La comprensione del confronto tra antenna su chip e antenna su circuito stampato è importante nella scelta delle antenne per i progetti embedded. Il dispositivo elettronico ha bisogno di un’antenna per connettersi in radiofrequenza (RF). I tipici esempi di dispositivi RF nel mondo della produzione elettronica sono i walkie-talkie, i gadget Bluetooth e le comunicazioni satellitari. Le antenne sono l’ingrediente principale dei dispositivi RF e possono influenzarne significativamente le prestazioni. Prestazioni eccellenti, riduzione delle dimensioni e costi contenuti sono i requisiti principali delle moderne applicazioni RF.
Per quanto riguarda il confronto tra antenna a chip e antenna a circuito stampato, è utile considerare un’antenna a circuito stampato per ridurre al minimo il costo dell’intero dispositivo. D’altra parte, le antenne a chip ceramico offrono prestazioni generali efficienti in termini di miniaturizzazione e prestazioni. Questo articolo approfondisce il dibattito tra antenna a chip e antenna a circuito stampato. Discute i pro e i contro di ciascuna di esse e i requisiti di progettazione da considerare per scegliere l’antenna giusta da utilizzare nel proprio progetto.
1. Che cos’è un’antenna a chip ceramico?
Quando si confronta un’antenna a chip con un’antenna a circuito stampato, si dovrebbe riconoscere l’antenna a chip ceramico per le sue minori esigenze spaziali. Inoltre, è possibile inserirle facilmente nei circuiti stampati per generare frequenze elettromagnetiche ad alta frequenza. Tuttavia, hanno una portata RF limitata, che le rende ideali per i gadget di piccole dimensioni, come i router Wi-Fi e gli smartphone.In generale, le antenne chip producono e ricevono radiofrequenze proprio come le altre antenne. Solo che le loro dimensioni sono più ridotte rispetto a quelle delle antenne PCB. Tuttavia, le loro dimensioni ridotte consentono di montarle efficacemente all’interno dei prodotti elettronici. Inoltre, sono alternative più economiche quando non si vuole sacrificare la qualità del prodotto.
2. Che cos’è un’antenna a traccia per circuiti stampati?
Un’antenna a traccia su PCB consiste in una traccia disegnata direttamente su una scheda di circuito. È essenziale capire che il tipo di antenna e i requisiti di spazio determinano il tipo di traccia. Le tracce per circuiti stampati che si possono utilizzare includono tracce a forma di F invertita, tracce dritte, curve, a meandro e circolari.
In generale, l’antenna di una traccia PCB funge da metodo di comunicazione wireless. Inoltre, durante la produzione del PCB, è necessario laminare la traccia sulla superficie della scheda. A volte, però, le tracce dei PCB coprono molti strati, soprattutto nei PCB multistrato.
3. Antenna a chip ceramico vs. antenna su PCB: Pro e contro
3.1 Antenna a chip ceramico
I pro
Nel dibattito tra antenna a chip e antenna a circuito stampato, è innegabile che l’uso di un’antenna a chip ceramico presenta numerosi vantaggi. In particolare, elimina la necessità di produrre costosi prototipi e software di simulazione. La capacità di sintonizzazione della rete dell’antenna e l’assenza di proprietà fisiche garantiscono i vantaggi di cui sopra. Le antenne Ceramic Chip offrono ulteriori vantaggi, quali:
Sono disponibili come parti separate.
È possibile ottenere facilmente dimensioni ridotte e numerose configurazioni per progetti diversi.
La vicinanza ad altre parti non crea effetti negativi come nelle antenne PCB Trace.
I fattori ambientali e umani causano impatti trascurabili sulle antenne Chip rispetto alle antenne Trace.
Offrono alternative flessibili per la messa a punto e il collaudo.
È possibile introdurre facilmente modifiche al progetto.
Contro
Come qualsiasi altra cosa al mondo, anche le antenne in ceramica hanno il loro lato oscuro. Di seguito sono riportati i contro delle PCB in ceramica:
I costi iniziali dell’antenna e della logistica possono essere più costosi di quelli di un’antenna PCB Trace.
È necessaria una certa conoscenza delle radiofrequenze per un’implementazione ottimale.
