0 引言

　　藍牙是一種支持設(shè)備短距離通信(一般是1Om之內(nèi))的無線電技術(shù),，能在設(shè)備之間進行無線信息交換,，其工作頻段是2.4～2.483 GHz的全球通信自由頻段，目前已廣泛應(yīng)用在移動通信設(shè)備中,。天線是藍牙無線系統(tǒng)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(shù)尚無法將天線整合至半導(dǎo)體芯片中，故在藍牙模塊里除了核心的系統(tǒng)芯片外,，天線是另一個影響藍牙模塊傳輸特性的關(guān)鍵性組件,。本文給出了一款倒F型天線的設(shè)計，該天線尺寸小,，設(shè)計簡約,，制造成本低，工作效率高,，適用于藍牙系統(tǒng)應(yīng)用,。

　　1 天線設(shè)計

　　倒F型天線是上世紀(jì)末發(fā)展起來的一種天線，具有結(jié)構(gòu)簡單,、重量輕,、可共形、制造成本低,、輻射效率高,、容易實現(xiàn)多頻段工作等獨特優(yōu)點，因此,，近幾年來,，倒F型天線得到了廣泛的應(yīng)用研究和發(fā)展。

　　倒F天線是在倒L天線abc的垂直元末端加上一個倒L結(jié)構(gòu)edb構(gòu)成,。它使用附加的edb結(jié)構(gòu)來調(diào)整天線和饋電同軸線的匹配,。該天線具有低輪廓結(jié)構(gòu)，輻射場具有水平和垂直兩種極化,，另外由于結(jié)構(gòu)緊湊而且具有等方向輻射特性,，同時其良好的接地設(shè)計可以有效提高天線的工作效率。圖1所示是典型的倒F型天線結(jié)構(gòu)圖,，該天線可以看作是e端短路,，a端開路的諧振器，所以,，a端電壓最大,，電流為零，e端電壓為零,，電流最大,。由于倒F天線的結(jié)構(gòu)中包含了接地的金屬面，可以降低對射頻模塊中接地金屬面的敏感度,，因此非常適合用于片上系統(tǒng),。另外，由于倒F天線只需利用金屬導(dǎo)體配合適當(dāng)?shù)酿伨€來調(diào)整天線短路端到接地面的位置,，因而制作成本較低,，可以直接與PCB電路板焊接在一起。圖2所示為倒F型天線在電路板上的布置圖,。

　　
倒F型天線在電路板上的布置圖

2 測量基本原理

　　圖3所示是一個網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理框圖,。在對倒F天線進行測量時，先由儀器發(fā)出掃頻信號,，并將該信號通過輸出口送到被測設(shè)備,，當(dāng)信號通過設(shè)備后，再送回網(wǎng)絡(luò)分析儀,。

　　
網(wǎng)絡(luò)分析儀的原理框圖

　　由于待測設(shè)備的輸入阻抗與網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出阻抗不可能理想匹配,，因而必然會發(fā)射一部分信號。這樣,，網(wǎng)絡(luò)分析儀對輸出與輸入信號進行比較,，即可得出待測設(shè)備的傳輸指標(biāo)，如增益,、插入損失,、分配損失等;而對輸出和反射信號進行對比，則可得出待測設(shè)備的反射指標(biāo)(如反射損耗等),。

　　在對倒F天線進行測試時,，應(yīng)先將高頻導(dǎo)線焊接到PCB上的天線測試點，然后再連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀,，并進行重新校準(zhǔn)(3個mark點頻率分別為2.402 GHz,，2.440 GHz與2.480 GHz)，之后再焊接天線匹配元器件,，然后利用網(wǎng)絡(luò)分析儀的Smith圖來測試天線參數(shù),，并運用Smith圓圖進行軟件計算，以修改天線長度及匹配元件參數(shù)值,，最終使天線網(wǎng)絡(luò)的阻抗,、頻率,、帶寬、駐波比,，達到最優(yōu)化,。

　　為了方便測量，可將一特性阻抗為50 Ω的同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體焊接在與天線饋電點相連的50 Ω微帶線上,，而將外導(dǎo)體就近接在藍牙模塊的地上,，同時在同軸電纜的另一端焊SMA接頭并連到Agilent網(wǎng)絡(luò)分析儀N3382A。這樣,，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的Smith圓圖可知,，經(jīng)過匹配網(wǎng)絡(luò)后的天線阻抗非常接近50 Ω?；?fù)p10 dB時的帶寬約為90 MHz,，可完全覆蓋藍牙所工作的ISM頻段(2.400～2.483 GHz)，且其駐波比小于2,，可以滿足藍牙無線電技術(shù)的要求,。圖4所示是倒F型藍牙天線的測試結(jié)果圖。圖5給出了其天線匹配網(wǎng)絡(luò)的連接示意圖,。

　　
倒F型藍牙天線的測試結(jié)果圖

　　
天線匹配網(wǎng)絡(luò)的連接示意圖

　　3 結(jié)束語

　　采用本文方法設(shè)計的藍牙倒F型天線結(jié)構(gòu)緊湊,、高效，便于生產(chǎn),，價格低廉,，在藍牙協(xié)議規(guī)定的2.402~2.480GH工作頻段內(nèi)，完全可以滿足藍牙天線的帶寬要求,。同時,，該天線設(shè)計靈活，加工容易,，并可和射頻芯片組成獨立的射頻收發(fā)裝置,，非常適合于短距離的無線通信系統(tǒng)使用。