蓝牙RF硬件设计与调试V1.1-20250219

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蓝牙RF硬件设计与调试 V1.1
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1. 射频的基础知识

1.1 RF概述

RF是Radio Frequency的缩写，即射频，表示可以辐射到空间的高频交流变化电磁波，频率范围从300kHz～300GHz之间。电磁波其实就是比较熟悉的概念了。依据麦克斯韦的电磁场理论:振荡的电场产生振荡的磁场，振荡的磁场产生振荡的电场。电磁场在空间内不断向外传播，形成了电磁波。下图可以大致体现体现这个过程，E代表电场，B代表磁场。在轴上同一位置的电场、磁场相位只和幅度均会随着时间发生变化。

1.2 RF应用

射频技术在通信、广播、雷达、医疗、工业等领域有广泛应用，生活中常见的主要应用领域有：

1.3 RF特性

1.3.1 频率

射频频率是指可以辐射到空间的电磁频率，不同的频率有不同的传播特性和用途，如低频传输距离短但绕射能力强，高配传输距离长但绕射能力弱。常见的范围划分：

1. 极低频（ELF）：3Hz - 30Hz，主要用于一些特殊的通信场景，如与潜艇的通信等。
2. 超低频（SLF）：30Hz - 300Hz，同样在一些特殊领域有应用，例如地质勘探等。
3. 特低频（ULF）：300Hz - 3kHz，在地球物理研究等方面有一定用途。
4. 甚低频（VLF）：3kHz - 30kHz，可用于长距离通信、导航等，如一些导航系统会使用该频段。
5. 低频（LF）：30kHz - 300kHz，常用于广播、航海导航等。比如，一些国家的航空导航信标就工作在这个频段。
6. 中频（MF）：300kHz - 3MHz，最典型的应用是中波广播，在夜间信号可以传播较远的距离。
7. 高频（HF）：3MHz - 30MHz，通过电离层反射可以实现远距离通信，广泛应用于短波广播、业余无线电通信、军事通信等领域。
8. 甚高频（VHF）：30MHz - 300MHz，适用于视距通信，如电视广播、航空通信、陆地移动业务（如出租车调度通信）等。
9. 特高频（UHF）：300MHz - 3GHz，常用于移动通信（如 2G、3G、4G、5G 等蜂窝网络）、卫星通信、无线网络（Wi-Fi）、蓝牙等。
10. 超高频（SHF）：3GHz - 30GHz，主要应用于雷达、卫星通信、毫米波通信等。例如，一些气象雷达、军用雷达工作在这个频段。
11. 极高频（EHF）：30GHz - 300GHz，在卫星通信、高速数据传输等方面有重要应用，但由于传播损耗较大，对设备要求较高。

蓝牙射频是指蓝牙设备用于发送和接收无线信号的射频部分，蓝牙使用 2.4GHz 的 ISM（工业、科学和医疗）频段来进行通信，具体范围是 2400-2483.5MHz。经典蓝牙（BR/EDR）有 79 个信道，信道索引为 0-78，信道间隔 1MHz，起始于 2402MHz。低功耗蓝牙（BLE）有 40 个信道，信道索引 0-39，信道间隔 2MHz，起始于 2402MHz，其中 37、38、39 为专用的广播信道。

1.3.2 功率

射频功率（RF Power）是指射频信号在单位时间内传输的能量，单位通常为瓦特（W）、毫瓦（mW）等。在实际应用中，也常使用分贝毫瓦（dBm）来表示射频功率。
dBm用于表达功率的绝对值，计算公式为：10lg(P功率值/1mW)
例如：发射功率为1mW，则按dBm单位换算后为：10lg(1mW/1mW)=0dBm；发射功率为2mW，则按dBm单位换算后为：10lg(1mW/1mW)=3dBm。

1.3.3 带宽

在射频通信系统中，射频带宽是指发射或接收的射频信号在频谱上所覆盖的频率宽度。从频域角度看，它是信号功率谱密度下降到一定程度（通常是相对于峰值功率下降 3dB）时所对应的频率范围。比如，一个射频信号的中心频率为 2.4GHz，其带宽为 20MHz，这意味着该信号在 2.39GHz 到 2.41GHz 的频率范围内包含了大部分的信号能量。

蓝牙带宽会因蓝牙技术的版本以及工作模式不同而有所差异，以下是不同蓝牙版本的带宽情况：

• 蓝牙 1.0-2.0 经典蓝牙：带宽为 1Mbps，采用高斯频移键控（GFSK）调制方式，一个符号对应 1bit 数据。
• 蓝牙 2.1 经典蓝牙：增加了增强数据速率（EDR）技术，带宽可提升至 3Mbps，采用了差分四相相移键控（DQPSK）和 8DPSK 调制方式，每个符号可以携带 2bit 或 3bit 数据。
• 蓝牙 3.0 经典蓝牙：理论上通过高速（HS）模式可支持 24Mbps 带宽，但实际应用中一般为 3Mbps。
• 蓝牙 4.0-4.2 经典蓝牙：经典蓝牙部分仍保持 3Mbps 带宽。
  低功耗蓝牙（BLE）：最大数据传输速率为 1Mbps。
• 蓝牙 5.0-5.4 经典蓝牙：经典蓝牙的基本速率 / 增强数据速率（BR/EDR）部分为 3Mbps。
  低功耗蓝牙（BLE）：引入了 2Mbps PHY，支持更高的数据传输速率。此外，BLE 5.0 还新增了 Coded PHY，在 S=2 时，数据率为 500Kbps；在 S=8 时，数据率为 125Kbps。