Le prestazioni sono inferiori a quelle di un’antenna a traccia.
3.2 Antenna per tracce di PCB
Pro
I sostenitori del dibattito tra antenna su chip e antenna su circuito stampato sostengono che l’antenna a traccia è difficile da applicare, creare e mettere a punto. Questo è particolarmente vero in un’operazione consistente e di piccole dimensioni. Inoltre, come nel caso di un’antenna a filo, le frequenze della larghezza di banda finale determinano le dimensioni di un’antenna a traccia. Di seguito sono riportati i principali vantaggi di un’antenna a traccia per PCB.
I costi di produzione sono bassi poiché la traccia è integrata nel processo di produzione della scheda.
Un’antenna a traccia può ospitare un’ampia larghezza di banda quando è sintonizzata al massimo.
La struttura della traccia del PCB è semplice e, poiché l’antenna viene posizionata sulla superficie, il profilo della struttura è relativamente sottile.
Questo garantisce una maggiore capacità di resistenza e affidabilità della rete.
È possibile inserirla facilmente nel PCB durante la produzione.
I contro
Questi sono gli svantaggi dell’antenna Trace:
È difficile da realizzare, soprattutto a frequenze minime.
Un’antenna a traccia è molto soggetta a modifiche del layout del circuito stampato e richiede una messa a punto dopo ogni modifica o riproduzione.
Richiede un ampio spazio, soprattutto alle frequenze minime.
La necessità di uno spazio maggiore sulla scheda fa lievitare i costi di progettazione.
Sono sensibili ai fattori umani e ambientali.
4. Antenna su chip e antenna su circuito stampato: Suggerimenti per la progettazione di antenne embedded
Le antenne sono componenti essenziali del sistema wireless. Tuttavia, la maggior parte dei progettisti le considera spesso un ripensamento. Pianificando la progettazione dell’antenna fin dall’inizio del processo di produzione, si potranno sfruttare le prestazioni del prodotto. Inoltre, eliminerà ritardi e riproduzioni nelle fasi successive. Di seguito sono riportati alcuni suggerimenti fondamentali per aiutarvi nella preparazione di un progetto di antenna incorporata.
4.1 Materiali
Sia che la struttura dell’antenna venga scolpita su una scheda, su plastica o su metallo stampato, assicuratevi che questi materiali abbiano proprietà dialettiche costanti. I materiali delle schede FR4 dielettriche a basso costo differiscono notevolmente da un fornitore all’altro. Per questo motivo è necessario specificare i materiali della scheda fin dall’inizio.
4.2 Suggerimenti di fisica
Per garantire che il dispositivo elettronico abbia un’elevata gamma di prestazioni, è necessario un sistema di antenna efficace. Inoltre, è necessario prevedere uno spazio adeguato per il sistema d’antenna. Pertanto, vi invitiamo a partecipare alle fasi iniziali del ciclo di produzione del vostro gadget. In questo modo potrete discutere e concordare le scelte progettuali. Avrete anche l’opportunità di eliminare eventuali compromessi.
4.3 Posizione del prodotto
Quando si posiziona un’antenna alle estremità del prodotto, questa diventa sensibile alle condizioni ambientali immediate. Pertanto, è necessario considerare l’uso che si intende fare del prodotto e il luogo in cui si intende collocarlo. Ad esempio, nel caso di un gadget portatile, è necessario assicurarsi che l’antenna non venga coperta dalle mani dell’utente finale quando viene tenuta in mano. Per i dispositivi montati a parete, chiedetevi se i consumatori li fisseranno su parti metalliche. Questo perché le superfici metalliche influiscono in modo significativo sulle prestazioni del prodotto.
4.4 Involucri e rivestimenti
Non ricoprite l’antenna con un involucro metallico o non utilizzate un rivestimento metallico per ottenere elevate prestazioni dell’antenna. Inoltre, contattare i colleghi meccanici e di ID della propria azienda per assicurarsi che l’area circostante l’antenna sia priva di materiali potenzialmente dannosi.
