Как работает чиповая антенна?

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?

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:$\dfrac{\lambda} {\sqrt{\epsilon}}$$\epsilon$

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

(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:

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

Из материалов Mitsubishi, AM11DP-ST01 * :

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

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:

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:

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

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

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

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