1.4 RF调制

1.4.1 基本概念

射频调制就是把要传输的低频信号（如音频信号、视频信号或数字信号等）通过特定的方法 “附加” 到高频的射频载波信号上，使射频信号的某些参数（如幅度、频率、相位等）随着低频信号的变化而变化。这样，携带了信息的射频信号就可以通过天线等设备进行发射，在空间中传播。在接收端，通过解调过程可以将原始的低频信号从射频信号中还原出来。

1.4.2 调制方式

调制又分为模拟调制和数字调制，下面分别介绍。
模拟调制：模拟调制包括发送带有模拟载波的模拟数字信号，最简单的模拟调制包括调幅(幅度)，调频(频率)，调相(相位)。
数字调制指用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制。最基本的调制方式包括:振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)、移相键控(PSK)
· 幅度调制（AM）：使射频载波的幅度随着调制信号的变化而变化，而频率和相位保持不变。例如在调幅广播中，声音信号作为调制信号，改变射频载波的幅度，接收端通过检波等方式可以恢复出声音信号。

· 频率调制（FM）：让射频载波的频率随着调制信号的瞬时值变化而变化，幅度保持恒定。FM 广播就是利用频率调制技术，它抗干扰能力较强，音质相对较好。
· 相位调制（PM）：射频载波的相位随着调制信号的变化而变化。在数字通信中，常采用相移键控（PSK）这种基于相位调制的技术，如二进制相移键控（BPSK）、四相相移键控（QPSK）等，通过不同的相位状态来表示数字信号 “0” 和 “1”。
· 振幅键控(ASK)：ASK用数字调制信号控制，可以通过改变幅度本身，也可以通过简单地关闭、打开信号形成能量脉冲
· 频率键控(FSK)：FSK用二进制数据调制载波的频率，形成具有明显变化的频率来表示数据位。
· 移相键控(PSK)：PSK用数字调制信号的正负控制载波相位，如，数字信号的振幅为正时，载波起始相位取180°，为负时，相位取0°。

蓝牙技术中的调制是将蓝牙设备中的数字信号转换为适合在无线信道中传输的模拟信号的过程，主要采用高斯频移键控（GFSK）调制，在增强数据速率（EDR）技术中还会用到 π/4-DQPSK 和 8DPSK 调制，以下是具体介绍：

• GFSK 调制 ☐原理：GFSK 是频移键控（FSK）的改进版。在数据传输时，“0” 和 “1” 的二进制数值对应不同的频率偏移。在标准蓝牙通信中，发送频率在基准频率附近振荡，“0” 对应一个负频移，“1” 对应一个正频移。并且通过高斯滤波器对基带信号进行滤波处理，使信号变化平滑化，进而降低旁瓣功率，减少对其他频段的干扰。
  ☐参数：蓝牙标准中，GFSK 的码元速率通常为 1Mbps，时延带宽积 BT 为 0.5，调制指数在 0.28-0.35 之间，其峰值频率偏移在 140kHz 到 175kHz 之间。
  ☐优势：通过引入高斯滤波器使边带更加平滑，减少了邻道干扰，从而优化了频谱效率和信号的识别能力，特别适合蓝牙这样的窄带系统。
• π/4-DQPSK 和 8DPSK 调制：在蓝牙的增强数据速率（EDR）技术中，采用了 π/4-DQPSK（差分四相相移键控）和 8DPSK（八进制差分相移键控）调制方式。其中，2DH1、2DH3、2DH5 等包类型采用 π/4 - DQPSK 调制，3DH1、3DH3、3DH5 等包类型采用 8DPSK 调制，这些调制方式可以在相同的带宽下实现更高的数据传输速率，提升了蓝牙的数据传输能力。

1.5 RF传输

射频传输方式主要分为有线传输和无线传输两大类。

1.5.1 无线传输

• 导线传输：利用导体（常见为铜）作为传输介质来传递电能、电信号或数据信息的方式。
• 同轴电缆：由内部的中心导体、绝缘层、第二个屏蔽层和外层导体组成。中心导体用于传输射频信号的电流，绝缘层将中心导体与外层屏蔽层隔开，减少信号干扰，外层屏蔽层能有效防止外界电磁干扰进入电缆内部，同时也防止电缆内的信号向外泄漏，可高效地传输射频信号，常用于有线电视系统、射频测试系统等。
• 双绞线：由两根相互绝缘的导线绞合而成，可传输射频信号。两根导线绞合的方式能减少电磁干扰，在一些对成本敏感、传输距离较短且对射频信号传输质量要求不是极高的场景，如某些局域网的短距离射频通信中会被使用。
• 光纤传输：利用光载射频（ROF）技术将射频信号转换为光信号，再通过光纤进行传输。光纤具有带宽大、损耗低、抗电磁干扰能力强等优点，适合长距离、高速率的射频信号传输，常用于通信干线、大型园区的射频信号传输等，如 5G 基站前传网络中，有时会采用 ROF 技术通过光纤传输射频信号。

