PусскийPусский
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2025-11-13 Происхождение:Работает
В невидимом мире беспроводной связи антенна действует как важный шлюз, преобразующий электрические сигналы в электромагнитные волны и наоборот. Выбор антенны может повлиять на производительность, размер и стоимость вашего устройства Интернета вещей, смартфона или телекоммуникационной инфраструктуры. Среди множества вариантов керамические антенны и антенны на печатной плате выделяются как две наиболее распространенные и часто сравниваемые технологии. В этой статье представлен углубленный анализ производительности керамической антенны по сравнению с антенной на печатной плате , который дает инженерам, проектировщикам и специалистам по закупкам возможность сделать осознанный выбор на основе технических достоинств и требований применения. Мы проанализируем их фундаментальные принципы, сравним ключевые показатели эффективности и исследуем, как ведущие производители, такие как Zhengzhou LEHENG Electronic Technology Co., Ltd., используют эти технологии для предоставления надежных решений в глобальной сфере связи.
Чтобы сделать разумный выбор между керамической антенной и антенной на печатной плате, необходимо сначала понять конструкцию их сердцевины и лежащую в ее основе физику, управляющую их работой.
Керамическая антенна — это тип антенны, изготовленной на керамической подложке с высокой диэлектрической проницаемостью. Эта высокая диэлектрическая проницаемость позволяет антенне резонировать на необходимой частоте при гораздо меньшем физическом размере по сравнению с ее аналогами с низкой диэлектрической проницаемостью. Это делает его отличным выбором для миниатюрных устройств, где пространство имеет большое значение.
Керамические антенны в основном производятся двумя методами:
Объемные керамические антенны : они создаются путем спекания целого керамического блока при высоких температурах. Затем металлический излучающий элемент печатается на поверхности этого керамического блока.
Многослойные керамические антенны : в них используется технология низкотемпературного совместного нагрева керамики (LTCC). Несколько слоев керамической зеленой ленты печатаются с металлическими проводниками, складываются друг на друга, а затем совместно обжигаются при высоких температурах. Этот усовершенствованный процесс позволяет создавать сложные трехмерные структуры на компактной площади, обеспечивая большую гибкость проектирования и дальнейшее уменьшение размеров. Инновационное использование LTCC является ключевым фактором недавних прорывов, таких как разработка керамических чипов субгигагерцового диапазона, которые преодолевают традиционные ограничения по размерам для приложений LPWA (маломощные широкополосные устройства).
Антенна на печатной плате в своей простейшей форме представляет собой дорожку, выгравированную непосредственно на печатной плате самого устройства. Это проводящий рисунок, который может принимать различные формы, например перевернутую букву F (IFA), извилистую линию или участок, предназначенный для излучения электромагнитной энергии. Его основное преимущество как фундаментального компонента интегрированных антенных систем заключается в его низкой стоимости и бесшовной интеграции.
Преимущества и недостатки антенн на печатной плате очевидны:
Не требуют дополнительных компонентов.
Незначительная стоимость единицы продукции.
Никакой отдельной сборки не требуется.
Менее подвержены физическим повреждениям, поскольку являются частью основной платы.
Производительность сильно зависит от расположения окружающей платы и шума от других компонентов.
Часто страдают от более высоких вносимых потерь, менее эффективных диаграмм направленности и, как правило, более низкой общей эффективности излучения по сравнению со специальными антенными решениями.
Выбор правильной антенны предполагает сопоставление нескольких технических параметров с требованиями вашего проекта. В следующей таблице представлен общий обзор того, как складываются эти два типа антенн.
| Характеристика | