如何使用PRoCBLE/PSoCBLE轻松设计自定义产品的最佳天线

 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，如室内定位、智能家居、智能电器以及传感器集线器。这些应用可能不受空间的限制，因此，可以针对射频范围和射频方向图等因素为这些应用设计更好的天线。导线天线非常适合非穿戴式但位置固定的应用。 很多应用直接在其主PCB中嵌入了赛普拉斯的该类模块，用以实现无线连接。这些应用要求通过FCC的低成本小型模块。这时可以使用满足这些要求的芯片天线。 虽然使用2.4GHz频段的应用很多，但大多数BLE应用仅使用了下面介绍的双PCB天线。赛普拉斯推荐使用两种专有的PCB天线、蛇形倒F天线(MIFA)和倒F形天线(IFA)，它们是针对BLE应用而特性化和广泛模拟的天线。特别是MIFA，可将它用于几乎所有的BLE应用中。

赛普拉斯专有的PCB天线

赛普拉斯推荐使用IFA和MIFA这两种PCB天线。BLE应用中的低速率和典型的辐射围范使这两种天线特别有用。这些天线既便宜又容易设计，这是因为它们是PCB的组成部分，并且能够在150至250MHz的频段范围内提供良好的性能。 建议将MIFA天线使用在仅需极小的PCB空间的应用中，如无线鼠标、键盘、演示机等等。对于IFA天线，建议将其应用在要求天线一侧的尺寸远小于另一侧的尺寸的应用中，如心率监视器。大多数BLE应用中使用的是MIFA天线。下面各节将详细介绍每种天线的信息。 

蛇形倒F天线(MIFA)

MIFA是一种普通的天线，被广泛地使用在各个人机接口设备(HID)中，因为它占用的PCB空间较小。因此赛普拉斯已设计出一种结实的MIFA天线，而它能在较小的波形系数中提供优越的性能。该天线的尺寸为7.2mm×11.1mm(相当于284密耳×437密耳)，因此它很适合于各种HID的应用，例如无线鼠标、键盘或演示机等。图10显示的是所推荐的MIFA天线的详细布局，其中包含了双层PCB的顶层和底层。这种天线的迹线宽度均为20密耳。"W"的值是可改变的主要参数，它取决于PCB堆栈间隔，它表示RF走线(传输线)的宽度。

天线馈电的考量

表2显示的是双层FR4PCB顶层和底层间厚度的"W"值(相应的介电常数为4.3)。顶层包含了天线走线;而底层则是包含了固态RF接地层的下一层。底层的余下PCB空间可以作为信号接地层使用(针对PRoC/PSoC和其他电路)。图11显示的是典型的双层PCB厚度的"W"值。表2.FR4PCB的"W"值：天线层与相邻射频的接地层间的厚度。

对于为天线馈电更短的PCB走线，这样的宽度要求是比较宽松的。要确保天线走线的宽度和天线馈电接点的宽度相同。在图12展示的情况中，天线馈电的走线宽度不是表2中所规定的宽度。

图14显示的是MIFA在2.44GHz频率时完整的3D辐射增益图。在给自定义应用设置MIFA天线时，该信息非常有用，有助于在需要的方向上得到最大的辐射。在上面的图中：MIFA被放置在XY平面上，Z轴方向与它垂直。

供该辐射图，可以知道：最大的辐射出现在与X轴成30°角度的圆锥空间内。这是因为MIFA在XY平面上不能保持正横或正竖的方向。MIFA竖向部分和末梢和均参加了辐射，并形成一个倾斜的辐射图。

天线长度的考量

根据PCB的不同厚度，需要调整MIFA天线的长度，这样才能调整天线辐射的阻抗和频率选择。根据不同的电路板厚度，赛普拉斯提供了下面各天线长度。

表3.竖向部分和末梢的长度(L_Tip/L_leg)

图15显示的是两种适用于两个不同电路板厚度的MIFA天线。设计人员根据特定的电路板厚度进行调整MIFA天线的长度时，请参考表3。

倒F天线(IFA)

对于天线的尺寸有一定限制条件的应用中(例如心率监视器)，推荐您选用这种IFA。图16显示所推荐的IFA的详细布局，其中包含了双层PCB中的顶层和底层。其走线宽度约为24mm。对于厚度为1.6mm的FR4PCB，IFA的尺寸被设计为4mm×20.5mm(157.5mils×807mils)。与MIFA相比，IFA的宽高比(宽度和高度的比例)更大。

                              顶层(天线层)

底层(RF接地层)

馈电走线的宽度"W"受产品中PCB堆栈的影响。表4根据