1.5.2 无线传输

• 空气传输：是最常见的无线射频传输方式。射频信号通过天线发射到空气中，形成电磁波，在接收端再通过天线接收并转换为电信号。
• 散射传输：利用对流层、电离层等对射频信号的散射作用来实现信号传输。当射频信号射向这些区域时，会被散射到不同的方向，其中一部分信号能够到达接收端。这种传输方式适合用于远距离、跨区域的通信，如军事通信中的一些超视距通信，有时会利用电离层散射来实现。
• 多径传播：利用地面、建筑物、山体等物体对射频信号的反射来改变信号的传播方向，从而实现信号传输。在城市环境中，建筑物较多，射频信号会在建筑物之间不断反射，形成复杂的传播路径，以实现信号在不同位置的接收，这种现象叫做多径传播。如室内的无线通信，信号可能会通过墙壁等物体的反射，到达房间内的各个角落，不同的障碍物对电磁波的吸收能力不同，所以对电磁波的反射能力也有所不同电。

2. 蓝牙RF硬件设计流程

2.1 芯片选型

不同系列蓝牙芯片的发射功率和接受灵敏度有一定差异，可以参考对应芯片的规格书来进行选择。

2.2天线选型

天线作用：辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换成电磁波；接收时，把电磁波转换成高频电流
工作性质：发射天线和接收天线（通常发射和接收是同一个天线）；
结构及材质： FPC天线，LDS天线，板载天线，同轴线天线，陶瓷天线；
耳机音响常用天线及其优缺点：

2.3电路设计

PCB主板RF布线注意点

1. RF的布线时，转弯处运用圆弧处理，做好铺地隔离和保证特性阻抗50欧。
2. 保证RF信号走线路径最短，减少能量损失。RF 布线越长，损耗越大，在RF布线时，路径越短越好，且RF布线上，不建议有分支
3. 天线处需要净空，不能铺铜，且不同类型的天线有不同的净空要求。
4. RF天线必须放置在板边，严禁被 GND包裹，天线周围最好不要放置金属结构或元器件。
5. DCDC功率电感尽量选择绕线电感，绕线电感的性能优于叠层电感；
6. SW网络走线和DCVDD网络走线线宽有要求，尽量做到0.3mm宽，如有过孔，尽量将过孔做大（比一般的地孔大），或者打2个过孔；
7. SW网络走线和DCVDD网络走线，尽量走短，功率电感和DCVDD电容靠主控摆放；
8. 参考公版原理图设计，DCVDD网络的106电容（下图所示C10）的地应尽快短且大面积回到主控衬底GND处。不同系列的芯片，画法会有所不同。

2.4 结构布局

结构设计及器件布局注意事项

1. 内置天线对其附近的介质比较敏感，外壳的设计和天线性能有密切关系。

2. 外壳的表面喷涂材料尽量不含有金属成分，壳体靠近天线的周围尽量不要设计任何金属装饰件或电镀件。

3. 若有需要金属质感，应采用非金属工艺实现。

4. 按键FPC，主副板FPC，Touch FPC，喇叭线，电池线以及其它电子连接线尽量远离天线区域。

5. 为天线预留合适的环境，主板无净空的TWS耳机，主板到天线高度大于3MM，如有净空可适当减小高度。

6. 人体会对RF信号有衰减，天线设计时要把天线设计在尽量远离人体的地方，以减小衰减。

7. 部分项目需左右耳分板设计，避免共板时出现一边耳机的天线被耳廓包住。

8. 音响方案应注意天线辐射方向前方不能有很强的干扰源或者大的金属物体。

9. 两个或多个蓝牙芯片在同一个板上时，要考虑辐射干扰，要将芯片和天线之间的间距拉大，两个蓝牙天线尽量错开朝不同的方向辐射信号。

10. 蓝牙RF距离调试流程

3.1 RF距离调试流程

3.2 RF距离调试步骤

3.2.1 馈线传导测试

馈线传导测试的目的是评估PCB板layout是否满足射频要求，通过射频电缆线，有线的方式连接到测试仪器，用来测试不带天线，测试芯片输出端RF性能。接线测试方法如下：
测试时，主要关注Tx发射功率、Rx接收灵敏度、频偏、DEVM等参数。如下图为功率测试结果：
①平均功率值②频偏③20dB带宽④ACP自动功率控制⑤可以单独选择想要浏览的参数的详细数据；

3.2.2天线无源测试

天线无源测试的目的是评估天线选型和设计是否满足射频要求，具体有：

1．从天线的辐射性能进行判定，一般是测试天线的辐射效率；

1．侧重从耳机天线的增益、方向图等天线的辐射参数方面考察其辐射性能；

3.2.3 有源OTA测试

天线有缘测试的目的是评估整机无线性能是否达到要求。在特定微波暗室内，测试设备的辐射功率和接收灵敏度，称为有源测试。整机在三维空间各个方向的发射功率和接收灵敏度，更能直接地反映耳机整机的辐射性能。
可以使用综测仪、暗室等仪器设备进行测试，小型暗室如下图所示：
其中常用的测试项有辐射性能发射参数(TRP)、辐射性能接收参数（TIS）、天线辐射效率测试。
使用暗室进行OTA数据测试，可以作为调试效果的参考，利于我们直观的了解调试的效果。但是要注意的是，OTA测试数据只是作为我们进行对比测试的一项参考，具体的效果还是以使用效果为准。

3.3 阻抗匹配

3.3.1阻抗匹配的目的

阻抗匹配的目的是为了减少信号反射，提高信号传输效率，使得发射信号能够最大限度地通过天线辐射出去，也能让天线接收到的信号能够有效的传输到接收机中。如果传输线的特征阻抗和负载阻抗不匹配，到导致信号反射，反射波与入射波叠加，可能会形成驻波，使信号出现失真和功率损耗。

3.3.2阻抗匹配值

在射频系统中，50Ω阻抗已经成为行业标准，能够实现最大功率传输并减少信号反射。究其原因，主要有几方面原因：
①历史原因：50Ω标准起源于早期的同轴电缆设计。早期的同轴电缆等传输线经过试验验证得知：
较高的阻抗值（如75Ω）：会降低电流，从而会减小传输功率（信号的传输功率低）
较低的阻抗值（如30Ω）：会增加电流，电流大会导致更高的导体损耗（信号损耗大）
所以工程师在功率传输能力和信号损耗之间选一个最佳的折中点：50Ω，既能保证足够高的功率传输效 率，又能将信号损耗控制在可接受范围内的理想值。
②行业标准：随着早期50Ω阻抗的应用，大多数射频设备、测试仪器和连接器都设计为50Ω系统，偏于互操作性和标准化。
备注：虽然50Ω是射频系统的主流标准，但是在某些特殊应用场景中也会使用其他阻抗值：
比如：在视频和有线电视系统中，更加注重信号的电压传输而非功率传输，所以用选用75Ω 的阻抗标准。

3.3.3阻抗匹配调试方法

通常采用的改变阻抗力，即将电容、电感串并联起来，来实现增加或减少负载的阻抗值和调整负载的相位。通常使用网络分析仪来进行阻抗匹配调试，网络分析仪上的史密斯圆图、回波损耗、驻波比等波形便于我们理解和调试。
①上感下容（使用电感元件使目标点往上半圆移动，使用电容元件使目标点往下半圆移动）；
②左并右串（并联元件目标点往左图导纳圆图的等电导线移动，串联元件目标点往右图阻抗圆图的等电阻线移动）；
③天线物料应使用高频（2.4GHZ）物料。普通物料在高频线路中产生的阻抗是未知的，无法保证一致性；
④天线物料使用的范围需要注意，并过大的电容（5PF以上）、串并过大的电感（10NH以上），会衰减RF的辐射功率，同时匹配参数呈现出过大的容性和感性也不利于信号的传输；
⑤天线物料对精度要求较高，精度高则能保证一致性。所以在采购天线物料时，应注意天线物料的精度，尽量采购精度高、一致性好的物料。
*天线物料推荐使用村田品牌的！！！

4. 蓝牙RF距离优化分析流程 蓝牙距离分析流程
   问题样机排查流程

4.1问题复现问题复现

按客户场景/需求，复现距离问题（以便评估是否从硬件/软件/ic层面处理）
常见的距离问题如下：

其中蓝牙播歌直线距离差，最具有代表性。
因此，下文主要针对此场景，进行分析讲解，其他距离问题也可依此排查分析。

4.2问题排查

参考金机（或相似机型），从主控端、天线端、整机端逐步排查和优化

4.2.1主控端测试及异常问题排查

测试传导性能，验证裸板蓝牙指标频偏、TX（PWR、DEVM、Modulation Characteristics)、RX(SEN)和CI等是否异常 。
测试方法：
详见“4010A蓝牙指标性能测试步骤”、“C-I 测试操作说明”等仪器测试文档。
若金机无法进入蓝牙DUT模式，可通过频谱仪获取主控端RF传导输出功率数据，参考如下：
样机断开天线，主控端RF脚焊接馈线，接入频谱仪测试，手机连接DUT播放音乐，获 取RF传导功率（峰值）数据。注意：手机离样机的距离要足够远（比如1米以上），以保证蓝牙最大功率调节输出。

是德科技N9020B（传导功率）
测试目标：
传导性能表现，接近金机数据（或芯片规格书数据），注意：对比测试需控制变量，确保EUT程序、测试设备等相同。
主控端传导性能异常优化：
传导指标异常时，可根据异常项类型（如ICFT/DEVM/Modulation Characteristics/PWR/SEN），评估异常来源。
注意：传导测试前，应确保样机频偏±10KHz以内（测试盒频偏在50KHz内，可借助测试盒校准。当频偏过大时，建议用软件调节晶振脚的可调电容或硬件调整外部预留的负载电容方式，校准频偏至合适范围）。

4.2.2天线端测试及异常问题排查

测试天线无源性能：验证整机天线匹配及天线无源辐射是否合理。
注意：整机测试时，注意模拟使用场景（如整机佩戴或手持测试）
测试方法：
1、网分测试：详见“N9915A 网分阻抗匹配基本操作步骤”等仪器测试文档。
2、暗室测试：详见“暗室蓝牙辐射测试步骤”等仪器测试文档。
测试目标：

1. 网分测试：天线匹配至对应蓝牙通信频率（2.3G/2.4G/2.5G），要求模拟使用场景（如佩戴/手持），高中低频点S11小于-10dB，阻抗接近50Ω。
2. 暗室测试：理想情况下，整机匹配后，天线无源辐射高中低频点： 小尺寸产品如耳机、领夹麦等：自由空间效率要求达30%以上，带人模空间测试效率要求达8%以上；
   大尺寸产品如音箱、话筒等：自由空间效率要求达40%以上，带人模空间测试效率要求达30%以上。
   实际测试，建议与金机（或相似机型）对比！
   部分性能好的机型，天线效率标准定义如下，供参考：
   参考1：某2.5dB外置棒状天线，无源自由空间效率达60%以上
   参数2：某杆状陶瓷天线，整机无源自由空间效率达25%以上
   参考3：某豆状陶瓷天线，整机无源自由空间效率达20%以上
   参考4：某板载倒F天线，整机无源自由空间效率达50%以上

部分机型参考
天线端性能异常优化：
天线端性能异常，可从天线匹配/天线设计/结构、装配优化层面，评估整改，力求性能达标（或超越金机水平）。
网分仪测试S11、阻抗不匹配、辐射效率低、方向性差，优化方向：
1、复测/重新调试整机匹配，排除匹配过程引入的误差，如物料差异（选择高Q值射频专用物料）、装配差 异等，力求天线无源S11及阻抗达标（或超越金机水平），注意：匹配频率需同实际的通信频段对应（2.3G/2.4G/2.5G）。阻抗匹配主要有以下4种：

1. 主控端和天线端阻抗分别调试：即主控端阻抗调到50欧，天线端阻抗调到50欧; 2）固定主控端阻抗，调天线端阻抗共轭匹配到主控端;
   3）天线端阻抗调到50欧（默认主控端阻抗内部巴伦尽量调至50欧）;
   4）固定天线端阻抗，调主控端阻抗共轭匹配到与天线端;
   阻抗匹配（共轭接法）
   其中，理论上方式1、方式2阻抗匹配效果最佳，但基于调试效率考虑，常规选择方式3调试。当常规匹配无明显效果时，尝试共轭匹配方式。
   2、检查PCB设计是否合理，净空区是否按要求设计，铺地是否完整，微带线是否按50欧阻抗设计，天线布局是否远离人体接触面。
   3、天线是否为标准2.4G天线，天线效率理论上“单极>双极>Loop”，但是单极天线容易受周围材料影响，从而改变天线特性。 因此，必须 根据天线空间和产品外观，选择合适的天线：
   小尺寸的产品，优选顺序为：“FPC->陶瓷->板载” (原理上：单极->双极->Loop)；
   大尺寸的产品（长边≧4CM），直接设计板载天线（原理上：单极->双极），板载天线类型有“倒 F、蛇形、I 型等”，考虑稳定性，首选倒 F 型。
   最终效果，根据实际产品调试不断调整。
   4、进一步地，重新设计天线，借助HFSS等仿真工具，仿真回波损耗更小、效率更高、方向性更好的天线。必要时，可联系天线厂商专业设计，力求天线无源S11及辐射效率达标（或超越金机水平）。
   5、最后，从产品结构源头调整，力求天线性能最大化发挥。比如，电池改小、焊接线调整位置或改短、天线远离周边金属介质离等。这往往会比调匹配得到更大的收益，但必须考虑客户端是否支持结构整改生产。

4.2.3整机端测试及异常问题排查

测试整机有源辐射+距离表现，验证整机性能是否达标。
测试方法：
1、暗室测试：详见“暗室蓝牙辐射测试步骤”“私有暗室辐射测试”等仪器测试文档。
2、距离测试：按客户或公司定义的拉距测试标准测试，测试用例可参考“蓝牙距离跟踪表-距离测试”，要求尽可能与辐射数据表现对应，否则有可能需要软件策略层面进行优化！
测试目标：
1、暗室测试：理想情况下，整机自由场辐射/带人模辐射，与传导指标差距不能过大（比如允许TRP小3~6dBm，TIS小6~10dBm)。实际测试，建议与金机（或相似机型）对比！
以AC700N芯片为例，部分距离好的机型，参考如下：
传导指标（输出功率：6~7dBm；2DH5灵敏度：-92dBm~-94dBm）
自由场辐射（TRP：~0dBm以上；TIS：-80~85dBm以上）
带人模辐射（TIS：-76~-85dBm以上）
2、距离测试：在标准测试用例情况下，达到客户要求或金机水平。
整机端性能异常优化：

1. DCDC模式比LDO模式差： 1）换芯片，排除芯片差异导致；
   2）换10uH电感；
   3）换成4.7uH各类绕线/叠层/屏蔽电感等尝试；
   4）改板尝试：电感优先考虑放电池另一面，且最大距离远离金属体（喇叭、磁铁、电池等）、改用 4 层板。
2. 整机辐射比裸板差： 1）预计结构干扰，逐一结构拆解，排查电池、喇叭、磁铁、触摸铜柱/铜箔等再装机验证。
   2）针对影响因素做针对性优化，如PCB天线远离电池、喇叭、磁铁、触摸铜柱/铜箔，减小电池尺寸、触摸铜箔尺寸，再从结构上寻找突破口。

4.3案列分析

4.3.1结构限制导致距离短

1. 问题描述：某无线话筒使用外挂FPC天线，测试距离短，整机测试无源效率只有15%。 整改原理说明：重调匹配后效率达到20%，尝试更换其他款FPC天线验证调试，无源效率基本都只能在20%左右，将天线引出到模具外，天线效率能达到60%，实测距离也只有明显提升。可以确认为结构上设计不合理，如下图左边，天线的辐射空间被电池遮挡，且该款样机天线位于手持的位置。无线话筒结构设计时可参考右边样机设计，将天线放置于末端，无源效率能达到60%。
   

某无线话筒结构样机
2. 问题描述：某入耳式耳机，反馈距离差。 整改原理说明：天线下方为大电池体，辐射性能差，改为更小更薄的电池体后，性能有提升。
电池体调整处理
总结：整机辐射性能差，首先确保天线设计合理，然后针对天线通信频段调试阻抗匹配，最后从结构、装配上寻找优化方向。必须保留足够净空区，当天线下方有电池等金属体介质时，天线辐射性能会受到衰减。因 此，改小/改薄电池，以及拉大电池与天线的距离，是有利于天线性能最大化发挥的。
总结：产品结构设计时，要结合天线效益综合考虑，确保天线有足够且独立的辐射空间，尽可能避开使用时人体对天线的遮挡，同时电池、金属器件等要远离天线。

4.3.2PCBA馈线指标差

1、问题描述：某无线话筒，DUT测试灵敏度比DEMO板（金机）差3~6dB以及调制特性差，是由于DCDC电路设计不规范。
整改原理说明：部分方案，对DCDC设计有特殊要求，而客户未按 “标准原理图”“硬件设计指南”等对应布局走线要求设计，导致指标异常。按要求（VBAT退耦电容地，单独分地回流到PGND，PGND不就近短接到芯片衬底GND，PGND在VBAT退耦电容附近打过孔到背面与GND短接）整改后，灵敏度已接近DEMO板。
PGND单独分地处理
2、问题描述：某无线话筒，调制特性比DEMO（金机）差，灵敏度出现低频点比高频点差3-4dB，是由于晶振地干扰到RF。
整改原理说明：部分方案，对晶振部分设计有特殊要求，而客户未按 “标准原理图”“硬件设计指南”等对应布局走线要求设计，导致指标异常。按要求（晶振远离RF走线，地单独分地同时晶振要对自身做到包地，再打过孔到背面与GND短接）整改后，调制特性已接近DEMO板，同时晶振两边预留对地电容，部分方案可以通过并小电容改善馈线指标。
晶振地处理
总结：针对馈线指标灵敏度、DVEM、调制特性差问题，首先需要排查硬件有没有严格按照标准原理图设计和地的完整性，然后通过对比LDO模式和DCDC模式，排查两者之间馈线指标上是否存在明显，再排查晶振的影响，如晶振离RF的远近、晶振地是否有做处理等。

4.3.3天线设计不合理距离短问题

1、问题描述：某无线话筒，反馈距离差，测试馈线指标无明显异常，客户PCBA未做阻抗匹配。
整改原理说明：
1）根据软件通信频段，重新调整匹配后，天线无源辐射效率有10%左右提升到50%。
2）进一步，重新根据客户板框，借助HFSS仿真，改版后，天线无源辐射效率提升到70%，实测距离从原先的14m改善到24m，提升较明显。

优化天线前后PCB
总结：部分客户生产的样机不会做天线阻抗匹配调试，或者没按照实际工作频段去调试，所以要推动客户去落实这方面的工作，能解决大部分距离问题。若调试好匹配好天线效率偏低，可考虑优化天线，对于大尺寸PCB如音箱、话筒方案，从仿真和实际测试效果看，板载天线的净空区越大，天线的辐射场、增益和效率越好；对于小尺寸PCB如耳机，需严格按照使用的天线规格书去设计。

