如何使用PRoCBLE/PSoCBLE轻松设计自定义产品的最佳天线

           图6.芯片天线

天线选择

天线的选择取决于其应用、可用电路板的尺寸、成本、辐射范围以及方向性等因素。　　 蓝牙低功耗(BLE)应用(比如无线鼠标)只需要10英寸的辐射范围和几kbps的数据速率。然而，对于采用语音识别的遥控应用，则需要一个室内设置天线，该天线的辐射范围大概为10-15英寸，并且其数据速率为64kbps。　　 对于无线音频应用，需要分集天线。分集天线是指：将两根天线放置在同一个PCB上，这样可以保证最少有一根天线始终能够接收某些辐射，而另一根天线则可能会因反射和多路径衰弱而被遮住。在传输实时音频数据并需要较高的吞吐量而不会丢失数据包的情况下，需要用到分集天线。也可以将它用在信标应用中，进行室内定位。 

天线参数

下面部分提供了天线性能的某些关键参数。　　 § 回波损耗：天线的回波损耗表示天线如何与阻抗为50Ω的传输线(TL)实现匹配，将其显示为图7中的信号馈送。通常，这个TL的阻抗值为50Ω，但也可以是其他数值。对于工业标准，商业天线和它的测试设备的电阻为50Ω，因此建议您最好使用该值。　　 回波损耗指出：由于不匹配，天线反射的入射功率大小(公式1)。一个理想的天线会发射全部功率，不会产生任何反射。　　 公式1 Return Loss（dB）= 10 log（Pincident/Preflect） 如果该回波损耗是无限的，则认为天线与TL完全匹配，如图7所示。S11是回波损耗的倒数，其单位为dB。根据经验估计，如果回波损耗≥10dB(既S11≤–10dB)，便足够大。表1显示了天线的回波损耗(dB)与反射功率(%)。回波损耗为10dB时，表示90%的入射功率被传给天线以进行发射。　　

                            图7.回波损耗　

§ 带宽：是指天线的频率响应。它表示在采用的整个频带上，即在BLE应用的2.40GHz至2.48GHz的范围内，该天线与50Ω的传输线如何相互匹配。　　 

                                   图8.带宽　

如图8所示，在2.33GHz至2.55GHz的带宽上，回波损耗大于10dB。因此，采用的带宽为200MHz左右。　　 § 辐射效率：指的是非反射功耗中的一部分(请参见图7)被消耗为天线中的热量。产生热量是由于FR4基板中的介电损耗以及铜线中的导体损耗造成的。该信息作为辐射效率。辐射效率为100%时，全部非反射的功耗都被发射到空间内。对于小型的PCB外形因素，热耗最小。　　 § 辐射图型：该图型表示辐射的方向性，即表示在哪个方向上的辐射更大，哪个方向上的辐射更小。这有助于在应用中准确地确定天线的方向。　　无方向性天线可以按与轴线相垂直的平面上所有方向进行等效发射。但大多数天线都达不到这个理想的性能。欲了解详细说明，请参看图9中所示的PCB天线的辐射图。每个数据点都代表RF场强，可以通过接收器中用于接收信号强度的指示器(RSSI)进行测量。正如所料的情况，获得的轮廓图像并不是圆形的，因为该天线不是各向同性的。　　 

§ 增益：增益提供了所采用方向的辐射与各向同性天线(即可从所有方向进行发射)进行对比的信息。增益单位为dBi，即表示在与一个理想的无方向性天线进行对比时辐射的场强。　　

赛普拉斯PRoC/PSoCBLE的天线　

设计BLE的一个受限因素便是需要在一个紧凑的空间中集成天线，并且最多只能使用两个外部组件进行调整。调试过程需要确保在某个频带内进行传输时应尽可能保持传入天线的能量。这便意味着，所需带段中的回波损耗要大于10dB。当天线的输入阻抗为50Ω，并且芯片输出阻抗为50Ω时，天线收到的能量最大。天线作为接收端时，也要满足上述条件。对于天线来说，它的调整过程能够确保天线的阻抗等于50Ω。对于芯片来说，Balun(平衡器)调整过程可保证电阻接近50Ω。　　

 PRoC/PSoCBLE器件中集成平衡器的阻抗并不等于50Ω，所以可能需要通过两个组件对其进行调整。对于射频范围较小的低数据速率应用，赛普拉斯所推荐的PCB天线不需要通过任何组件来调整天线。 对于高数据速率的应用(如通过遥控器的声音识别应用)，建议至少需要使用四个组件进行匹配网络。其中两个用于平衡器调整，其余两个用于天线调整。可使用其中两个进行调整过程，剩下的两个保持待用状态。 此外，赛普拉斯PRoC/PSoC还提供了不同的应用，如室内