藍牙天線

　　藍牙天線，是在無線通訊系統中用來傳送與接收電磁波能量的重要必備組件。由于目前技術尚無法將天線整合至半導體制程的芯片中，故在藍牙模塊里除了核心的系統芯片外，天線是另一具有影響藍牙模塊傳輸特性的關鍵性組件。在各種不同的藍牙應用產品中，所使用的天線設計方法與制作材質也不盡相同。選用適當的天線除了有助于搭配產品的外型以及提升藍牙模塊的傳輸特性外，還可以更進一步降低整個藍牙模塊的成本。

藍牙天線的種類

　　1）偶極天線

　　偶極天線的外觀通常是圓柱狀或是薄片狀，其在天線底端有一轉接頭做為能量饋入的裝置，而與藍牙模塊之射頻前端電路所外接的轉接頭相互連接。另外一種天線外接方式是使用可旋轉式轉接頭，這種方式的優點在于天線可以依照使用需求做任意角度的旋動并藉以提高傳輸效果，但是其缺點在于可旋轉式接頭的成本較高。 偶天線的長度與其操作頻率有關，一般常用的設計是使用半波長或四分之一波長來做為天線的長度。另外，偶極天線亦可以應用平面化的設計方式將藍牙天線設計為可焊接在電路板上的 SMD(Surface-Mounted Device)組件，或是直接在 PCB電路板上以簡單的微帶線(Microstrip Line)結構來設計天線，如此可得到低成本的隱藏天線，并有助于產品外觀的多樣化設計。

　　2）PIFA天線

　　PIFA天線是以其側面結構與倒反的英文字母 F外觀雷同而命名。 PIFA天線的操作長度只有四分之一操作波長，而且在其結構中已經包含有接地金屬面，可以降低對模塊中接地金屬面的敏感度，所以非常適合用在藍牙模塊裝置中。另一方面，由于PIFA天線只需利用金屬導體配合適當的饋入及天線短路到接地面的位置，故其制作成本低，而且可以直接與 PCB電路板焊接在一起。 PIFA天線的金屬導體可以使用線狀或是片狀，若以金屬片狀制作則可設計為 SMD組件來焊接在電路板上達到隱藏天線的目的。時為了支撐金屬片不與接地金屬面產生短路，通常會在金屬片與接地面之間加入絕緣的介質，如果使用介質常數(Dielectric Constant)較高的絕緣材質還可以縮小藍牙天線的尺寸。

　　3）陶瓷天線

　　陶瓷天線是另外一種適合于藍牙裝置所使用的小型化天線。陶瓷天線的種類可分為塊狀(Block)陶瓷天線與多層陶瓷天線，前者是使用高溫(攝氏 1000度以上)將整塊陶瓷體一次燒結完成后再將天線的金屬部份印在陶瓷塊的表面上；后者則采用低溫共燒(Low Temperature Cofired)的方式將多層陶瓷迭壓對位后再以800~900度的溫度燒結，所以天線的金屬導體可以依設計需要印在每一層陶瓷介質層上，如此一來便可有效縮小天線所需尺寸，并能達到隱藏天線設計布局的目的。 由于陶瓷本身的介質常數較 PCB電路板高，所以使用陶瓷當天線介質能有效縮小天線尺寸；在介質損耗(Dielectric Loss)方面，陶瓷介質也比 PCB電路板的介質損耗更小，所以非常適合用在低耗電率的藍牙模塊使用。除此之外，當藍牙模塊必須利用 LTCC的技術來將模塊體積降到最小時，LTCC藍牙天線可以輕易的與藍牙模塊整合在 LTCC的多層陶瓷介質中，將是小型化藍牙模塊的最佳選擇。

藍牙天線的參數

　　1）天線輸入阻抗(Input Impedance)

　　天線的輸入阻抗是以收發機與天線間的接口往天線端看入所得到的阻抗值。為了讓天線與收發機電路間達到阻抗匹配 (Impedance Matching)以降低因不匹配現象所造成的反射損失(Return Loss)，故天線的輸入阻抗必須與收發機電路的輸出阻抗互相匹配，如此一來才不至于使得大部份能量在天線與收發機之間就損耗掉。以一般的天線設計來說，通常輸入阻抗是無法做大范圍的改變。最普遍的設計方式是將天線的輸入阻抗設計在一般電路中所常使用的 50奧姆，如此便可以與收發機電路的輸出阻抗達到 50奧姆匹配。但是在特殊的收發機電路設計中，輸出阻抗不一定會是 50奧姆，此時便需在收發機電路與天線輸入端之間設計一個外加的阻抗匹配網絡來將天線的輸入阻抗值轉換到收發機的輸出阻抗值。

　　2）操作頻率(Operating Frequency)與頻寬(Bandwidth, BW)

　　天線的操作頻率需涵蓋整個系統所可能使用到的頻帶，而整個工作頻帶范圍內的最高操作頻率 fU與最低操作頻率 fL間的差值即為天線的操作頻寬。通常，天線的頻寬大小都以百分比來表示： BW=(fU-fL)/fC×100[%]

