Progettazione RF embedded: Antenne a chip ceramico o antenne PCB Trace

Interior of modern café

Nel corso degli anni, c'è stata una forte crescita della cultura del bar, che ha spinto molti nuovi locali a ricercare nuovi modi per aggiungere un tocco creativo alla loro attività. Ibridi di caffetterie e librerie, caffè da buongustai con baristi esperti nei chicchi di caffè regionali e persino locali per gatti sono solo alcune delle varianti che abbiamo visto nascere. 

Sostanzialmente, le persone vanno al bar per alcuni motivi principali: prendere qualcosa da bere o fare uno spuntino, incontrarsi e parlare con gli amici o lavorare fuori dall'ufficio e da casa. I bar possono differenziarsi per qualche dettaglio specifico, ma i concetti chiave restano relativamente invariati. La stessa affermazione può valere per la scelta tra i vari componenti dei PCB. 

La richiesta di una soluzione di ricetrasmettitore RF integrata, compatta, ad alte prestazioni e a basso costo è in aumento da diversi anni in virtù degli sviluppi avvenuti nei campi della robotica, dell'intelligenza artificiale e dell'IoT. Resta il fatto che costi, layout della scheda e competenza sono le caratteristiche chiave che influenzano le preferenze del progettista riguardo alla scelta tra il tipo di antenna a chip ceramico e quello PCB Trace.

Antenne PCB: conoscere la gamma di frequenza

In passato, il progettista poteva prendere in considerazione i compromessi della gamma di frequenza target e optare per la più affidabile antenna Trace. L'hardware moderno per antenne integrate è progettato per funzionare in una larghezza di banda che varia da 400 MHz e 5,5 GHz. Dato che l'implementazione di antenne in ceramica sta diventando sempre più affidabile, economico e semplice, la competizione in questo settore si sta facendo più vivace.

Di fatto, i costi di una semplice traccia di filo su una scheda PCB posizionata dal progettista in CAD, prima della fabbricazione, sono minimi. Nonostante il basso costo che caratterizza l'antenna di tipo "trace", ci sono ancora molti casi in cui si preferisce l'antenna a chip ceramico. Il costo può essere compensato dalle dimensioni ridotte, da una maggiore facilità di implementazione e da una maggiore tolleranza alle interferenze ambientali offerte dall'antenna a chip ceramico.

Antenne PCB Trace

Le antenne PCB Trace sono notoriamente difficili da progettare, implementare e mettere a punto, in particolare in applicazioni di piccole dimensioni e con requisiti di alta affidabilità. Come avviene per un'antenna a filo, le dimensioni di un'antenna di tipo "trace" dipende dalle frequenze della larghezza di banda target. Ad esempio, alle basse frequenze la lunghezza dell'antenna di tipo "trace" dovrà essere molto più lunga per far risuonare il segnale. 

I vantaggi nella scelta di un'antenna PCB Trace rispetto a un'antenna a chip ceramico sono:

  • L'antenna di tipo "trace" è incorporata nella scheda PCB durante il processo di fabbricazione.

  • Se messa a punto in modo ottimale, un'antenna di tipo "trace" può operare all'interno di un'ampia larghezza di banda, garantendo al contempo un elevato livello di affidabilità e robustezza della rete.

  • Le antenne di tipo "trace" hanno un profilo sottile.

Gli svantaggi dell'utilizzo di antenne PCB Trace possono essere:

  • Difficoltà di progettazione, in particolare alle basse frequenze. Sono altamente suscettibili alle modifiche del layout della scheda, richiedendo la messa a punto, se non la nuova fabbricazione, dopo ogni modifica.

  • Occupano molto più spazio di un'antenna a chip ceramico, particolarmente se si progetta per basse frequenze. L'area PCB più grande occupata aumenta il costo del progetto.

  • Le antenne di tipo "trace" sono altamente sensibili alle interferenze ambientali.

L'antenna PCB Trace non può essere modificata fisicamente dal progettista dopo la produzione. Se sono necessarie modifiche, l'utente dovrà modificare il design e fabbricare nuovamente la scheda. Le dimensioni potenzialmente elevate dell'antenna PCB e la natura dispendiosa in termini di tempo del processo di progettazione/ottimizzazione che generalmente comporta l'utilizzo di software di simulazione e test approfonditi possono essere fattori che spingono il progettista della scheda a passare a un'antenna a chip ceramico. 

SIM card on PCB with antenna attached

La tua antenna potrebbe apparire leggermente diversa da questa, ma le dimensioni e la frequenza restano un problema.

Antenne a chip ceramico

Anche le antenne a chip ceramico richiedono generalmente la messa a punto mediante un analizzatore di rete, ma non hanno le proprietà fisiche delle antenne di tipo "trace", che non possono essere manipolate dopo la stampa della scheda. Ciò elimina la necessità di software di simulazione e la costosa produzione di nuove schede prototipo, nella quale i componenti precedenti vanno sprecati.

Le antenne a chip ceramico possono offrire diversi vantaggi:

  • Sono disponibili dimensioni ridotte e svariate configurazioni.

  • Non sono così sensibili all'interferenza di prossimità del rumore ambientale e dei componenti.

  • Le modifiche al design o al layout della scheda sono più facili da implementare senza necessità di simulazione. L'antenna a chip ceramico può essere messa a punto più facilmente o addirittura sostituita.

Le antenne a chip ceramico comportano anche degli svantaggi:

  • Vi è un costo iniziale più elevato per l'acquisto di antenne a chip ceramico e dei relativi componenti di supporto richiesti. Attualmente, un'antenna chip standard ha un costo compreso tra $0,10 e $1,60.

L'antenna a chip ceramico è un componente che si aggiunge alla scheda al termine della fase di progettazione. Questa caratteristica consente una maggiore versatilità di messa a punto durante lo sviluppo. La funzione di installazione in superficie delle antenne a chip ceramico consente di rimuoverle e sostituirle facilmente per consentire rapide modifiche all'hardware.

La progettazione con antenne a chip ceramico consente uno spazio sulla scheda più aperto in cui incorporare ulteriori componenti desiderati. È possibile rinunciare a questa libertà aggiuntiva per ottenere una dimensione ridotta della scheda e risparmiare così sulle spese di produzione. Sarebbe fondamentale per un ingegnere che progetta un alto volume di schede PCB multilayer considerare lo spreco di spazio che deriva dall'aggiunta di ogni strato allo schematico di una scheda contenente un'antenna PCB Trace. 

Abstract sound waves representing frequency and amplification

Assicurati di utilizzare l'antenna giusta per le tue esigenze PCB: costo e utilità. 

È difficile creare un'antenna dalle dimensioni più contenute possibili, riducendo al minimo il tempo di messa a punto e massimizzando la potenza del segnale, ma lasciando spazio per l'aggiunta di altri componenti desiderati. Indipendentemente dal metodo di implementazione, è consigliabile testare approfonditamente il prototipo finale per determinare le misurazioni aeree che possono essere esaminate per verificarne la fattibilità. 

Se è necessaria la messa a punto, può essere ottenuta molto più rapidamente e facilmente con un potente software di progettazione PCB. Se sei alla ricerca di software con grandi funzionalità, come il routing interattivo automatico, un analizzatore di rete per la distribuzione dell'energia e una facile commutazione di layout da 2D a 3D, Altium Designer può offrire l'ambiente di progettazione unificato che ti serve per ottenere una progettazione ottimale. 

Per discutere ulteriormente di quali tipi di antenne sono la scelta migliore per il tuo PCB o per saperne di più sulle esigenze di frequenza in generale, contatta oggi stesso un esperto di Altium.

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Altium Designer

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