Chipantenne vs. PCB-Antenne:Ein Vergleichsleitfaden

Das Verständnis des Vergleichs zwischen Chipantenne und PCB-Antenne ist wichtig bei der Auswahl von Antennen für Ihre eingebetteten Designs. Ihr elektronisches Gerät benötigt eine Antenne, um eine Verbindung über Hochfrequenz (RF) herzustellen. Die typischen Beispiele für HF-Geräte in der Welt der Elektronikfertigung sind Walkie-Talkie-Bluetooth-fähige Geräte und Satellitenkommunikation. Antennen sind der Hauptbestandteil von HF-Geräten und können deren Leistung erheblich beeinflussen. Hervorragende Leistung, Größenreduzierung und niedrige Kosten sind die Hauptanforderungen für moderne HF-Anwendungen.

In Bezug auf den Vergleich zwischen Chipantenne und PCB-Antenne ist es hilfreich, wenn Sie eine PCB-Trace-Antenne in Betracht ziehen, wenn Sie die Gesamtkosten des Geräts minimieren. Andererseits bieten Keramikchip-Antennen eine effiziente allgemeine Leistung in Bezug auf Miniaturisierung und Leistung. Dieser Artikel geht tief in die Debatte zwischen Chipantenne und PCB-Antenne ein. Es erörtert die Vor- und Nachteile der einzelnen Antennen und die Designanforderungen, die Sie bei der Auswahl der richtigen Antennen für Ihr Design berücksichtigen sollten.

1. Was ist eine Keramik-Chip-Antenne?

Wenn Sie eine Chip-Antenne mit einer PCB-Antenne vergleichen, sollten Sie Keramik-Chip-Antennen für ihren geringeren Platzbedarf anerkennen. Außerdem können Sie sie leicht in Leiterplatten einbauen, um hochfrequente elektromagnetische Frequenzen zu erzeugen. Dennoch haben sie eine begrenzte HF-Reichweite, was sie ideal für kleine Geräte wie Wi-Fi-Router und Smartphones macht. Im Allgemeinen erzeugen und empfangen Chip-Antennen wie andere Antennen Funkfrequenzen. Nur sind sie im Vergleich zu PCB-Antennen kleiner. Es sind jedoch ihre geringen Abmessungen, die es Ihnen ermöglichen, sie effektiv in elektronischen Produkten zu montieren. Außerdem sind sie billigere Alternativen, wenn Sie nicht auf die Produktqualität verzichten möchten.

2. Was ist eine PCB-Trace-Antenne?

Eine Leiterbahnantenne besteht aus einer Leiterbahn, die direkt auf eine Leiterplatte gezogen wird. Es ist wichtig zu wissen, dass der Antennentyp und der Platzbedarf den Leiterbahntyp bestimmen. Zu den PCB-Leiterbahnen, die Sie verwenden können, gehören umgekehrte F-förmige Leiterbahnen, gerade, gekrümmte, mäanderförmige und kreisförmige Leiterbahnen.

Im Allgemeinen fungiert eine PCB-Trace-Antenne als drahtloses Kommunikationsverfahren. Darüber hinaus sollten Sie während der Leiterplattenherstellung Ihre Leiterbahn auf die Leiterplattenoberfläche laminieren. Aber manchmal bedecken Leiterplattenspuren viele Schichten, insbesondere bei mehrschichtigen Leiterplatten.

3. Keramik-Chip-Antenne vs. PCB-Antenne:Vor- und Nachteile

3.1 Keramik-Chip-Antenne

Vorteile

In der Debatte zwischen Chip-Antenne und PCB-Antenne ist unbestreitbar, dass die Verwendung einer Keramik-Chip-Antenne zahlreiche Vorteile bietet. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit einer kostspieligen Prototypenherstellung und Simulationssoftware. Die Netzwerk-Tuning-Kapazität der Antenne und das Fehlen physikalischer Eigenschaften garantieren die oben genannten Vorteile. Keramik-Chip-Antennen bieten weitere Vorteile wie:

• Sie werden als separate Teile geliefert.
• Sie können leicht kleine Größen und zahlreiche Konfigurationen für verschiedene Designs erhalten.
• Die unmittelbare Nähe zu anderen Teilen erzeugt keine nachteiligen Effekte wie bei PCB-Trace-Antennen.
• Umwelt- und menschliche Faktoren verursachen vernachlässigbare Auswirkungen auf Chip-Antennen im Vergleich zu Trace-Antennen.
• Sie bieten flexible Tuning- und Testalternativen.
• Sie können ganz einfach Designänderungen vornehmen.

Nachteile

Wie alles andere auf dieser Welt haben auch Keramikantennen ihre dunkle Seite. Nachfolgend sind die Nachteile von Keramik-Leiterplatten aufgeführt:

• Die anfänglichen Antennen- und Logistikkosten können höher sein als die einer PCB-Trace-Antenne.
• Für eine optimale Umsetzung benötigen Sie einige HF-Kenntnisse.
• Sie hat eine geringere Leistung als eine Spurantenne.

3.2 PCB-Trace-Antenne

Vorteile

Die Befürworter der Debatte zwischen Chipantenne und PCB-Antenne argumentieren, dass eine Leiterbahnantenne schwierig anzuwenden, zu erstellen und abzustimmen ist. Dies gilt insbesondere in einem konsistenten und kleinen Betrieb. Darüber hinaus bestimmen, wie bei einer Drahtantenne, die endgültigen Bandbreitenfrequenzen die Größe einer Leiterbahnantenne. Nachfolgend sind die wichtigsten Vorteile einer PCB-Trace-Antenne aufgeführt.

• Die Produktionskosten sind niedrig, da Sie die Leiterbahn in Ihren Platinenherstellungsprozess integrieren.
• Eine Spurantenne kann eine große Bandbreite aufnehmen, wenn sie maximal abgestimmt ist.
• Leiterplattenstruktur ist einfach, und da Sie die Antenne auf der Oberfläche platzieren, ist das Strukturprofil relativ dünn.
• Es bietet bessere Festigkeitskapazitäten und Netzwerkzuverlässigkeit.
• Sie können es während der Produktion einfach in Ihre Leiterplatte einfügen.

Nachteile

Dies sind die Nachteile einer Trace-Antenne:

• Es ist schwer zu erzeugen, hauptsächlich bei minimalen Frequenzen.
• Eine Spurantenne ist sehr anfällig für PCB-Layout-Modifikationen, die nach jeder Änderung oder Reproduktion eine Abstimmung erfordern.
• Es erfordert viel Platz, mehr noch bei minimalen Frequenzen.
• Die Notwendigkeit einer größeren Platinenfläche erhöht die Designkosten.
• Sie sind anfällig für menschliche und umweltbedingte Faktoren.

4. Chip-Antenne vs. PCB-Antenne:Designtipps für eingebettete Antennen

Antennen sind wesentliche Komponenten des drahtlosen Systems. Die meisten Designer betrachten sie jedoch oft als nachträglichen Einfall. Die Planung Ihres Antennendesigns zu Beginn Ihres Fertigungsprozesses wird von der Produktleistung profitieren. Außerdem werden Verzögerungen und Reproduktionen in den späteren Phasen eliminiert. Nachfolgend finden Sie einige wichtige Tipps, die Sie bei der Vorbereitung eines eingebetteten Antennendesigns unterstützen.

4.1 Materialien

Unabhängig davon, ob Sie die Antennenstruktur auf eine Platte, Kunststoff oder gestanztes Metall schnitzen, stellen Sie sicher, dass diese Materialien beständige dialektische Eigenschaften haben. Kostengünstige dielektrische FR4-Plattenmaterialien unterscheiden sich erheblich von einem Anbieter zum anderen. Aus diesem Grund sollten Sie Ihre Plattenmaterialien von Anfang an spezifizieren.

4.2 Vorschläge zur Physik

Um sicherzustellen, dass Ihr elektronisches Gerät eine hohe Reichweite hat, benötigen Sie ein effektives Antennensystem. Außerdem sollten Sie ausreichend Platz für das Antennensystem einplanen. Beteiligen Sie sich daher bitte an den Anfangsphasen Ihres Gadget-Produktionszyklus. Auf diese Weise können Sie die Designentscheidungen diskutieren und vereinbaren. Sie haben auch die Möglichkeit, potenzielle Kompromisse loszuwerden.

4.3 Produktstandort

Wenn Sie eine Antenne an den äußersten Enden Ihres Produkts platzieren, reagiert es empfindlich auf die unmittelbaren Umgebungsbedingungen. Daher sollten Sie überlegen, wie Sie Ihr Produkt verwenden und wo Sie es platzieren möchten. Beispielsweise sollten Sie sicherstellen, dass Ihre Antenne nicht von den Händen des Endbenutzers verdeckt wird, wenn sie für ein tragbares Gerät natürlich gehalten wird. Fragen Sie sich bei wandmontierten Geräten, ob die Verbraucher sie an metallischen Teilen befestigen. Denn metallische Oberflächen beeinflussen die Produktleistung erheblich.

4.4 Gehäuse und Beschichtungen

Bedecken Sie Ihre Antenne nicht mit einem Metallgehäuse oder verwenden Sie eine Metallbeschichtung, um eine hohe Antennenleistung zu erzielen. Wenden Sie sich außerdem an Ihre Mechaniker- und ID-Kollegen in Ihrem Unternehmen, um sicherzustellen, dass der Bereich um Ihre Antenne frei von potenziell störenden Materialien ist.

4.5 Interne Strukturen

Die Position der inneren metallischen Baugruppen in Bezug auf die Antenne beeinflusst auch die Produktleistung. Beispielsweise ist die Batterie in tragbaren Geräten die Hauptkomponente der allgemeinen Baugruppe. Daher sollten Sie seine Position und Funktion in Ihrem Antennendesign definieren.

4.6 Antennengewicht

Wenn Sie von einer eingebetteten Antenne sprechen, beziehen Sie sich auf eine physische Komponente. Zum Beispiel das geschnitzte PCB-Teil oder der metallisierte Kunststoffabschnitt des Gehäuses. Aber in den meisten Fällen bildet dies einen einzelnen Antennensystemabschnitt. Die Hauptsystemerde besteht aus der verbleibenden Hälfte. Da dies in der Regel die primäre Masse der Platine ist, müssen Sie für genügend Gewicht sorgen, damit die Antenne angemessen schwingen kann.

4.7 Schaltkreisempfindlichkeiten EMI/RFI

Drahtlose Systeme bestehen aus Sendern und Empfängern. Der Sender kann den benachbarten Stromkreis stören. Dies macht den Empfänger anfällig für Interferenzen von den lokalen Schaltungen. Daher sollten Sie Ihre Antenne relativ zu empfindlichen Schaltkreisen positionieren, um eine hohe Leistung des drahtlosen Produkts zu erzielen.

5. Chipantenne Vs. PCB-Antenne:Herausforderungen bei der Antennenfrequenzverstimmung beim Testen

Da das Platinenlayout die Antennenleistung erheblich beeinflusst, müssen Sie es abstimmen, um die maximale Systemleistung zu erreichen. Es ist wichtig zu erkennen, dass eine geeignete elektrische Widerstandsanpassung eine vollständige Frequenzübertragung in dem geeigneten Band erzeugt.

Da das Antennendesign bei Spurantennen zum allgemeinen Platinendesign neigt, ist es für Sie schwierig, die Abstimmung durchzuführen und die maximale Leistung zu erreichen. Außerdem macht die minimale Permittivität der dielektrischen Platte die Antenne zu anfällig für Konstruktionsänderungen und Toleranzvarianten. In solchen Fällen müssen Sie Ihre Platine neu drehen, um die maximale Antennenleistung zu erreichen.

Bei Keramikantennen können Sie Anpassungsaspekte variieren, um der eingebauten Verstimmung Rechnung zu tragen. Die meisten Ingenieure bevorzugen die Π-Typ-Methode, da sie die beste Flexibilität hinsichtlich der Abstimmung der Arbeitsbandbreite bietet.

Beim Entwerfen Ihres bevorzugten Anpassungsnetzwerks können Sie einen Vektornetzwerkanalysator (VNA) verwenden, um Ihre PCB-Testschaltung zu überprüfen. Außerdem hilft Ihnen der VNA bei der Ermittlung des Antenneneingangswiderstands. Sie können den S-Parameter, das VSWR-Band, finden, um die Effizienz Ihrer On-PCB-Keramikantenne zu ermitteln.

WellPCB bietet Optimierungsdienste für Keramikantennen an. Unser HF-Personal passt das Anpassungsnetzwerk mithilfe modernster Technologie an Ihren bevorzugten Widerstand an, um maximale Leistung zu erzielen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Anpassung die Antenneneffizienz für die ausgewählte Bandbreite in der Arbeitsumgebung des Produkts verbessert. Unsere Mitarbeiter bewerten auch Design-Layouts für die richtige Nutzung des PCB-Platzes.

Abschließende Gedanken zu Chipantenne vs. PCB-Antennenvergleich

Beim Vergleich zwischen Chipantenne und PCB-Antenne erfährt eine Chipantenne eine geringere Verstimmung durch menschliche und umweltbedingte Faktoren als eine PCB-Antenne. Zwei Antennen bieten eine bessere Entfernung von Antenne zu Antenne in Multifunkgeräten und übertreffen PCB-Antennen bei der Auswahl des optimalen Antennentyps und der entsprechenden Implementierung.

Sie sollten Ihre Antennenleistung im endgültigen, voll praxistauglichen Produkt mit OTA-Messungen testen. Bei PCB-Antennen sind Bewertungsfehler kostspielig und schwierig zu beheben und erfordern zahlreiche Board-Iterationen. Denken Sie daran, dass die Chip-Antenne ein separates Teil ist; Daher können Sie es einfach und schnell verbessern. Sie können die Abstimmung verdrehen und die Systemleistung testen, indem Sie nur den Antennenteil modifizieren. Wir hoffen, dass der Vergleichsleitfaden für Chipantennen und PCB-Antennen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Antenne für Ihre eingebetteten Designs helfen wird.