Làm thế nào để một ăng-ten chip hoạt động?

Có nhiều hướng dẫn sử dụng ăng-ten chip, có và không có bộ cân bằng, cân nhắc bố trí PCB, v.v., nhưng tôi không thể tìm thấy bất kỳ thông tin nào về cách thức hoạt động của ăng-ten chip ở mức cơ bản và cách chúng được sản xuất.

Bất cứ ai cũng có thể cung cấp bất kỳ cái nhìn sâu sắc, hoặc liên kết đến nhiều thông tin hơn?

Anten cộng hưởng điện môi , thường được gọi là chip , hoạt động bằng cách tạo ra một sóng điện trường đứng có tần số cho trước. Về mặt kỹ thuật, nó là một bộ cộng hưởng khoang trong đó khoang giữa các bề mặt dẫn điện được lấp đầy bởi lõi gốm. Chế độ dao động thực tế sẽ được xác định bởi hình dạng của ăng ten. Trong trường hợp đơn giản nhất, hình học sẽ là hai tấm song song cách nhau của điện môi (nơiεlà hằng số điện môi), để thích ứng với một sóng đứng đầy đủ:$\dfrac{\lambda} {\sqrt{\epsilon}}$$\epsilon$

Các bộ cộng hưởng như vậy có các tính chất tương tự như ăng ten lưỡng cực cổ điển. Mẫu bức xạ của ăng ten chip điển hình (ở bên phải, nguồn ) thực tế giống hệt với mẫu của một lưỡng cực (ở bên trái, nguồn ):

(cả hai ăng ten đều được định hướng theo chiều dọc và các phần mẫu bức xạ cũng vậy)

Sự khác biệt là thay vì cấu trúc kim loại, sóng đứng trong ăng-ten chip được tạo ra bên trong một chip điện môi có hằng số điện môi cao. Điều này mang lại hai lợi thế chính:

• độ thấm cao làm giảm kích thước của anten cho cùng bước sóng
• cấu trúc kim loại ngày càng mất đi khi tần số tăng, bộ cộng hưởng điện môi không phải chịu những tổn thất này

Do các đặc tính này, ăng ten chip thường được sử dụng trong các ứng dụng di động và tần số cao, chẳng hạn như GPS hoặc 2,4 GHz.

Để đọc thêm, tôi muốn giới thiệu ghi chú ứng dụng TI này thảo luận về nhiều thiết kế ăng-ten PCB khác nhau, bao gồm 3 ăng-ten chip khác nhau:

Để thảo luận về việc sản xuất và cấu trúc của ăng-ten chip, trước tiên hãy xem xét một số hình ảnh của ăng-ten với các mẫu kim loại rõ ràng:

Từ Vật liệu Mitsubishi, AM11DP-ST01 * :

Có cả một dòng ăng-ten với kim loại hóa bên ngoài có thể nhìn thấy để vận hành ứng dụng rộng hoặc hẹp. Nhỏ nhất, AM03DG-ST01 , dài xuống khoảng 3,2mm.

Cốt lõi của các ăng ten này là một hợp chất gốm độc quyền được mô tả trong phần tiếp thị của dòng sản phẩm ăng ten như:

Anten chip điện môi có thể gắn trên bề mặt là kết quả của việc hài hòa kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi trong các công nghệ xử lý và vật liệu gốm cho các ứng dụng tần số cao cùng với các công nghệ thiết kế RF tiên tiến.

Tuy nhiên, những ăng ten này không cần phải được xây dựng từ các cơ sở gốm cứng nhắc. Ví dụ: Molex 47948-0001 với "LCP-LDS, Vectra E840ILDS , loại LDS chứa 40% khoáng chất" làm vật liệu cấu trúc / điện môi chính:

Ở đây, kim loại hóa cho ăng ten được thêm vào polymer chứa đầy khoáng chất trong một quy trình được gọi là Laser Direct Structuring. Trong này quy trình (tải xuống bản trình bày PDF) , hình học có độ chính xác cao được xác định bằng cách đánh dấu vật liệu đúc bằng tia laser, sau đó gắn vật liệu dẫn điện vào các khu vực được đánh dấu. Vật liệu dẫn điện này cho phép mạ điện / đồng / niken / vàng để tạo thành kim loại hóa hoàn chỉnh cho cấu trúc ăng ten. Ngoài ra, ăng-ten này được thiết kế để không yêu cầu giải phóng mặt bằng mặt đất, cho phép nó được gắn với các bộ phận ở phía đối diện được che chắn bởi một mặt phẳng mặt đất bên trong PCB.

Về chủ đề những con chip bí ẩn của vật liệu có thể dễ dàng nhận ra hơn là ăng ten chip gốm , rõ ràng các thiết kế thương mại sẽ không có thiết kế cấu trúc kim loại bên trong. Để xem bên trong những mảnh gốm này, ai đó cần phải xuất bản thiết kế của những màng kim loại mỏng manh được đặt bên trong vật liệu trước khi thiêu kết. Nơi dành cho điều đó: các tạp chí nghiên cứu.

Bắt đầu với một thiết kế lăng kính hình chữ nhật quen thuộc cho hoạt động băng tần kép 900 MHz và 2100 MHz:

Một thiết kế khác như vậy cho hoạt động UMTS (1920-2170 MHz) sử dụng kim loại hóa bên trong chất mang gốm:

Ngoài ra còn có một thiết kế gốm hình trụ với kim loại hóa bề mặt cho các ứng dụng WiFi băng tần kép 2,4 GHz và 5 GHz:

Một thiết kế kim loại hóa bề mặt cuối cùng dựa trên sự lắng đọng bề mặt trên lăng kính hình chữ nhật của chất điện môi gốm cho hoạt động ISM 2,4 GHz:

Với sự đa dạng của các mẫu kim loại bên trong và bên ngoài được sử dụng, gần như chắc chắn rằng các tùy chọn ngoài kệ cho ăng ten thu nhỏ không sử dụng bất kỳ một thiết kế nổi trội nào. Công dụng cao$\epsilon_r$vật liệu khối (5-50) cho phép tạo ra anten cộng hưởng điện môi nhỏ hơn đáng kể so với bước sóng của tần số quan tâm trong không gian trống (tại$f = 300MHz$, $\lambda = 100 cm$; tại$f = 5GHz$, $\lambda = 6 cm$).