　　3）輻射場型(Radiation Pattern)

　　輻射場型是用來描述由天線所輻射出的能量與空間中任意位置的相互關系，由輻射場型圖可以得知由天線所輻射出來的電磁波在空間中每一個位置的相對強度或絕對強度。以最常見的偶極天線(Dipole Antenna)為例，圖 2為偶極天線在遠場(Far-field)量測系統中的坐標參數示意圖，其輻射場型圖是以圖 3之水平面(Azimuth)及垂直面(Elevation)兩個正交平面的二維場型圖來表示。簡單來說，所謂水平面的輻射場型圖即為由 z軸上往偶極天線看下去所得到的電磁波強度在 x-y平面上的分布圖；而垂直面的輻射場型圖則為由天線的側面(即 x-y平面上)往偶極天線看進去所得到的電磁波強度在 x-z或 y-z平面上的分布圖。以偶極天線的水平面場型來看，電磁波強度在任意方向上都相等，這就是所謂的全向性 (Omni-directional)輻射場型；但在垂直面場型中，電磁波強度則是在 θ等于 90度的方向上有最大值，是屬于具有方向性 (Directional)的輻射場型。故由天線的輻射場型可以決定天線的擺放位置以及得知天線的最佳發射與接收方向等輻射特性。

藍牙天線的選用

對手持式藍牙裝置的使用者來說，能夠不用考慮使用位置或使用方向的問題而都能夠順利的利用藍牙來做短距離的傳輸才是使用藍牙的最終目的之一，而適當的藍牙天線

　　設計將會有助于達到這樣的傳輸品質。在輻射場型方面，手持式藍牙產品的天線應該是全向性的而可以與來自四面八方的其它藍牙產品互相聯系；在天線增益方面，由于藍牙

　　使用的 ISM頻段其操作波長短，對于傳輸介質或傳輸路徑中的障礙物或導體所造成的能量損耗相對提高。故雖然藍牙產品標榜為短距離傳輸裝置，但仍應考量在室內環境中使用會有家具、房間墻壁甚至人體等的電磁波障礙物存在，所以藍牙天線的增益也不能夠太小；同樣地，在 AP裝置上的藍牙天線由于需要涵蓋較大的區域，所以其天線增益勢必要比手持式產品高出許多。另外在輻射場型方面也必須考慮到 AP的裝設位置與欲涵蓋的范圍來決定設計合適的指向性天線。除了以上所探討的設計需求外，對于各種不同的藍牙產品而言，藍牙天線還是得要符合低成本的首要條件。再從產品應用的角度來看，由于天線對于周邊接地金屬面(Ground Plane)十分敏感，像是電路板上的接地面或是電路板上防止靜電用的屏蔽金屬片都會嚴重影響到天線的輻射特性。以筆記型計算機為例，目前裝置藍牙模塊的方式有兩種：以PCMCIA卡外接方式而言，由于筆記型計算機內的主機板上覆蓋有屏蔽金屬殼以及接地金屬面，故PCMCIA卡的末端必須突出筆記型計算機之外，而藍牙天線則以內建隱藏的方式設計在內部電路板上或以轉接頭外接天線的方式如圖 7所示)固定在 PCMCIA卡上；另外，藍牙天線在筆記型計算機上也將因為擺放的位置不同而有特性上的差異。一般來說，將藍牙天線置放于 LCD屏幕周圍的操作頻寬與天線增益會比安裝在鍵盤周圍來得大。

藍牙天線的傳輸模式

　　藍牙的傳輸模式是以一個微微網(Piconet)為基礎，一個微微網內可以同時存在七個藍牙的從動裝置(Slave)與一個主動裝置(Master)，在同一個微微網內所有從動裝置的跳頻序列(Frequency Hopping Sequence)必須與主動裝置互相配合。如圖 5所示，在微微網的基礎下可以容許單點對單點(Point to Point)、單點對多點(PointtoMultipoint以及數個微微網互相鏈接的多種傳輸模式。在以上這些模式中，不論是微微網內的主動或是從動裝置，因為都需要與網內隨時改變位置的從動或主動裝置聯系，故這些裝置所使用的天線輻射場型必須是近似全向性的，若是使用指向性過高的天線來做傳送或接收，將會造成兩個藍牙裝置之間的訊號在某些相對角度上無法正常傳送。圖6是在室內環境用固定式的接取裝置(Access Point, AP)來與其它藍牙裝置進行傳輸的模式。由于接取裝置 AP已經被固定在室內的某些適當位置以便對室內的藍牙裝置做數據傳輸，所以使用在 AP裝置上的天線不一定需要全向性，反而是依安裝位置及傳輸范圍來設計在固定方向上具有高指向性的天線才能得到最好的傳輸效果。至于其它的藍牙裝置仍是以全向性的天線最能符合其需求。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的蓝牙天线的介绍与选用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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