LoRa硬件是一种基于Semtech公司开发的低功耗广域网（LPWAN）技术的无线通信模块，核心采用SX1268等射频芯片设计，支持LoRa调制和传统FSK模式，具备超低功耗（如接收电流仅4.6 mA）、远距离传输（最大发射功率+22 dBm）和高灵敏度（低至-148 dBm）等特性。其典型硬件形态为小型SMD封装模块（如17×16 mm），集成SPI接口、IPEX天线座或外接天线引脚，适用于智能农业、智慧城市、工业物联网等场景的传感器网络部署，以下是关于LoRa硬件电路设计要点的系统性总结：
一、LoRa硬件电源电路设计要点
1. 电压范围与选型
模块供电范围通常为 2.1V–5.5V(如JX-660系列)，但不同功率型号要求各异：
标准功率模块(如JX-660/660S/660T)需 ≥3.3V 稳定电压，低于3V时射频功率下降 。
高功率模块(如2W型号)需严格 5–5.5V 输入 。
建议采用 LDO（低压差线性稳压器） 或 DC-DC转换器：
输入/输出电压差小时选LDO(如3.3V系统);压差大时用开关电源以提升效率 。
2. 纹波与稳定性控制
纹波系数需 <50mV，避免影响射频性能 。
采用 低ESR电容组合：
100μF电解电容(ESR≤0.7Ω)抑制电压跌落 。
并联MLCC电容(100nF、10pF、33pF)靠近VBAT引脚滤除高频噪声 。
3. PCB布线规范
VBAT走线宽度≥18mil，长度增加时需加宽 。
电源路径尽量短，避免穿越敏感电路区域(如放大器)，防止自激干扰 。
二、射频前端电路设计
1. 阻抗匹配网络
预留 π型匹配电路(含电感/电容)，校正天线阻抗至50Ω 。
匹配元件(如R1、C1、C2)需 紧邻天线引脚 布局，减少路径损耗 。
2. 射频走线规则
微带线阻抗严格控制在 50Ω，通过线宽(W)、介电常数(εr)、参考层高度(H)调整 。
FR4板材中，线宽≈2.2倍微带线至参考层距离时阻抗最佳 。
射频线避免直角转弯，采用 弧线或45°斜角 减少辐射损耗 。
3. 滤波器与隔离设计
添加 带通滤波器 抑制带外干扰，提升信号纯净度 。
射频区域 禁止底层走线，并远离高频干扰源(如变压器) 。
三、天线系统设计
1. 阻抗匹配与辐射效率
天线阻抗需匹配 50Ω，通过π型电路调谐 。
辐射效率 ≥60%，避免结构设计导致效率下降 。
2. 布局与安装规范
天线垂直安装，最强辐射方向对准接收端 。
板载天线需 双面净空，周围铺地距离≥λ/4(λ为波长)，防止能量吸收 。
远离金属物体(如外壳)，金属遮挡可导致传输距离下降50%以上 。
3. 增益选择策略
城市复杂环境选 高增益天线(如5–8dBi)增强穿透力;郊区可选用全向天线(2–3dBi)平衡覆盖 。
增益过高可能引入方向性限制，需权衡应用场景 。
四、抗干扰与接地设计
1. 接地策略
单点接地：模拟/数字地分离，最终单点连接 。
屏蔽层仅限 信号源端接地，放大器端悬浮，避免地环路干扰 。
2. 屏蔽措施
金属屏蔽罩覆盖射频电路(如PA模块)，材料选铜/铝合金，接缝焊接确保连续性 。
敏感信号线采用 双绞线+屏蔽层，抑制电磁耦合 。
3. 干扰规避技术
跳频（FHSS） 和 前向纠错（FEC） 增强抗同频干扰能力 。
电源入口并联 三级滤波电容(10μF+0.1μF+100pF)滤除全频段噪声 。
五、典型电路设计参考
1. 数据采集节点
微控制器通过UART/SPI连接LoRa模块(如AQR212EHA)，VBAT路径串联10Ω电阻限流，并添加TVS管防浪涌。
2. 高可靠性网关
采用金属外壳(IP30防护)，RS232/485隔离接口，DC12V宽压输入(6–35V)，内置看门狗和反接保护 。
3. 太阳能供电方案
Adafruit M0 LoRa板搭配太阳能充电管理，适用于野外信标，每5分钟发送传感器数据。
六、设计验证清单
| 项目 | 达标要求 | 验证方法 |
|---|---|---|
| 电源纹波 | <50mV @峰值电流 | 示波器测量VBAT引脚 |
| 射频阻抗 | 50Ω±5% (1–3GHz) | 矢量网络分析仪（VNA） |
| 天线驻波比（VSWR） | <1.5 | 天线分析仪 |
| 屏蔽效能 | >30dB（1GHz频点） | 电磁兼容（EMC）测试 |
提示：实际设计需以模块型号手册为准(如JX-660系列要求突发电流预留2倍余量 )，并优先参考厂商参考设计(如捷讯易联的π型匹配电路 )。
通过上述多维度设计，可平衡LoRa的长距离、低功耗特性与硬件可靠性，适应复杂物联网应用场景。