4.3.4耳机DCDC模式距离短

问题描述：某耳机DCDC模式距离测试、有源辐射数据均比LDO差，但馈线指标上又没有明显的差异。
整改原理说明：如下图机型，因电池线靠近电感和触摸顶针，导致整机DCDC模式距离和辐射数据均较LDO模式差，后续改板将电感放置背面、触摸顶针移到远离电池线位置后，测试DCDC模式和LDO模式性能基本对齐。
DCDC模式异常样机

总结：DCDC模式整机距离短、辐射数据差问题，主要是由于电感、电池线、触摸顶针、晶振、磁铁等因素综合导致的，这些敏感器件之间要尽可能相互远离，分析时可以针对各敏感器件进行排查，如更换其他类型电感、调整电感和触摸顶针的摆放位置、电池线双绞处理或者改用更粗的电源线等方式验证。

4.3.5双芯片方案（K歌音箱）距离短

问题描述：某K歌音箱既有蓝牙音箱芯片又有话筒芯片，独立工作时距离正常，二者同时工作时距离明显变短。
整改原理说明：这种产品形态距离短属于相互干扰的结果，主要从两个方面进行优化：1、错开两者的工作频段，将话筒移到2.3G或2.5G频段，减少对蓝牙音箱的干扰，同时优化软件策略；2、两颗芯片天线布局尽量增大两个天线之间的距离，要大于四分之一波长（3cm），建议成对角放置，天线方向优先垂直摆放，如下图所示。
双天线设计参考

5. 蓝牙距离测试用例

5.1 蓝牙距离调试履历表

5.2蓝牙距离调试跟踪表

6. FAQ

1.为什么用1/4波长的长度做蓝牙天线？

答：①实现阻抗匹配：根据传输线理论，四分之一波长传输线可以将负载阻抗变换为所需的输入阻抗（这是射频工程与微波技术中的一个重要原理），从而确保天线与蓝牙模块的射频前端电路之间达到较好的阻抗匹配，减少信号反射，提高信号传输效率，使发射机的能量能够最大限度地通过天线辐射出去，也能让天线接收到的信号有效地传输到接收机中。
意义：从物理过程上理解，当信号沿传输线传输到负载时，如果负载阻抗与传输线的特性阻抗不匹配，就会产生反射信号。对于四分之一波长传输线，其长度使得入射波和反射波在输入端的相位关系恰好满足一定条件，从而导致输入端呈现出的等效阻抗发生了变化，实现了从负载阻抗到输入阻抗的变换。
（传输线理论：研究电磁信号在传输线上的传输特性,包括：信号的传播、反射、阻抗匹配等。）
②利用地平面反射增强辐射：四分之一波长天线通常与地平面或反射面组合使用，地平面可作为天线的另一半，形成一个等效的半波长结构。地平面的反射能够增强天线的辐射效率，使天线在特定方向上的辐射能量更加集中，从而扩大信号的传输范围。
③实现较好的谐振效果：天线在特定频率下会发生谐振，当天线长度为四分之一操作波长时，在工作频率上能产生良好的谐振，使天线中的电流和电荷分布达到最佳状态，有利于将电信号高效地转换为电磁波信号进行发射，以及将接收到的电磁波信号转换为电信号，提高天线的发射和接收效率。
④尺寸紧凑适合小型化：蓝牙设备通常要求小型化和便携性，四分之一波长天线相比半波长或全波长天线，尺寸更为紧凑，占用空间小，便于集成到各种小型蓝牙设备中，如蓝牙耳机、蓝牙手表、蓝牙传感器等，满足设备对空间布局的严格要求。
⑤抑制谐波和杂散辐射：合适的天线长度可以减少谐波和杂散辐射的产生。四分之一波长的设计在蓝牙工作频率下，能够使天线的辐射特性更加集中在目标频段，有效地抑制其他非目标频率的辐射，降低对其他频段的干扰，提高蓝牙通信的稳定性和可靠性。

2.阻抗匹配调试过程中的S参数是什么意思？

①S参数，也就是散射参数
②S11：端口2匹配时，端口1的反射系数，也就是输入回波损耗
③S22：端口1匹配时，端口2的反射系数，也就是输出回波损耗
④S12：端口1匹配时，端口2到端口1的，反向传输系数
⑤S21：端口2匹配时，端口1到端口2的，正向传输系数

3.阻抗匹配调试过程中的S11，回波损耗，驻波比，反射系数的含义及关系？

S11：其他端口匹配时，端口1的输入反射系数
回波损耗(Return Loss):  入射功率/反射功率, 为dB数值。其值在0到无穷大之间，完全匹配的状态下，回波损耗为无穷大
驻波比(Voltage Standing Wave Ration): 波腹电压/波节电压。其值在1和无穷大之间，完全匹配的状态下，驻波比为1
反射系数(Г):  反射电压/入射电压
四者的关系：
S11=20lg(Г)
RL=-S11
VSWR=(1+Г)/(1-Г)
以上各参数的定义与测量都有一个前提，就是其它各端口都要匹配。这些参数的共同点：他们都是描述阻抗匹配好坏程度的参数。

