Come funziona un'antenna a chip?

Esistono molte guide sull'uso di antenne con chip, con e senza balun, considerazioni sul layout dei PCB, ecc., Ma non sono stato in grado di trovare alcuna informazione su come funzionano le antenne con chip a livello fondamentale e su come vengono prodotte.

Qualcuno può fornire informazioni dettagliate o collegamenti a ulteriori informazioni?

Le antenne di risonatore dielettrico , comunemente denominate chip , funzionano creando un'onda stazionaria di campo elettrico di una data frequenza. Tecnicamente, è un risuonatore di cavità in cui la cavità tra le superfici conduttive è riempita dal nucleo ceramico. La modalità di oscillazione effettiva sarà definita dalla geometria dell'antenna. Nel caso più semplice, la geometria sarà di due piastre parallele distanziate di di dielettrico (doveϵè la costante dielettrica), per accogliere un'onda stazionaria completa:$\dfrac{\lambda} {\sqrt{\epsilon}}$$\epsilon$

Tali risuonatori hanno proprietà simili alle classiche antenne a dipolo. Lo schema di radiazione di una tipica antenna a chip (a destra, sorgente ) è praticamente identico allo schema di un dipolo (a sinistra, sorgente ):

(entrambe le antenne sono orientate verticalmente, così come le sezioni del modello di radiazione)

La differenza è che invece della struttura metallica, l'onda stazionaria nell'antenna del chip viene creata all'interno di un chip dielettrico con costante di permittività elevata. Ciò comporta due vantaggi principali:

• l'alta permittività riduce le dimensioni dell'antenna per la stessa lunghezza d'onda
• le strutture metalliche diventano sempre più in perdita man mano che la frequenza aumenta, i risonatori dielettrici non soffrono di queste perdite

A causa di queste proprietà, le antenne a chip sono spesso utilizzate in applicazioni mobili e ad alta frequenza, come le radio GPS o 2,4 GHz.

Per ulteriori letture, consiglierei questa nota applicativa TI che discute molti diversi design di antenna PCB, tra cui 3 diverse antenne di chip:

Per discutere la produzione e la struttura delle antenne a chip, considera prima alcune immagini di antenne con evidenti schemi di metallizzazione:

Da Mitsubishi Materials, AM11DP-ST01 * :

Esiste un'intera linea di queste antenne con metallizzazione esterna visibile per operazioni di applicazione ampie o strette. Il più piccolo, AM03DG-ST01 , scende fino a circa 3,2 mm di lunghezza.

Il nucleo di queste antenne è un composto ceramico proprietario descritto nel blurb marketing della linea di prodotti dell'antenna come:

Le antenne a chip dielettrico montabili su superficie sono il risultato dell'armonizzazione della nostra lunga esperienza in materiali ceramici e tecnologie di processo per applicazioni ad alta frequenza insieme a tecnologie di progettazione RF all'avanguardia.

Tuttavia, queste antenne non devono essere costruite su basi ceramiche rigide. Ad esempio, il Molex 47948-0001 con "LCP-LDS, Vectra E840ILDS , grado LDS riempito di minerali al 40%" come materiale strutturale / dielettrico primario:

Qui, la metallizzazione per l'antenna viene aggiunta al polimero riempito di minerali in un processo noto come Laser Direct Structuring. In questo processo (scarica la presentazione in PDF) , le geometrie di precisione sono definite marcando il materiale stampato ad iniezione con un laser, quindi attaccando materiali conduttivi alle aree contrassegnate. Questo materiale conduttivo consente la placcatura elettrolitica di rame / nichel / oro per formare la completa metallizzazione per la struttura dell'antenna. Inoltre, questa antenna è progettata per non richiedere spazio sul piano terra, consentendone il montaggio con componenti sul lato opposto schermati da un piano di terra interno nel PCB.

Sull'argomento dei misteriosi frammenti di materiale che sono probabilmente più facilmente riconosciuti come antenne di chip ceramici , è ovviamente improbabile che i progetti commerciali dispongano della progettazione di strutture metalliche interne. Per vedere all'interno di questi pezzi di ceramica, qualcuno deve pubblicare il design dei delicati film metallici depositati all'interno del materiale prima della sinterizzazione. Il posto per questo: riviste di ricerca.

A partire da un familiare design a prismi rettangolari per operazioni a doppia banda a 900 MHz e 2100 MHz:

Un altro progetto simile per l'operazione UMTS (1920-2170 MHz) che utilizza la metallizzazione all'interno di un supporto in ceramica:

Esiste anche un design ceramico cilindrico con metallizzazione superficiale per applicazioni WiFi dual band da 2,4 GHz e 5 GHz:

Un ultimo superficie metallizzazione progettazione basata sulla deposizione superficie su un prisma rettangolare di dielettrico di ceramica per il funzionamento a 2,4 GHz ISM:

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