Antena Chip vs. Antena PCB: Escolhendo a Solução RF Ideal para Designs Embarcados

Entender a comparação entre antena chip e antena PCB é importante na escolha de antenas para seus designs embarcados. Seu dispositivo eletrônico precisa de uma antena para se conectar através de radiofrequência (RF). Exemplos típicos de dispositivos RF no mundo da manufatura eletrônica são walkie-talkies, gadgets com Bluetooth e comunicações via satélite. Antenas são o ingrediente principal em gadgets RF e podem influenciar significativamente seu desempenho. Super desempenho, redução de tamanho e baixo custo são os principais requisitos para aplicações RF modernas.

Em relação à comparação entre antena chip e antena PCB, ajuda considerar uma antena de traço PCB ao minimizar o custo total do dispositivo. Por outro lado, antenas chip cerâmicas fornecem desempenho geral eficiente em relação à miniaturização e desempenho. Este artigo aprofunda o debate entre antena chip e antena PCB. Discute os prós e contras de cada uma e os requisitos de design que você deve considerar na escolha da antena certa para usar em seu design.

1. O que é uma Antena Chip Cerâmica?

Ao comparar uma antena chip vs antena PCB, você deve reconhecer antenas chip cerâmicas por suas menores necessidades espaciais. Além disso, você pode facilmente incluí-las em placas de circuito para gerar frequências eletromagnéticas de alta frequência. No entanto, elas têm alcances RF limitados, tornando-as ideais para pequenos gadgets, como roteadores Wi-Fi e smartphones. Em geral, antenas chip produzem e recebem radiofrequências como outras antenas. Apenas são menores em tamanho comparadas a antenas PCB. No entanto, são seus tamanhos pequenos que permitem montá-las efetivamente dentro de produtos eletrônicos. Além disso, são alternativas mais baratas quando você não quer sacrificar a qualidade do produto.

2. O que é uma Antena de Traço PCB?

Uma antena de traço PCB consiste em um traço desenhado diretamente em uma placa de circuito. É essencial perceber que o tipo de antena e os requisitos de espaço determinam o tipo de traço. Os traços PCB que você pode usar incluem traços em F invertido, retos, curvos, meandriformes e circulares.

Em geral, uma antena de traço PCB atua como um método de comunicação sem fio. Além disso, durante a fabricação de PCB, você deve laminar seu traço na superfície da placa. Mas às vezes traços PCB cobrem muitas camadas, especialmente em PCIs multicamadas.

3. Antena Chip Cerâmica vs. Antena PCB: Prós e Contras

3.1 Antena Chip Cerâmica

Prós

No debate antena chip vs antena PCB, é inegável que o uso de uma antena chip cerâmica apresenta numerosos benefícios. Especificamente, remove a necessidade de produção de protótipos caros e software de simulação. A capacidade de ajuste de rede da antena e a ausência de propriedades físicas garantem os benefícios acima. Antenas chip cerâmicas fornecem mais benefícios como:

• Vêm como peças separadas.
• Você pode facilmente obter tamanhos pequenos e numerosas configurações para diferentes designs.
• A proximidade com outras peças não cria efeitos adversos como em antenas de traço PCB.
• Fatores ambientais e humanos causam impactos insignificantes em antenas chip comparadas a antenas de traço.
• Oferecem alternativas flexíveis de ajuste e teste.
• Você pode facilmente introduzir modificações de design.

Contras

Como qualquer outra coisa neste mundo, antenas cerâmicas também têm seu lado negativo. Abaixo estão os contras de PCBs cerâmicos:

• Os custos iniciais da antena e logística podem ser mais caros que os de uma antena de traço PCB.
• Você requer algum conhecimento de RF para implementação ideal.
• Tem desempenho inferior ao de uma antena de traço.

3.2 Antena de Traço PCB

Prós

Os proponentes do debate antena chip vs antena PCB argumentam que uma antena de traço é difícil de aplicar, criar e ajustar. Isso é particularmente verdadeiro em uma operação consistente e pequena. Além disso, como uma antena de fio, as frequências de largura de banda finais determinam o tamanho de uma antena de traço. Abaixo estão os principais benefícios de uma antena de traço PCB.

• Custos de produção são baixos, pois você integra o traço no seu processo de fabricação da placa.
• Uma antena de traço pode acomodar uma largura de banda ampla quando maximamente ajustada.
• A estrutura de antena de traço PCB é simples, e como você coloca a antena na superfície, o perfil da estrutura é relativamente fino.
• Fornece melhores capacidades de força e confiabilidade de rede.
• Você pode facilmente inseri-la em seu PCB durante a produção.

Contras

Estes são os contras de uma antena de traço:

• É difícil de criar, principalmente em frequências mínimas.
• Uma antena de traço é altamente propensa a modificações de layout de PCB, exigindo ajuste após cada alteração ou reprodução.
• Exige amplo espaço, mais ainda em frequências mínimas.
• A necessidade de maior espaço na placa aumenta as despesas de design.
• São suscetíveis a fatores humanos e ambientais.

4. Antena Chip vs. Antena PCB: Dicas de Design de Antena Embarcada

Antenas são componentes essenciais do sistema sem fio. No entanto, a maioria dos designers frequentemente as considera como um pensamento posterior. Planejar seu design de antena no início do seu processo de fabricação capitalizará o desempenho do produto. Além disso, também eliminará atrasos e reproduções nas fases posteriores. Abaixo estão algumas dicas cruciais para auxiliá-lo na preparação de um design de antena embarcada.

