Как работает чиповая антенна?


35

Существует множество руководств по использованию чиповых антенн, с балансировками и без них, соображениями компоновки печатной платы и т. Д., Но я не смог найти никакой информации о том, как чиповые антенны работают на фундаментальном уровне, и как они производятся.

Может ли кто-нибудь предоставить какую-либо информацию или ссылки на дополнительную информацию?


1
Я не могу дать ни одного точного ответа, потому что различные источники информации определяют либо DRA, либо различные конструкции чипов. Хороший ответ должен охватывать несколько основных схем проектирования.
Sparky256

Чиповые антенны, насколько мне известно, часто представляют собой спеченную керамику с внутренними и / или поверхностными РЧ проводниками. Как они работают - довольно хороший вопрос. Определенно много САПР уходит на анализ проектов ...
user2943160

Связанные, но не дает ответа на вопрос: ham.stackexchange.com/questions/1700/...
user2943160

Разумное вступление от Taiyo Yuden: digikey.co.uk/en/ptm/t/taiyo-yuden/…
Питер Смит

Несколько более связанный компонент в более сложных конструкциях антенн для поверхностного монтажа: molex.com/molex/products/datasheet.jsp?part=active/…
user2943160

Ответы:


22

Антенны диэлектрического резонатора , обычно называемые микросхемой , работают путем создания стоячей волны электрического поля заданной частоты. Технически, это резонатор полости, где полость между проводящими поверхностями заполнена керамическим сердечником. Фактический режим колебаний будет определяться геометрией антенны. В простейшем случае геометрия будет двумя параллельными пластинами, разнесенными на диэлектрика (гдеϵ- диэлектрическая проницаемость) для размещения одной полной стоячей волны:λεε

введите описание изображения здесь

Такие резонаторы обладают свойствами, аналогичными классическим дипольным антеннам. Диаграмма направленности типичной чиповой антенны (справа, источника ) практически идентична диаграмме направленности диполя (слева, источника ):

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

(обе антенны ориентированы вертикально, как и участки диаграммы направленности)

Разница заключается в том, что вместо металлической структуры стоячая волна в чиповой антенне создается внутри диэлектрической микросхемы с высокой постоянной диэлектрической проницаемостью. Это дает два основных преимущества:

  • высокая диэлектрическая проницаемость уменьшает размер антенны на той же длине волны
  • металлические конструкции становятся все более и более потерянными с ростом частоты, диэлектрические резонаторы не страдают от этих потерь

Из-за этих свойств чиповые антенны часто используются в мобильных и высокочастотных приложениях, таких как радиоприемники GPS или 2,4 ГГц.

Для дальнейшего чтения я бы порекомендовал эту заметку по применению TI, в которой рассматриваются различные конструкции антенн на печатной плате, в том числе 3 разные антенны на чипе:

введите описание изображения здесь


В то время как антенны на печатной плате имеют довольно очевидную конструкцию, вы едва затронули производство и физическую структуру антенн с микросхемой. Пожалуйста, опишите это, чтобы полностью ответить на вопрос.
user2943160

К сожалению, я не думаю, что такая информация будет доступна в открытых источниках, и я не работаю на Vishay. Чиповые антенны в основном представляют собой керамические конденсаторы, но состав и детали процесса, вероятно, будут коммерческой тайной.
Дмитрий Григорьев

Пожалуйста, назовите эти «в основном керамические конденсаторы» в своем ответе? Конечно, точные диэлектрик (и) и используемые производственные процессы являются коммерческими секретами, но концепции должны иметь ссылки где-нибудь.
user2943160

Этот ответ по-прежнему не касается производства чиповых антенн.
user2943160

Награда присуждается, потому что на этот вопрос не было найдено других ответов (кроме моего, на сегодняшний день), и на награду осталось два часа.
user2943160 10.07.16

19

Чтобы обсудить изготовление и структуру чиповых антенн, рассмотрим сначала несколько изображений антенн с очевидными схемами металлизации:

Из материалов Mitsubishi, AM11DP-ST01 * :

изображение обеих сторон AM11DP-ST01 * и линейки от http://www.mmc.co.jp/adv/dev/english/img/contents/antenna/mhz/amd2-01.jpg механический чертеж AM11DP-ST01 * от http://www.mmc.co.jp/adv/dev/english/img/contents/antenna/mhz/amd2-05.gif

Существует целая линейка этих антенн с видимой внешней металлизацией для широкого или узкого применения. Самый маленький, AM03DG-ST01 , имеет длину около 3,2 мм.

изображение обеих сторон AM03DG-ST01 и линейки от http://mmea.com/img/contents/antenna/mhz/amd.jpg механический чертеж AM03DG-ST01 от http://mmea.com/img/contents/antenna/mhz/amd02.gif

Ядром этих антенн является запатентованный керамический состав, описанный в рекламном проспекте линейки антенных продуктов как:

Антенны с диэлектрической микросхемой, устанавливаемые на поверхности, являются результатом гармонизации нашего многолетнего опыта в области керамических материалов и технологических процессов для высокочастотных применений вместе с передовыми технологиями RF проектирования.

Однако эти антенны не должны быть построены из жестких керамических оснований. Например, Molex 47948-0001 с «LCP-LDS, Vectra E840ILDS , 40% минерально-наполненной маркой LDS» в качестве основного конструкционного / диэлектрического материала:

http://www.molex.com/pdm_docs/iso/47948_ISO.jpg

Здесь металлизация для антенны добавляется к наполненному минералом полимеру в процессе, известном как лазерное прямое структурирование. В этом процессе (загружается презентация в формате PDF) геометрии высокой точности определяются путем маркировки литьевого материала лазером, а затем прикрепления проводящих материалов к отмеченным областям. Этот проводящий материал позволяет осуществлять электроосаждение меди / никеля / золота для формирования полной металлизации структуры антенны. Кроме того, эта антенна не требует зазора от заземления, что позволяет устанавливать ее с компонентами на противоположной стороне, экранированными внутренней платой заземления на печатной плате.


Что касается загадочных крошек материала, которые, возможно, легче распознать как антенны с керамическими чипами , то маловероятно, что в коммерческих проектах будет опубликован дизайн внутренних металлических конструкций. Чтобы увидеть внутри эти кусочки керамики, кто-то должен опубликовать дизайн тонких металлических пленок, нанесенных внутри материала перед спеканием. Место для этого: исследовательские журналы.

Начиная со знакомой конструкции прямоугольной призмы для двухдиапазонной работы с частотой 900 МГц и 2100 МГц:

двухпроводная антенна с керамическим чипом от http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/4913660/4957855/4958578/html/img/4958578-fig-1-large.gif

Еще один такой дизайн для работы UMTS (1920-2170 МГц), который использует металлизацию внутри керамического носителя:

однополосная антенна с керамическими чипами от http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/6313473/6324891/6324915/html/img/6324915-fig-1-large.gif

Существует также цилиндрическая керамическая конструкция с металлизацией поверхности для двухдиапазонных 2,4 ГГц и 5 ГГц WiFi-приложений:

схема круглой керамической антенны от http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/11208/36089/1710697/html/img/1710697-fig-1-large.gif

Окончательный дизайн металлизации поверхности на основе поверхностного осаждения на прямоугольной призме керамического диэлектрика для работы ISM 2,4 ГГц:

от http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/5640099/5648824/5651563/html/img/5651563-fig-1-large.gif


εрезнак равно300MЧАСZλзнак равно100смезнак равно5гЧАСZλзнак равно6см

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.