ZHCACQ1A july   2019  – june 2023 CC2640R2F-Q1 , CC2642R , CC2642R-Q1

 

  1.   1
  2.   蓝牙到达角 (AoA) 天线设计
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2到达角天线设计注意事项
    1. 2.1 天线间距
    2. 2.2 射频开关注意事项
  6. 3偶极天线阵列
    1. 3.1 偶极天线的优缺点
    2. 3.2 角度测量平面
    3. 3.3 PCB 实施
    4. 3.4 两个偶极阵列测试结果
      1. 3.4.1 总辐射功率 (TRP)
      2. 3.4.2 测量天线 1 和 2 的相位差
        1. 3.4.2.1 裸 PCB
        2. 3.4.2.2 PCB + 射频吸收材料
        3. 3.4.2.3 PCB + 射频吸收材料 + 镀锡铜箔
        4. 3.4.2.4 PCB + 射频吸收材料 + 镀锡铜箔 + 金属
      3. 3.4.3 相位差与距离间的关系
  7. 4根据 IQ 测量计算 AoA
    1. 4.1 偶极天线阵列未补偿时的到达角结果
      1. 4.1.1 裸 PCB 未补偿时的 AoA
      2. 4.1.2 PCB + 射频吸收材料未补偿时的 AoA
      3. 4.1.3 PCB + 射频吸收材料 + 镀锡铜箔未补偿时的 AoA
      4. 4.1.4 PCB + 射频吸收材料 + 镀锡铜箔 +金属未偿时的 AoA
    2. 4.2 偶极天线阵列补偿后的 AoA 结果
      1. 4.2.1 具有补偿功能的裸 PCB AoA
      2. 4.2.2 PCB + 射频吸收材料 + 镀锡铜箔补偿后的 AoA
      3. 4.2.3 PCB + 射频吸收材料 + 镀锡铜箔 +金属补偿后的 AoA
      4. 4.2.4 硬件设置补偿结果比较
  8. 5参考文献
  9. 6修订历史记录

PCB 实施

¼ λ 偶极天线设计在低功耗蓝牙频谱 (2.44GHz) 的中心,因此长度约为 30.8mm。请注意,相位中心间隔 35mm,可满足所需的 ½ λ 间距要求。

GUID-4449B38A-BE73-4C44-B675-A0B7F42811CD-low.png图 3-6 第 3 层偶极间距和宽度

为了将平衡(差分)信号转换为非平衡(单端)信号,在偶极天线下方的一层(第 4 层)部署了 PCB Marchand 平衡-非平衡变压器。

GUID-2E94169E-468B-4FC1-9DA6-FCDB0384D958-low.png图 3-7 第 4 层 Marchand 平衡-非平衡变压器

Marchand 平衡-非平衡变压器经过设计、仿真和测试,可确保性能正常。平衡-非平衡变压器的顶部部分路由到射频开关,用于匹配 50Ω 阻抗传输线路。此外,电路板堆叠确保第 3 层(偶极天线)和第 4 层(Marchand 平衡-非平衡变压器)之间保持适当的间距,从而在这两层之间实现正确的电容耦合。由于射频开关的单端布线需要接地,因此 Marchand 平衡-非平衡变压器和偶极天线馈送布线夹在两个相同的接地层之间,一个位于第 2 层,而另一个位于第 5 层,如图 3-8 所示。

GUID-A5AF2F7E-4DE4-4FEB-A037-97160EA93842-low.png图 3-8 第 2 层和第 5 层接地平面

图 3-9图 3-12 展示了偶极天线、Marchand 平衡-非平衡变压器和 GND 平面的尺寸。

GUID-B2175265-A665-4D0F-81BC-ED56687CC57F-low.png图 3-9 第 3 层偶极天线尺寸
GUID-C3C179ED-EC2E-4D37-872D-24B57363733D-low.png图 3-10 第 4 层 Marchand 平衡-非平衡变压器尺寸
GUID-3529AD00-2D16-462B-A08F-895B95D6E4BA-low.png图 3-11 第 2 层和第 4 层接地平面尺寸
GUID-7460E1AA-DE92-4BCF-AE9C-3CB1BAB536AD-low.png图 3-12 偶极与接地平面尺寸
表 3-1 PCB 堆叠
层名称 类型 材质 厚度 (mm) 电介质材料 介电常数
顶部阻焊层 焊接掩模/覆盖膜 表面材料 0.01016 阻焊剂 3.5
顶层 信号 0.035
电介质 1 电介质 内核 0.1 FR-4 4.1
第 2 层 信号 0.01801
电介质 2 电介质 半固化片 0.2 FR-4 4.1
第 3 层 信号 0.01901
电介质 3 电介质 内核 0.1 FR-4 4.1
第 4 层 信号 0.01801
电介质 4 电介质 半固化片 0.2 FR-4 4.1
第 5 层 信号 0.01801
电介质 5 电介质 内核 0.1 FR-4 4.1
底层 信号 0.035
底部阻焊层 焊接掩模/覆盖膜 表面材料 0.01016 阻焊剂 3.5

如需了解有关该设计的更多信息,并访问 Gerber 文件、原理图等,请参阅 TIDA-01632 车用低功耗 Bluetooth® 汽车门禁卫星节点参考设计