4.1 Materiais

Seja você esculpindo a estrutura da antena em uma placa, plástico ou metal estampado, garanta que esses materiais tenham propriedades dielétricas estáveis. Materiais de placa dielétrica FR4 de baixo custo diferem significativamente de um fornecedor para outro. É por isso que você deve especificar seus materiais de placa desde o início.

4.2 Sugestões de Física

Para garantir que seu dispositivo eletrônico tenha um alto alcance de desempenho, você precisa de um sistema de antena eficaz. Além disso, você deve permitir espaço adequado para o sistema de antena. Portanto, por favor, participe das etapas iniciais do ciclo de produção do seu gadget. Isso permitirá que você discuta e concorde com as escolhas de design. Você também terá a oportunidade de se livrar de quaisquer compromissos potenciais.

4.3 Localização do Produto

Quando você coloca uma antena nas extremidades do seu produto, ela se torna sensível às condições ambientais imediatas. Portanto, você deve considerar como planeja usar seu produto e onde pretende localizá-lo. Por exemplo, você deve garantir que sua antena não seja coberta pelas mãos do usuário final quando segurado naturalmente para um gadget portátil. Para dispositivos montados em parede, pergunte-se se os consumidores os fixarão em partes metálicas. Isso ocorre porque superfícies metálicas afetam significativamente o desempenho do produto.

4.4 Gabinetes e Revestimentos

Não cubra sua antena em um gabinete metálico ou use revestimento metálico para ter alto desempenho de antena. Além disso, contate seus colegas mecânicos e de ID em sua empresa para garantir que a região ao redor de sua antena esteja livre de quaisquer materiais potencialmente perturbadores.

4.5 Estruturas Internas

A localização de montagens metálicas internas em relação à antena também influencia o desempenho do produto. Por exemplo, em gadgets vestíveis, a bateria é o componente principal da montagem geral. Portanto, você deve definir sua localização e função em seu design de antena.

4.6 Peso da Antena

Quando você fala sobre uma antena embarcada, você está se referindo a um componente físico. Por exemplo, a parte esculpida no PCB ou a seção de caixa plástica metalizada. Mas na maioria dos casos, isso forma uma única porção do sistema de antena. O terra principal do sistema consiste na metade restante. Como este é geralmente o terra principal da placa, você deve garantir peso suficiente para permitir que a antena vibre apropriadamente.

4.7 Sensibilidades de Circuito EMI/RFI

Sistemas sem fio compreendem transmissores e receptores. O transmissor pode interferir no circuito adjacente. Isso torna o receptor vulnerável a interferências dos circuitos locais. Portanto, você deve posicionar sua antena relativa a circuitos sensíveis para alcançar alto desempenho de produto sem fio.

5. Antena Chip vs. Antena PCB: Desafios de Desafinação de Frequência da Antena durante Testes

Como o layout da placa impacta significativamente o desempenho da antena, você precisa ajustá-la para alcançar o máximo desempenho do sistema. É essencial perceber que o casamento de impedância elétrica apropriado produz transmissão de frequência total na banda apropriada.

Com antenas de traço, como o design da antena é inclinado ao design geral da placa, é difícil para você realizar o ajuste e estabelecer o máximo desempenho. Além disso, a permissividade dielétrica mínima da placa torna a antena muito vulnerável a alterações de design e variantes de tolerância. Em tais casos, você precisa refazer seu PCB para atingir o máximo desempenho da antena.

Com antenas cerâmicas, você pode variar aspectos de casamento para atender à desafinação embutida. A maioria dos engenheiros prefere o método tipo-Π, pois fornece a melhor flexibilidade em relação ao ajuste da largura de banda de trabalho.

Ao projetar sua rede de casamento preferida, você pode usar um Analisador de Rede Vetorial (VNA) para revisar seu circuito de teste de PCI. Além disso, o VNA ajudará você a estabelecer a impedância de entrada da antena. Você pode encontrar o parâmetro S, a banda VSWR, para obter a eficiência da antena cerâmica on-PCB.

WellPCB fornece serviços de otimização de antena cerâmica. Nossa equipe de RF ajustará a rede de casamento à sua impedância preferida usando tecnologia de ponta para desempenho máximo. É importante notar que o casamento melhora a eficiência da antena para a largura de banda selecionada no ambiente de trabalho do produto. Nossa equipe também avalia layouts de design para uso adequado do espaço de PCI.

Considerações Finais sobre Comparação Antena Chip vs. Antena PCB

Em relação à comparação antena chip vs antena PCB, uma antena chip experimenta menos desafinação de fatores humanos e ambientais do que uma antena PCB. Duas antenas oferecem melhor afastamento antena-antena em dispositivos multi-rádio e superam antenas PCB ao escolher o tipo de antena ideal e implementá-lo adequadamente.

Você deve testar o desempenho de sua antena no produto final, totalmente prático, usando medições OTA. Com antenas PCB, falhas de avaliação são caras e desafiadoras para resolver e exigem inúmeras iterações de placa. Lembre-se, a antena chip é uma peça separada; portanto, você pode facilmente e rapidamente melhorá-la. Você pode ajustar o casamento e testar o desempenho do sistema modificando apenas a peça da antena. Esperamos que o guia de comparação antena chip vs antena PCB o ajude a escolher a antena certa para seus designs embarcados.