成.情绪对抗样本生成 引言 年龄和性别在社会交往中起着基础性的作用.随着社交平台和社交媒体的兴起,自动 ...
- 热敏电阻温度特性曲线_NTC热敏电阻如何选型
什么是NTC NTC 热敏电阻是负温度系数的电阻,其特性是电阻值随着温度的升高而呈下降趋势.这个与PTC或者PT100等正温度系数的热敏电阻相反. NTC 热敏电阻 NTC的阻值-温度对应曲线如下图所 ...
- 一种基于伪标签半监督学习的小样本调制识别算法
一种基于伪标签半监督学习的小样本调制识别算法 人工智能技术与咨询 来源:<西北工业大学学报>,作者史蕴豪等 摘 要:针对有标签样本较少条件下的通信信号调制识别问题,提出了一种基于伪标签半监 ...
- 膨润土和cmc和php,膨润土矿钻探用低固相泥浆的配方选择与生产试验
一.概述在膨润土地层进行钻探施工,地层膨胀坍塌和造浆是宜接影响泥浆质量及钻进效率的关键因素.以往在选择泥浆处理剂和配制.使用过程中,只强调降低泥浆失水,而忽略其它因素,因而不能解决地层坍塌问题.我队1 ...
- 图片配置文件设置 索尼a7s2_倒计时开课两天~索尼微单相机专题课程
作为号称市场占有率已经第二的索尼索尼微单用户应该已经不少了 但是很多入手了索尼微单的朋友都知道索尼的相机功能键有些反人类设计很不习惯为了不让您的相机吃灰或者一直在使用错误的拍摄方式本次系统课程就从超级 ...
- Python实例之利用h5py库保存数据集
目录 1.数据集介绍 2.保存为HDF5文件 3.从h5py中读取图像 4.查看图像 5.拓展--将压缩包内图像保存为HDF5文件 1.数据集介绍 本文选用的数据集是CelebA数据集)数据集,该数据 ...
- jitter单位_抖动(jitter)测量
近年来,抖动(Jitter)已经成为通信工程师非常重视的信号特征.在数字系统中,时钟频率正在变得越来越高.随着速率的升组,在上升沿或是下降沿哪性是微小的变化也变得越来越重要.因为时钟或数据的抖动会影响 ...
- Java毕业设计-超市综合管理信息系统
相关资源:java毕业设计-超市综合管理信息系统.zip-互联网文档类资源-CSDN下载 摘 要 由于科技的发展,信息量的剧烈膨胀,企业要想适应信息社会迅猛发展的浪潮,就必须借助于Internet构建 ...
最新文章
- python使用sklearn的ConfusionMatrixDisplay来可视化混淆矩阵
- No field mFactorySet in class问题解决(上)
- oracle索引机制
- android脚步---不同activity之间参数传递
- 为wmi执行例外_称之为例外?
- Fast Image Cache – iOS 应用程序高性能图片缓存
- matlab自带kfcm函数,kfcmFun.m
- html音频控件隐藏,html5 – Html 5音频标签自定义控件?
- 7 分钟全面了解位运算
- 特斯拉部分车型将逐渐搭载磷酸铁锂电池,比亚迪有望成为其电池供应商
- GPT Plus Money!B O O M
- 取 java 程序运行的路径_获取Java程序运行的路径 | 获取当前jar包的路径
- 社保必须交满15年才能享受吗?
- moell/mojito - 基于 Laravel、Vue、ELement 构建的基础后台系统扩展
- usbcan、can分析仪的产品特点和功能特点
- 构建嵌入式系统软件开发环境-为开发板安装linux系统
- kuangbin专题-平整数组
- linux使用命令有什么用,学linux有什么用_Linux初学者学习命令有什么意义
- 使用FreeImage保存彩图,灰度图
- android m是什么单位,M代表什么单位?
热门文章
- 关于IplImage中widthstep的大小与width,nchannels等的关系的问题_widthstep
- 不要重启!诺顿居然将系统文件当病毒
- 【国科大】计算机类课程点评(更新中)
- DevExpress Windows Form(1) DevExpress控件之主题
- AnyLogic 教程JobShop—Prcess Modeling Library
- eclipse svn Subversive
- UltraEdit 25注册机及免费破解注册教程(附带工具)
- OEIS A140358
- Geotools解析shp文件
- 人人译视界 for Mac智能翻译软件