Jak działa antena chipowa?

Istnieje wiele przewodników dotyczących korzystania z anten chipowych z balunsem i bez, rozważań dotyczących układu PCB itp., Ale nie byłem w stanie znaleźć żadnych informacji na temat działania anten chipowych na podstawowym poziomie i sposobu ich produkcji.

Czy ktoś może podać jakieś informacje lub linki do dodatkowych informacji?

Anteny rezonatora dielektrycznego , zwane potocznie chipem , działają poprzez tworzenie fali stojącej pola elektrycznego o danej częstotliwości. Technicznie jest to rezonator wnękowy, w którym wnęka między powierzchniami przewodzącymi jest wypełniona rdzeniem ceramicznym. Rzeczywisty tryb oscylacji zostanie określony przez geometrię anteny. W najprostszym przypadku geometrią będą dwie równoległe płytki rozmieszczone w odstępie dielektryka (gdzieϵjest stałą dielektryczną), aby pomieścić jedną pełną falę stojącą:$\dfrac{\lambda} {\sqrt{\epsilon}}$$\epsilon$

Takie rezonatory mają właściwości podobne do klasycznych anten dipolowych. Charakterystyka promieniowania typowej anteny chipowej (po prawej stronie, źródło ) jest praktycznie identyczna z wzorem dipola (po lewej, źródło ):

(obie anteny są ustawione pionowo, podobnie jak sekcje wzoru promieniowania)

Różnica polega na tym, że zamiast metalowej struktury fala stojąca w antenie chipowej jest wytwarzana wewnątrz dielektrycznego układu o wysokiej stałej przenikalności. Daje to dwie główne zalety:

• wysoka przenikalność zmniejsza rozmiar anteny dla tej samej długości fali
• struktury metalowe stają się coraz bardziej stratne w miarę wzrostu częstotliwości, rezonatory dielektryczne nie cierpią z powodu tych strat

Ze względu na te właściwości anteny czipowe są często stosowane w aplikacjach mobilnych i wysokiej częstotliwości, takich jak odbiorniki GPS lub 2,4 GHz.

Do dalszego czytania polecam notę aplikacyjną TI, która omawia wiele różnych konstrukcji anten PCB, w tym 3 różne anteny chipowe:

Aby omówić produkcję i strukturę anten chipowych, najpierw rozważ kilka zdjęć anten z oczywistymi wzorami metalizacji:

Od Mitsubishi Materials, AM11DP-ST01 * :

Istnieje cała linia tych anten z widoczną zewnętrzną metalizacją do szerokiego lub wąskiego działania aplikacji. Najmniejszy, AM03DG-ST01 , osiąga długość około 3,2 mm .

Rdzeń tych anten jest zastrzeżonym związkiem ceramicznym opisanym w reklamie marketingowej linii produktów antenowych jako:

Anteny dielektryczne do montażu powierzchniowego są wynikiem harmonizacji naszego wieloletniego doświadczenia w zakresie materiałów ceramicznych i technologii procesowych do zastosowań w wysokich częstotliwościach wraz z najnowocześniejszymi technologiami projektowania RF.

Jednak anteny te nie muszą być zbudowane ze sztywnych podstaw ceramicznych. Na przykład Molex 47948-0001 z „LCP-LDS, Vectra E840ILDS , 40% wypełnionego minerałem gatunku LDS” jako podstawowego materiału konstrukcyjnego / dielektrycznego:

Tutaj metalizacja anteny jest dodawana do wypełnionego minerałem polimeru w procesie znanym jako Laser Direct Strukturyzacja. W tym procesie (pobieranie prezentacji PDF) precyzyjne geometrie są definiowane poprzez znakowanie materiału formowanego wtryskowo laserem, a następnie mocowanie materiałów przewodzących w zaznaczonych obszarach. Ten materiał przewodzący umożliwia powlekanie bezprądowe miedzi / niklu / złota, tworząc pełną metalizację struktury anteny. Ponadto antena ta została zaprojektowana w taki sposób, aby nie wymagała prześwitu płaszczyzny uziemienia, umożliwiając jej montaż z elementami po przeciwnej stronie osłoniętymi wewnętrzną płaszczyzną uziemienia na płytce drukowanej.

Jeśli chodzi o tajemnicze mikroukłady materiału, które są prawdopodobnie łatwiejsze do rozpoznania jako anteny ceramiczne , oczywiste jest, że projekty komercyjne nie będą miały projektu wewnętrznych metalowych struktur. Aby zobaczyć wnętrze tych elementów ceramicznych, ktoś musi opublikować projekt delikatnych metalowych folii osadzonych wewnątrz materiału przed spiekaniem. Miejsce na to: czasopisma naukowe.

Począwszy od znanego prostokątnego projektu pryzmatu do pracy w dwóch pasmach 900 MHz i 2100 MHz:

Kolejny taki projekt dla pracy UMTS (1920-2170 MHz), który wykorzystuje metalizację wewnątrz ceramicznego nośnika:

Istnieje również cylindryczna konstrukcja ceramiczna z metalizacją powierzchni dla dwuzakresowych aplikacji WiFi 2,4 GHz i 5 GHz:

Ostateczny projekt metalizacji powierzchni oparty na osadzaniu powierzchni na prostokątnym pryzmacie ceramicznego dielektryka dla działania ISM 2,4 GHz:

$\epsilon_r$$f = 300MHz$$\lambda = 100 cm$$f = 5GHz$$\lambda = 6 cm$