5.哪些因素会影响TWS耳机的抗干扰效果？

1. 芯片及芯片软件算法，纠错，重传机制是决定抗干扰能力好坏的决定因素。
2. 延时高对抗干扰有帮助，如果可以更改手机软件，增加TTP（时延）可以改善抗干扰。TB016在深圳机场国内到达测试时，手机TTP为200ms时卡音很多，TTP改为300ms时，基本没有卡音，体验明显改善。
3. 增加手机蓝牙发射功率，打开HPM（高功率模式，增加手机蓝牙发射功率），对提升抗干扰能力，改善体验也有很大的帮助。 TB016在打开HPM时在深圳机场国内出发，耳机抗干扰能力更好。
4. 编码方式及码率对抗干扰的影响，抗干扰AAC好于SBC，APTX最差。同样编码方式，码率低的抗干扰好。
5. 对于TWS耳机，主耳机与手机相连，主耳机再与副耳机相连。经过测试发现，主耳机与手机放同侧口袋时抗干扰明显比主耳机与手机放异侧口袋好。经过调查很多人对手机的使用习惯，手机放右口袋的人明显比手机放左口袋的人多。所以在TWS模式下，为了增加抗干扰，改善耳机的体验，TWS耳机的主耳机应该设置为右耳机。
6. 天线选型及天线的性能对抗干扰也有一定影响。从耳机使用场景来看，抗干扰差时基本都是手机放口袋，耳机在人耳机上，比手机在口袋，所以耳机天线方向图下半球好的抗干扰能力会强点。
7. 测试时使用的手机对抗干扰也有影响，使用好的手机，耳机抗干扰会好点。
8. 在同一地点，同一时间，测试人不同，测试结果也是不同的。有些人测试是A耳机好于B耳机，也有可能有些人测试正好相反，所以测试时测试人员最好大于4个，增加测试结果的可靠性。
9. 测试场地不一样，结果也不一样。有可能地点1，A耳机好于B耳机，在地点2测试结果正好相反。

6.DCDC电感选型问题？

参考电感规格书，推荐优先选用直流内阻小于0.82，饱和电流在300mA以上的电感。

7. 【附录】天线测试参数一览表

天线测试参数一览表
类别	天线参数	名词解释	说明
网分测试 天线无源参数 （Passive）	史密斯圆 （Smith Chart）	主要用于传输线的阻抗匹配	天线匹配频点越靠近50欧姆点越佳
	回波损耗 （Return loss)	回波损耗是传输线端口的反射波功率与入射波功率之比， 以对数形式来表示，单位是dB，一般是负值，其绝对值可以称为反射损耗。	回波损耗的绝对值越大越好； 建议
	驻波比 （VSWR）	指驻波波腹电压与波节电压幅度之比，又称为驻波系数、驻波比。驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。	VSWR 越接近于1，匹配效果越好；建议VSWR≤2
暗室测试 天线无源参数 (Passive)	天线效率（Effeciency)	天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。是恒小于1的数值。	测试标准，视产品形态和客户需求而定
	天线增益 （Gain)	在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度,常用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力。常用单位dBi和dBd（dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子）
	方向性（Directivity)	在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的功率与理想无方向点源天线在同一点产生的功率的比值
	天线方向图（Radiation Pattern）	指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示，常用来衡量天线性能的各项参数性能
暗室测试 天线有源参数 (Active)	天线总辐射功率（TRP）	参照CTIA标准，在微波暗室中，用3D测试软件和3D量测系统对产品测量。通过对整个辐射球面的发射功率进行积分并取平均得到。它反映在整个辐射球面中，产品的发射功率情况，跟产品在传导情况下的发射功率和天线辐射性能有关。	TRP反映天线远场辐射性能，值越大越好
	天线总接收灵敏度（TIS）	参照CTIA标准，在微波暗室中，用3D测试软件和3D量测系统对产品测量。反映在整个辐射球面中，产品接收灵敏度指标的情况，跟产品的传导灵敏度和天线的辐射性能有关	TIS反映天线远场辐射性能，值越小越好
备注	1、辐射测试方法解析 目前主要有两种测试方法：一是从天线的辐射性能进行判定，是目前较为传统的天线测试方法，称为无源测试，侧重从天线的增益、效率、方向图等天线的辐射参数方面考察天线的辐射性能；二是在特定微波暗室内，测试产品的辐射功率和接收灵敏度，称为有源测试，侧重从产品整机的发射功率TRP和接收灵敏度TIS考察产品的辐射性能。 2、常见测试规范解析 1）CTIA的OTA测试规范(Test Plan for Mobile Station Over the Air Performance V2.2.2)：北美OTA标准 2）GCF的OTA测试规范(GCF CC V3.33最新规定)：Global Certification Forum全球认证论坛标准 3）3GPP/ETSI OTA antenna performance conformance testing(TS 34.114,TS25.144)：欧洲OTA标准 4）中国工信部在2008年强制执行的OTA进网规定(YDT14842006)：国內移动通信OTA标准 5）无源天线测试标准(Passive antenna test:IEEE149-1979): 美国电气和电子工程师协会