Comment fonctionne une antenne à puce?

35

Il existe de nombreux guides sur l'utilisation des antennes à puce, avec ou sans baluns, sur la configuration des cartes, etc., mais je n'ai trouvé aucune information sur le fonctionnement fondamental des antennes à puce et sur leur fabrication.

Quelqu'un peut-il fournir des informations, ou des liens vers plus d'informations?

Daniel Schuler
la source
1
Je ne peux pas donner une seule réponse précise car diverses sources d'informations définissent soit la DRA, soit différentes conceptions de puces. Une bonne réponse devrait couvrir plusieurs schémas de conception majeurs.
Sparky256
À ma connaissance, les antennes à puce sont souvent en céramique frittée avec des conducteurs RF internes et / ou de surface. Comment fonctionnent-ils? C'est une très bonne question. Décidément, beaucoup de CAD vont dans l'analyse des conceptions ...
user2943160
Connexes, mais ne répond pas à la question: ham.stackexchange.com/questions/1700/…
user2943160
Introduction raisonnable de Taiyo Yuden: digikey.co.uk/fr/ptm/t/taiyo-yuden/…
Peter Smith
Un composant quelque peu apparenté dans les conceptions d'antenne à montage en surface plus complexes: molex.com/molex/products/datasheet.jsp?part=active/…
user2943160 Le

Réponses:

22

λεε

entrez la description de l'image ici

Ces résonateurs ont des propriétés similaires à celles des antennes dipôles classiques. Le diagramme de rayonnement d’une antenne à puce typique (à droite, source ) est pratiquement identique au diagramme d’un dipôle (à gauche, source ):

entrez la description de l'image ici entrez la description de l'image ici

(les deux antennes sont orientées verticalement, de même que les sections de diagramme de rayonnement)

La différence est qu’au lieu de la structure métallique, l’onde stationnaire dans l’antenne de la puce est créée à l’intérieur d’une puce diélectrique à constante de permittivité élevée. Cela apporte deux avantages principaux:

  • haute permittivité réduit la taille de l'antenne pour la même longueur d'onde
  • les structures métalliques deviennent de plus en plus perdantes à mesure que la fréquence augmente, les résonateurs diélectriques ne souffrent pas de ces pertes

En raison de ces propriétés, les antennes à puce sont souvent utilisées dans les applications mobiles et à haute fréquence, telles que le GPS ou les radios 2,4 GHz.

Pour une lecture plus approfondie, je recommanderais cette note d’application de TI, qui traite de nombreuses conceptions différentes d’antennes de circuits imprimés, y compris trois antennes à puce différentes:

entrez la description de l'image ici

Dmitry Grigoryev
la source
Bien que la construction des antennes pour circuits imprimés soit assez évidente, vous avez à peine abordé la fabrication et la structure physique des antennes à puce. Veuillez également couvrir cela pour répondre complètement à la question.
user2943160
Malheureusement, je ne pense pas que ces informations seront disponibles dans des sources ouvertes et je ne travaille pas pour Vishay. Les antennes à puce sont essentiellement des condensateurs en céramique, mais la composition de la composition et les détails du processus sont probablement des secrets de fabrication.
Dmitry Grigoryev
S'il vous plaît couvrir ce "essentiellement des condensateurs en céramique" dans votre réponse? Bien sûr, le (s) diélectrique (s) exact (s) et les procédés de fabrication utilisés sont des secrets commerciaux, mais les concepts doivent avoir des références quelque part.
user2943160
Cette réponse n'aborde toujours pas la fabrication d'antennes à puce.
user2943160
Prime offerte parce que cette question n’a attiré aucune autre réponse (autre que la mienne, aujourd’hui) et qu’il restait deux heures avec la prime.
user2943160
19

Pour discuter de la fabrication et de la structure des antennes à puce, considérons d’abord quelques images d’antennes présentant des motifs de métallisation évidents:

