解读低功耗蓝牙模块常见天线输出方式及选型建议

时间： 2024-02-20 来源：信驰达科技公众号

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随着互联网技术的飞速发展，物联网（IoT）已经渗透到了我们生活的方方面面。作为物联网的关键技术之一，BLE（低功耗蓝牙）技术在汽车电子、智能家居、穿戴设备、工业自动化等领域发挥着举足轻重的作用。深圳市信驰达科技有限公司专注于无线通信射频领域，提供低功耗高性能蓝牙数传模块，针对客户在BLE模块选型时经常遇到的天线输出方式选择问题，本文将详细介绍低功耗蓝牙模块常见天线输出方式、优缺点及适用场景。

在蓝牙模块中，天线与模块的关系是共生共辅的，除了系统芯片作为核心外，天线是另一个具备影响蓝牙模块传输特性的关键性组件。为了满足不同场景需求，深圳信驰达科技推出的系列蓝牙模块，如RF-BM-BG22系列、RF-BM-2340系列蓝牙模块，都提供了PCB板载天线、IPEX接口、陶瓷天线、邮票孔等多种天线输出方式供客户按需选择。

PCB板载天线

PCB板载天线，就是在PCB上印制了一根走线，可以将其画成直线走线、反转的F形走线、蛇形或圆形走线等，长度为四分之一波长就基本可以形成天线，将电信号辐射出去或接收信号。图1中信驰达RF-BM-2340B1蓝牙模块红色标注部分就是PCB板载天线。

图1 PCB板载天线--信驰达RF-BM-2340B1蓝牙模块

PCB板载天线优点是空间占用较少，成本低，不需要单独组装天线，不易触碰损坏且组装方便；缺点是单个天线场型很难做到圆整，插损高，效率相对较低下，容易受到主板上的干扰；同时只适合单一频段，如蓝牙，WiFi；不同批次的PCB天线性能会有一定偏差。

PCB板载天线具有成本低、节省空间等优点，与独立天线相比，PCB板载天线在组装和调试方面具有明显优势，在2.4 GHz频段的无线模块，如WiFi模块、蓝牙模块、ZigBee模块等领域应用广泛。

IPEX接口

IPEX，全称为I-PEX Connectors，原先是个做连接器的公司，后被第一精工合并，IPEX是一种小型的无线连接器，也称为UFL。它是一种微型同轴连接器，通常用于连接小型电子设备如无线模块、WiFi模块、蓝牙模块等的天线。IPEX接口外接天线有多种形态，不受限制，IPEX天线接口的形态通常是一个小的金属插座，其外形为矩形或方形，具有非常小的尺寸。它通常由一对金属针脚组成，用于与天线的接头相匹配。图2中信驰达RF-BM-BG22B1I蓝牙模块红色标注部分为IPEX接口。

图2 IPEX接口--信驰达RF-BM-BG22A1I蓝牙模块

需要注意的是，IPEX接口并不是标准化的接口，有几种不同的IPEX接口变体，如IPEX MHF1、IPEX MHF2、IPEX MHF3等。因此，在购买天线或转接头时，需要确保选择正确的IPEX接口类型以确保兼容性和可靠的连接。

使用IPEX接口外接天线的优点是：信号的方向指向性好，效率高，抗干扰能力强，能远离主板上的干扰，而且不用过多的进行调试匹配，作为终端厂家，只需要外面接一个IPEX接口的天线即可；缺点：成本高，组装麻烦。通常在模块需要覆盖较远距离时选择使用。

陶瓷天线

陶瓷天线又分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。而多层天线烧制采用低温共烧的方式将多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结，所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一层陶瓷介质层上，可以有效缩小天线尺寸，并能达到隐藏天线目的。由于陶瓷本身介电常数比PCB电路板要高，所以使用陶瓷天线能有效缩小天线尺寸。图3中信驰达RF-BM-2340C2蓝牙模块红色标注部分就是陶瓷天线。

图3 陶瓷天线--信驰达RF-BM2340C2蓝牙模块

陶瓷天线占用空间小、性能好；带宽窄，难以实现多频段；有效提高主板的集成度，减少天线对ID的限制；有必要在主板定义之初导入设计。

低功耗蓝牙模块中使用陶瓷天线，在体积、性能、抗干扰能力等方面具有优势，但同时也存在成本较高等缺点。在实际应用中，需要根据具体需求权衡使用。

邮票孔接口

邮票孔接口是一种使用模块天线（ANT）引脚引出天线的方案，客户通过模块上的射频输出引脚引出天线，自主设计天线电路。它具有不占用模块体积、设计灵活、对使用人员有射频设计能力要求等特点。图4中信驰达RF-BM-BG22A1蓝牙模块红色标注部分就是邮票孔接口。

图4 邮票孔接口--信驰达RF-BM-BG22A1

蓝牙模块使用邮票孔天线接口优点是不占用PCB空间，可以减小模块的体积；保留用户自主设计天线的灵活性，当现有的天线输出方式无法满足需求时，客户可以选择从邮票孔引出天线，自己设计天线以满足需求；缺点是需要客户具有专业的天线电路设计和射频调试能力，有一定的使用门槛。

通常情况下，低功耗蓝牙模块都会配备PCB板载天线、IPEX座子或者陶瓷天线中的一种，邮票孔接口作为备份，当现有的天线形式不能满足客户需求，而客户又具备天线设计能力的时候，可以选择邮票孔接口的蓝牙模块。

总结

通常情况下，在选择一款低功耗蓝牙模块时，我们会考虑传输速率、通信距离、模块体积、功耗、芯片、外围接口和成本等因素。天线形式通常会对模块的通信距离、体积和成本产生影响。因此，在应用中我们需要根据实际需求选择最适合的天线类型。对于信驰达同一芯片序列的蓝牙模块来说，主芯片通常是相同的，在相同的使用环境下，不同天线形式蓝牙模块通信距离的远近排序是：IPEX接口/邮票孔>PCB天线>陶瓷天线，具体效果以实际测试为准。

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48 MHzARM® Cortex®-M4F

1.8 V ~ 3.63 V，推荐3.3 V

2.4 GHz

+5 dBm

-97 dBm @ BLE 1M PHY-105 dBm @ 125 kbps LECoded PHY

TX:25.58 μA@0 dBm 1000ms广播间隔睡眠功耗:2.49 uA

-40 ℃ ~ +105 ℃

-40 ℃ ~ +125 ℃

200 m @ 1M PHY 300 m @ LE Coded PHY

AEC-Q100车规级，外置天线，抗干扰性能高

汽车（汽车门禁和安全系统、高级驾驶辅助系统、远程信息处理控制单元），音箱主机，工业（工业运输-资产跟踪、工厂自动化和控制）

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