Circuito stampato per antenna

Un PCB per antenna è un circuito stampato progettato specificamente per l’irradiazione, la ricezione e la trasmissione di segnali RF o per l’integrazione di moduli antenna. A differenza dei PCB standard per segnali, i PCB per antenna richiedono un controllo rigoroso della costante dielettrica (Dk), della geometria del tracciato in rame e della finitura superficiale, al fine di mantenere un diagramma di radiazione e una frequenza di risonanza costanti. Anche una deviazione di ±0,1 nel valore di Dk può causare una deriva di frequenza misurabile nei progetti di antenne patch. Tra i tipi più comuni di PCB per antenne figurano le antenne patch, le antenne a fessura, le antenne a dipolo, gli array MIMO e i moduli ad array fasato, ampiamente utilizzati nelle comunicazioni WiFi, 5G, GPS, radar e satellitari.

I circuiti stampati per antenne operano da basse frequenze (inferiori a 1 GHz) fino alle frequenze delle onde millimetriche (superiori a 30 GHz). Tra le applicazioni più comuni figurano la tecnologia RFID (125 kHz - 2,45 GHz), le bande ISM (433 MHz, 868 MHz, 915 MHz), il Wi-Fi (2,4 GHz, 5 GHz), le reti cellulari (700 MHz - 6 GHz), il GPS (1,575 GHz) e le onde millimetriche 5G (24-39 GHz).

Il guadagno di un'antenna su circuito stampato varia a seconda del tipo e del design. Le antenne patch raggiungono in genere un guadagno compreso tra 3 e 9 dBi, le antenne monopolo circa 2-3 dBi, i modelli IFA circa 2-5 dBi, mentre le configurazioni ad array possono raggiungere guadagni più elevati, fino a 15 dBi o oltre. Il guadagno effettivo dipende dalle caratteristiche del substrato, dalle dimensioni dell’antenna e dalla configurazione del piano di massa.

I materiali con costanti dielettriche e tangenti di perdita inferiori riducono la perdita di segnale, garantendo così migliori prestazioni in radiofrequenza. Tra i materiali comunemente utilizzati per migliorare le prestazioni in radiofrequenza figurano Rogers, Teflon e FR4.

L'impedenza della traccia dell'antenna è di 50 ohm e anche gli altri componenti RF presenti nel progetto (come i moduli radio) dovrebbero essere impostati a 50 ohm. Le linee di trasmissione che trasportano l'energia RF da e verso l'antenna rappresentano un fattore critico che determina le prestazioni wireless.

Tutti i progetti di circuiti stampati per antenne prevedono una revisione tecnica prima della produzione. Verifichiamo l’idoneità dei materiali alla frequenza operativa, la struttura dello stack-up, lo spessore dello strato dielettrico tra lo strato dell’antenna e quello di massa, lo spessore dello strato di rame, la progettazione dell’impedenza, il calcolo della larghezza delle piste e la fattibilità produttiva. Per i PCB per antenne multistrato che utilizzano una struttura a stratificazione ibrida, verifichiamo anche la compatibilità dei materiali e l’ordine di laminazione. Quando richiedete una revisione, vi preghiamo di fornire i file Gerber, uno schema della struttura a stratificazione, la frequenza operativa e i requisiti di impedenza.

La larghezza minima delle piste e la spaziatura minima per i prodotti avanzati sono pari a 2,5 mil/3 mil, mentre per i prodotti standard sono pari a 3 mil/4 mil. La tolleranza sulla larghezza delle piste è di ±0,01 mm. Per la progettazione di PCB con antenna, la larghezza di alimentazione viene calcolata in base alla costante dielettrica (Dk) del substrato, allo spessore dielettrico e all’impedenza desiderata. Possiamo verificare i vostri calcoli relativi alla larghezza delle piste durante la fase di revisione tecnica pre-produzione, per garantire che la scheda finale prodotta corrisponda al vostro progetto di impedenza.

La frequenza di risonanza dell’antenna dipende direttamente dalla lunghezza elettrica dell’elemento dell’antenna, che a sua volta dipende dalla costante dielettrica del substrato (Dk). Se la costante dielettrica del substrato varia all’interno di uno stesso lotto o addirittura tra lotti diversi, la frequenza di risonanza dell’antenna subirà uno spostamento e il diagramma di radiazione risulterà compromesso. Per un'antenna patch a 5 GHz, una variazione della costante dielettrica di ±0,1 mm può causare uno spostamento di frequenza di circa 100-150 MHz, sufficiente a far sì che l'antenna superi la banda di frequenza prevista. Per i progetti di PCB per antenne con requisiti di elevata precisione di frequenza, utilizziamo materiali con tolleranze rigorose sulla costante dielettrica, come il Taconic TLY-5 (costante dielettrica 2,22 ± 0,02) e il Rogers RO4350B (costante dielettrica 3,48 ± 0,05).

Si prega di preparare le seguenti informazioni: file Gerber (formato ZIP), requisiti dei materiali (ad es. Rogers RO4350B 0,508 mm), struttura di stratificazione del PCB, spessore della scheda, spessore della lamina di rame, trattamento superficiale, quantità, frequenza operativa e requisiti di impedenza. Per i PCB con antenna, si prega di fornire anche lo spessore dello strato dielettrico tra lo strato dell’antenna e lo strato di massa, poiché questo influisce direttamente sull’impedenza e sulla frequenza di risonanza dell’antenna. Dopo il contatto iniziale, è possibile inviare il file Gerber tramite WhatsApp o e-mail.