Comment fonctionne une antenne à puce?

Il existe de nombreux guides sur l'utilisation des antennes à puce, avec ou sans baluns, sur la configuration des cartes, etc., mais je n'ai trouvé aucune information sur le fonctionnement fondamental des antennes à puce et sur leur fabrication.

Quelqu'un peut-il fournir des informations, ou des liens vers plus d'informations?

$\dfrac{\lambda} {\sqrt{\epsilon}}$$\epsilon$

Ces résonateurs ont des propriétés similaires à celles des antennes dipôles classiques. Le diagramme de rayonnement d’une antenne à puce typique (à droite, source ) est pratiquement identique au diagramme d’un dipôle (à gauche, source ):

(les deux antennes sont orientées verticalement, de même que les sections de diagramme de rayonnement)

La différence est qu’au lieu de la structure métallique, l’onde stationnaire dans l’antenne de la puce est créée à l’intérieur d’une puce diélectrique à constante de permittivité élevée. Cela apporte deux avantages principaux:

• haute permittivité réduit la taille de l'antenne pour la même longueur d'onde
• les structures métalliques deviennent de plus en plus perdantes à mesure que la fréquence augmente, les résonateurs diélectriques ne souffrent pas de ces pertes

En raison de ces propriétés, les antennes à puce sont souvent utilisées dans les applications mobiles et à haute fréquence, telles que le GPS ou les radios 2,4 GHz.

Pour une lecture plus approfondie, je recommanderais cette note d’application de TI, qui traite de nombreuses conceptions différentes d’antennes de circuits imprimés, y compris trois antennes à puce différentes:

Pour discuter de la fabrication et de la structure des antennes à puce, considérons d’abord quelques images d’antennes présentant des motifs de métallisation évidents:

De Mitsubishi Materials, le AM11DP-ST01 * :

Toute une gamme de ces antennes avec métallisation externe visible permet un fonctionnement large ou étroit. Le plus petit, AM03DG-ST01 , atteint environ 3,2 mm de long.

Le noyau de ces antennes est un composé de céramique exclusif décrit dans le texte de marketing de la ligne de produits d' antenne comme:

Les antennes à puce diélectriques montables en surface sont le résultat de l’harmonisation de notre longue expérience dans les technologies des matériaux et des procédés céramiques pour les applications haute fréquence et des technologies de conception RF de pointe.

Cependant, ces antennes ne doivent pas nécessairement être construites à partir de bases en céramique rigides. Par exemple, le Molex 47948-0001 avec "LCP-LDS, Vectra E840ILDS , grade LDS 40% chargé de minéraux" en tant que matériau structural / diélectrique principal:

Ici, la métallisation de l'antenne est ajoutée au polymère chargé de minéraux selon un processus connu sous le nom de structuration directe au laser. Dans ce processus (téléchargement de la présentation PDF) , les géométries de précision fine sont définies en marquant le matériau moulé par injection avec un laser, puis en fixant des matériaux conducteurs aux zones marquées. Ce matériau conducteur permet le placage sans courant de cuivre / nickel / or pour former la métallisation complète de la structure de l’antenne. De plus, cette antenne est conçue pour ne pas exiger de dégagement au sol, ce qui lui permet d'être montée avec des composants du côté opposé protégés par un plan de masse intérieur dans la carte de circuit imprimé.

En ce qui concerne les mystérieuses puces de matériau qui sont peut-être plus facilement reconnues comme des antennes à puce en céramique , il est évidemment peu probable que les conceptions commerciales fassent publier la conception des structures métalliques internes. Pour voir à l'intérieur de ces pièces de céramique, il est nécessaire de publier le dessin des films métalliques délicats déposés à l'intérieur du matériau avant le frittage. La place pour cela: les revues de recherche.

Commençons par une conception de prisme rectangulaire familière pour un fonctionnement sur deux bandes à 900 MHz et à 2100 MHz:

Une autre conception de ce type pour le fonctionnement UMTS (1920-2170 MHz) utilisant la métallisation dans un support en céramique:

Il existe également une conception céramique cylindrique avec une métallisation de surface pour les applications WiFi bi-bande 2,4 GHz et 5 GHz:

Une conception finale de la métallisation de surface basée sur le dépôt de surface sur un prisme rectangulaire en diélectrique en céramique pour un fonctionnement ISM à 2,4 GHz:

Compte tenu de la grande variété de motifs métalliques intérieurs et extérieurs utilisés, il est presque certain que les options standard pour les antennes miniaturisées ne font appel à aucun modèle dominant. L'utilisation de haute$\epsilon_r$Les matériaux en vrac (5-50) permettent la création d’ antennes à résonateur diélectrique nettement inférieures à la longueur d’onde de la fréquence considérée dans l’espace libre$f = 300MHz$, $\lambda = 100 cm$; à$f = 5GHz$, $\lambda = 6 cm$).