チップ アンテナの動作は、非常に予測不可能です。アンテナは、テスト用の設備として使用されるとき、および最終的にデバイスに統合されるときに機能する可能性があるためです。 ただし、アンテナについてはそうとも言えません。

チップアンテナとは何ですか?

チップアンテナは、設置面積がコンパクトなことで知られるユニークなアンテナです。 高周波の電磁波を放射するために、回路基板に組み込まれることが多い。 範囲が限られているため、携帯電話や WiFi ルーターなどの小型デバイスに最適です。

通常のアンテナとチップアンテナの主な違いは、どちらも電磁波を送信および受信できますが、そのサイズが小さいことです。 品質を考慮すると、それほど高価ではありません。 より大きなサイズのアンテナが実現できない場合は、チップ上のアンテナが最良の選択肢となります。

フラクタル幾何学を利用することは、プリント基板に追加するアンテナを設計する信頼性の高い方法です。 このフラクタル幾何学は、材料の周囲を長くするか、電磁放射を放出する材料の長さを最適化する基本的な形状を繰り返すことによって作成される複雑なパターンとして説明できます。

これらのアンテナは信号の波長と一致する必要があります。 また、フラクタル パターンは少なくとも 2 つの異なる比率で保存される必要があります。 さまざまな設置面積に合わせて調整できるこれらのアンテナは、モバイル ガジェットにも見られます。 一般に、フラクタル アンテナは優れた帯域幅と利得を持っています。 フラクタル アンテナの設計では、機能するために追加の部品は必要ありません。 これにより、柔軟性がさらに高まります。

チップアンテナの設計

チップ アンテナは、ワイヤレス製品に小型でポータブルなソリューションを提供します。 少しのスペースと地上高が必要なだけです。 ユーザーは、代わりに、PIFA、パッチ、ダイポールなどの大型アンテナよりもわずかに劣るパフォーマンスを受け取ります。 ただし、注意が必要な制限がいくつかあります。

地上面に注意してください

実際、チップはアンテナ設計のわずか半分を占めます。 PCB のグランドプレーンは残りの半分を構成します。 モノポールと同様に、グランドプレーンの形状とサイズは、チップ上のアンテナの調整だけでなく放射パターンにも直接影響します。

データシートの大部分には、アンテナの最大ゲイン、リターンロス、帯域幅、放射パターン、その他の特性が記載されています。 それらはまた、図面を構成することになる。 PCB の寸法に気づきましたか? この特定のグランドプレーンから取得された測定値が、報告されたすべての性能数値の基礎として機能しました。 デバイスに組み込むチップ アンテナが異なる寸法の PCB に適合する可能性は十分にあります。 したがって、パフォーマンスはデータシートに示されているものとは異なります。 また、性能評価は屋外で行われたため、アンテナは製品内に組み込まれる可能性があります。

チップアンテナのレイアウト

チップ アンテナの特定の側面の近くにのみ金属を配置できることに注意してください。 両側が地面になるようにチップを 1 つの角にのみ配置する必要があります。 地球に対して垂直になる 3 つの側面を通してチップを配置するのは間違っています。

前述したように、アンテナは直接影響を受けます。 通常より地面が近づくとパフォーマンスが低下します。 地面が通常よりも遠くなると性能も変化します。

プリントアンテナとチップアンテナの違い

プリントアンテナの意味とその仕組み

PCB は、一般にマイクロストリップ アンテナと呼ばれるプリント アンテナに役立ちます。 また、銅プレーンの上部領域に配置された独自の幾何学的デザインで構成されており、放射回路のインピーダンスと周波数に適合する正確な長さと幅を備えています。 この場合、逆 F、円形、直線のトレースなどの多くのパターンが関係します。

プリント アンテナは、従来のワイヤ アンテナを簡略化して縮小したものと考えることができます。 マイクロストリップトレースと銅プレーンの寸法に関しては、異なる周波数とインピーダンスを保持できます。