4.5 Strutture interne
Anche la posizione degli assemblaggi metallici interni rispetto all’antenna influenza le prestazioni del prodotto. Ad esempio, nei gadget indossabili, la batteria è il componente principale dell’assemblaggio generale. Pertanto, è necessario definire la sua posizione e la sua funzione nel progetto dell’antenna.
4.6 Peso dell’antenna
Quando si parla di antenna incorporata, ci si riferisce a un componente fisico. Ad esempio, la parte intagliata del circuito stampato o la sezione in plastica della custodia metallizzata. Nella maggior parte dei casi, però, si tratta di una singola porzione del sistema d’antenna. La massa principale del sistema è costituita dalla metà rimanente. Poiché di solito si tratta della massa principale della scheda, è necessario garantire un peso sufficiente per consentire all’antenna di vibrare in modo appropriato.
4.7 Sensibilità dei circuiti EMI/RFI
I sistemi wireless comprendono trasmettitori e ricevitori. Il trasmettitore può interferire con il circuito adiacente. Ciò rende il ricevitore vulnerabile alle interferenze dei circuiti locali. Pertanto, è necessario posizionare l’antenna rispetto ai circuiti sensibili per ottenere elevate prestazioni del prodotto wireless.
5. Antenna su chip e antenna su circuito stampato: Sfide per il detuning della frequenza dell’antenna durante i test
Poiché il layout della scheda influisce in modo significativo sulle prestazioni dell’antenna, è necessario sintonizzarla per ottenere le massime prestazioni del sistema. È essenziale capire che un’adeguata corrispondenza della resistenza elettrica produce una trasmissione di frequenza completa nella banda appropriata.
Con le antenne a traccia, dato che il progetto dell’antenna è legato al progetto generale della scheda, è difficile effettuare la messa a punto e ottenere le massime prestazioni. Inoltre, la minima permittività del pannello dielettrico rende l’antenna troppo vulnerabile alle modifiche del progetto e alle varianti di tolleranza. In questi casi, per ottenere le massime prestazioni dell’antenna, è necessario ridisegnare il circuito stampato.
Con le antenne in ceramica, è possibile variare gli aspetti di accoppiamento per soddisfare il detuning intrinseco. La maggior parte degli ingegneri preferisce il metodo a Π perché offre la migliore flessibilità per quanto riguarda la regolazione della larghezza di banda di lavoro.
Quando si progetta la rete di accoppiamento preferita, è possibile utilizzare un analizzatore di rete vettoriale (VNA) per esaminare il circuito di prova del PCB. Inoltre, il VNA vi aiuterà a stabilire la resistenza di ingresso dell’antenna. È possibile trovare il parametro S, la banda VSWR, per ottenere l’efficienza dell’antenna ceramica su PCB.
WellPCB offre servizi di ottimizzazione delle antenne in ceramica. Il nostro personale RF regolerà la rete di adattamento alla resistenza preferita utilizzando una tecnologia all’avanguardia per ottenere le massime prestazioni. È importante notare che il matching migliora l’efficienza dell’antenna per la larghezza di banda selezionata nell’ambiente di lavoro del prodotto. Il nostro personale valuta anche i layout di progetto per un corretto utilizzo dello spazio sulla scheda.
Considerazioni finali sul confronto tra antenna a chip e antenna a circuito stampato
Per quanto riguarda il confronto tra antenna su chip e antenna su circuito stampato, un’antenna su chip subisce meno detuning da fattori umani e ambientali rispetto a un’antenna su circuito stampato. Due antenne offrono una migliore distanza antenna-antenna nei dispositivi multiradio e superano le antenne PCB quando si sceglie il tipo di antenna ottimale e lo si implementa di conseguenza.
È necessario testare le prestazioni dell’antenna nel prodotto finale, completamente pratico, utilizzando misure OTA. Con le antenne PCB, i guasti di valutazione sono costosi e difficili da risolvere e richiedono numerose iterazioni della scheda. Ricordate che l’antenna su chip è una parte separata; pertanto, è possibile migliorarla facilmente e rapidamente. È possibile effettuare la messa a punto e testare le prestazioni del sistema modificando solo la parte dell’antenna. Ci auguriamo che la guida al confronto tra antenna su chip e antenna su circuito stampato vi aiuti a scegliere l’antenna giusta per i vostri progetti embedded.