De Mitsubishi Materials, le AM11DP-ST01 * :

picture of both sides of the AM11DP-ST01* and a ruler from http://www.mmc.co.jp/adv/dev/english/img/contents/antenna/mhz/amd2-01.jpg mechanical drawing of the AM11DP-ST01* from http://www.mmc.co.jp/adv/dev/english/img/contents/antenna/mhz/amd2-05.gif

Toute une gamme de ces antennes avec métallisation externe visible permet un fonctionnement large ou étroit. Le plus petit, AM03DG-ST01 , atteint environ 3,2 mm de long.

picture of both sides of the AM03DG-ST01 and a ruler from http://mmea.com/img/contents/antenna/mhz/amd.jpg mechanical drawing of the AM03DG-ST01 from http://mmea.com/img/contents/antenna/mhz/amd02.gif

Le noyau de ces antennes est un composé de céramique exclusif décrit dans le texte de marketing de la ligne de produits d' antenne comme:

Les antennes à puce diélectriques montables en surface sont le résultat de l’harmonisation de notre longue expérience dans les technologies des matériaux et des procédés céramiques pour les applications haute fréquence et des technologies de conception RF de pointe.

Cependant, ces antennes ne doivent pas nécessairement être construites à partir de bases en céramique rigides. Par exemple, le Molex 47948-0001 avec "LCP-LDS, Vectra E840ILDS , grade LDS 40% chargé de minéraux" en tant que matériau structural / diélectrique principal:

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

Ici, la métallisation de l'antenne est ajoutée au polymère chargé de minéraux selon un processus connu sous le nom de structuration directe au laser. Dans ce processus (téléchargement de la présentation PDF) , les géométries de précision fine sont définies en marquant le matériau moulé par injection avec un laser, puis en fixant des matériaux conducteurs aux zones marquées. Ce matériau conducteur permet le placage sans courant de cuivre / nickel / or pour former la métallisation complète de la structure de l’antenne. De plus, cette antenne est conçue pour ne pas exiger de dégagement au sol, ce qui lui permet d'être montée avec des composants du côté opposé protégés par un plan de masse intérieur dans la carte de circuit imprimé.


En ce qui concerne les mystérieuses puces de matériau qui sont peut-être plus facilement reconnues comme des antennes à puce en céramique , il est évidemment peu probable que les conceptions commerciales fassent publier la conception des structures métalliques internes. Pour voir à l'intérieur de ces pièces de céramique, il est nécessaire de publier le dessin des films métalliques délicats déposés à l'intérieur du matériau avant le frittage. La place pour cela: les revues de recherche.

Commençons par une conception de prisme rectangulaire familière pour un fonctionnement sur deux bandes à 900 MHz et à 2100 MHz:

dual-arm conductor ceramic chip antenna from http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/4913660/4957855/4958578/html/img/4958578-fig-1-large.gif

Une autre conception de ce type pour le fonctionnement UMTS (1920-2170 MHz) utilisant la métallisation dans un support en céramique:

single band ceramic chip antenna from http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/6313473/6324891/6324915/html/img/6324915-fig-1-large.gif

Il existe également une conception céramique cylindrique avec une métallisation de surface pour les applications WiFi bi-bande 2,4 GHz et 5 GHz:

diagramme d'une antenne en céramique circulaire à partir de http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/11208/36089/1710697/html/img/1710697-fig-1-large.gif

Une conception finale de la métallisation de surface basée sur le dépôt de surface sur un prisme rectangulaire en diélectrique en céramique pour un fonctionnement ISM à 2,4 GHz:

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


Compte tenu de la grande variété de motifs métalliques intérieurs et extérieurs utilisés, il est presque certain que les options standard pour les antennes miniaturisées ne font appel à aucun modèle dominant. L'utilisation de hauteεrLes matériaux en vrac (5-50) permettent la création d’ antennes à résonateur diélectrique nettement inférieures à la longueur d’onde de la fréquence considérée dans l’espace libreF=300MHz, λ=100cm; àF=5gHz, λ=6cm).

utilisateur2943160
la source