チップアンテナを理解する

チップ アンテナは、誘電体共振器アンテナとして知られる導電性表面間の誘電体が充填されたセラミック キャビティとして構築されます (セラミック コンデンサの構築方法と同様)。 これは定常波を生成し、空洞共振器と呼ばれます。 PCB アンテナと同様に、この同じインピーダンスと周波数も導電面の形状に依存しますが、材料の誘電率が高いため、同じ波長に対するアンテナのサイズを大幅に縮小できる可能性があります。

両方のアンテナがどのように構築されたかは別として、どのような違いがあるのでしょうか?
両方のアンテナの開発中に、考慮すべき要素がいくつかありました。 これらすべての要素の中で最も明らかなのはサイズです。 チップ アンテナを小さなコンポーネントとして使用する場合と比較して、プリント アンテナを使用した設計では、トレースと銅プレーンのためにより大きなスペースが必要になることに注意することが重要です。

もう 1 つの重要な要素は気候と気温です。 近接回路の電磁干渉は、プリント アンテナに影響を与える可能性が最も高くなります。 また、回路基板上の他のすべての銅層を含め、アンテナの照射領域に近い金属物体が性能を制限する可能性があるため、アンテナ領域にはすべての導電性コンポーネントや配線がすべてのレベルにわたって存在しないようにする必要があります。

チップ アンテナの性能と有効性の 50% は効率的なグランド プレーンの実行に依存しますが、チップ アンテナはこの問題の影響を受けにくいですが、グランド プレーンから発生するノイズに対してより敏感になる傾向があります。

チップアンテナの性能は何ですか？

 

チップアンテナの効果は以下の要因によって大きく変わります。 それぞれについて簡単に検討してみましょう。

レイアウト

チップ上のアンテナの有効性は、プリント基板上でコンポーネントがどのように間隔をあけて配置されるかによって大きく影響されます。 チップ アンテナには、完全な共振回路を作成するために適切なサイズのグランド プレーンが適切に配置されている必要があります。

ダイポールは、長さ 3 ～ 4 cm、幅 1 ～ 2 cm のグランドプレーンによって作成されます。 ただし、この平面がより大きい場合は、モノポール アンテナとして機能することになります。 この PCB はグランドプレーンとして機能できます。 ただし、アンテナ自体はプリント基板の端に取り付けて配置する必要があります。 これは上部セクションにあり、ボードの残りの部分から隔離されており、放射に影響を与えたり、干渉したりする可能性のある金属物体がありません。

さらに、マイクロストリップ ラインとグランド プレーンの両方が比例する必要があります。 給電線は、マイクロストリップ線路に対して垂直であることに加えて、できるだけ短くする必要があります。 これは、共振システムの寄生コンポーネントになるのを避けるためです。 基板の穴を通して慎重に配置されたビアは、プリント基板の端に生じる電界を軽減するのに役立ちます。

パネルチップアンテナの選択

多くの携帯機器で広く使用されているため、チップ アンテナはゴム引きまたはポリマー製の筐体内に組み込まれています。 これは、ストレス、振動、ほこり、湿気、化学物質などの有害な要素から回路基板を保護するのに役立ちます。

筐体や金属部品は最小限に抑える必要があります。 さらに、チップの放射パターンは、これらのエンクロージャやケーシングの影響を受ける可能性があります。 だからこそ、それらは適切かつ慎重に検査されなければなりません。

セラミックチップアンテナのメリットとデメリットは何ですか?

セラミックアンテナの使用にはさまざまな利点があります。 たとえば、モデリング ソフトウェアの必要性が減り、高価な新しいプロトタイプの製作が不要になります。 これは、アンテナに物理的品質が欠けており、ネットワークの調整が必要なためです。 一般に、これは継続的なプロトタイプ製造の結果としてコンポーネントを無駄にしないため、経済的です。

セラミック アンテナのその他の利点は次のとおりです。

さまざまな設定があります
縮小サイズ
部品や環境からのノイズの影響を受けにくい
セラミックアンテナはPCB設計ガイドラインの設計ガイドラインへの変更に対応します
シミュレーションの負荷が低くなります。
交換はとても簡単です
ただし、セラミック チップ アンテナにはいくつかのマイナスの副作用があります。 これらには次のものが含まれます。

