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。
基本介紹
- 中文名：藍牙天線
種類,選用,傳輸模式,
種類
由於目前技術尚無法將天線整 合至半導體製程的晶片中，故在藍牙模組里除了核心的系統晶片外，天線是另一具有影響藍牙模組傳輸特性的關鍵性組件。在各種不同的藍牙套用產品中，所使用的 天線設計方法與製作材質也不盡相同。選用適當的天線除了有助於搭配產品的外型以及提升藍牙模組的傳輸特性外，還可以更進一步降低整個藍牙模組的成本。
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，而與藍牙模組之射頻前端電路所外接的轉接頭相互連線。另外一種 天線外接方式是使用可旋轉式轉接頭，這種方式的優點在於天線可以依照使用需求做任意角度的旋動並藉以提高傳輸效果，但是其缺點在於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，偶極天線亦可以套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，並有助於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 低對模組中接地金屬面的敏感度，所以非常適合用在藍牙模組裝置中。另一方面，由於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， 故其製作成本低，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，若以金屬片狀製作則可設計為 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於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後再將天線的金屬部份印在陶瓷塊的表面上；後者則採用低溫共燒(Low Temperature Cofired)的方式將多層陶瓷迭壓對位後再以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，並能達到隱藏天線設計布局的目的。 由於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組使用。除此之外，當藍牙模組必須利用 LTCC的技術來將模組體積降到最小時，LTCC藍牙天線可以輕易的與藍牙模組整合在 LTCC的多層陶瓷介質中，將是小型化藍牙模組的最佳選擇。
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
設計將會有助於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繫；在天線增益方面，由於藍牙
使用的 ISM頻段其操作波長短，對於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、房間牆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於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範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，對於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。再從產品套用的角度來看，由於天線對於周邊接地金屬面(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禁止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，目前裝置藍牙模組的 方式有兩種：以PCMCIA卡外接方式而言，由於筆記型計算機內的主機板上覆蓋有禁止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，將藍牙天線置放於 LCD螢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。
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連結的多種傳輸模式。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繫，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。由於接取裝置 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範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。至於其它的藍牙裝置仍是以 全向性的天線最能符合其需求。