セラミックチップアンテナの購入価格や付属部品の必要性など、初期コストが高くなります。 ユニットあたりのコストは平均して約 0.10 ドルから 1.60 ドルの範囲です。 ただし、これは平均価格であり、最高価格ではないことに注意してください。
この PCB トレース アンテナは、セラミック チップ アンテナと比較して優れたパフォーマンスを発揮します。
全体として、セラミック チップ アンテナは設計段階が完了した後に回路基板に導入されるため、より柔軟な調整が可能になります。 表面実装配置を使用しているため、ハードウェアの迅速なアップグレードも可能です。

セラミック チップ アンテナにより、設計にさらに大きなスペースと開放性がもたらされます。 これにより、すべてのスタックでさらにコンポーネントを使用できるようになります。 また、これにより、より多くのコンポーネントを追加できるだけでなく、より小型のプリント回路基板の利用も可能になります。 これにより、全体的にコスト効率の高い設計が実現します。 さらに、多層設計であれば、大幅な節約効果が見込めることは間違いありません。

アンテナのマッチングとは何を意味しますか?

アンテナのマッチングは、PCB 上の他の無線周波数回路とアンテナ (モジュールまたはチップ) のインピーダンスが適切にマッチングされるように設計を変更するプロセスとして説明できます。 効果的で生産性の高いアンテナを構築するには、このインピーダンスが約 50 オームである必要があります。 これは、PCB またはハウジング上の近くのコンポーネントからの干渉により、アンテナの周波数が変化する可能性があるためです。

これを実現する信頼できる方法の 1 つは、設計にインピーダンス整合回路を組み込むことです。 Antenova は、アンテナの調整と最適化を可能にするために、パイ (TT) マッチング回路を使用することを推奨しています。 シングルバンド アンテナの場合、π 整合回路には 3 つのコンポーネント (コンデンサとインダクタ) が含まれる場合があり、マルチバンド アンテナの場合はさらに多くのコンポーネントが含まれる場合があります。 また、これは、特に手に持ったり体に装着したりするときなど、アンテナがあまり理想的ではない場所で動作しなければならない実際の状況において、設計内でアンテナのパフォーマンスを調整するのに役立つアプローチとしても機能します。

さらに、埋め込みアンテナが PCB 上に配置される場合は常に、共面接地導波路が推奨されます。 これにより、ビアの必要性がなくなり、ビアは伝送線路への損失や整合コンポーネントへのインダクタンスに寄与するため、好ましいことになります。 これは、誤った調整値につながります。

チップアンテナの市場動向

チップ アンテナは、電波を電気信号に、またはその逆に変換する小さなアンテナです。 IoT デバイスにおけるチップ アンテナの普及、スマート アンテナの需要の増加、インターネットの普及、スマートフォンの使用の増加、および 5G テクノロジーの改善が、市場の拡大を推進する主な要因でした。

ただし、さまざまな無線アプリケーションに一貫した周波数スペクトルがないと、市場の拡大が妨げられる可能性があります。 一方で、5G技術の発展は、予想される期間にわたってチップアンテナ市場に拡大の大きなチャンスをもたらすでしょう。 エンドユーザー、タイプ、アプリケーション、地域に基づいて、このチップアンテナ市場は大きく分類できます。

市場の誘電体チップ アンテナと LTCC チップ セグメントはタイプによって分類されます。 Bluetooth チップ アンテナ、マルチ バンド/デュアル バンド、GPS/GNSS (GPS セラミック アンテナ)、WLAN/Wi-Fi、NFC チップ アンテナおよびその他のアプリケーションがこのアプリケーション セグメントを構成します。 この市場はエンドユーザーによって調査され、ヘルスケア、家庭用電化製品、自動車、通信などのセグメントにも分類されます。

結論

チップアンテナとは何かについて説明できたでしょうか。 RF デバイスの主要コンポーネントを形成するアンテナは、その動作方法に大きな影響を与えます。 現在の RF アプリケーションの主な基準は、高性能、サイズの縮小、およびコストの削減です。 セラミック チップ アンテナの使用には多くの利点があります。 最も重要なのは、高価なシミュレーション ソフトウェアやプロトタイプ作成ソフトウェアが不要になることです。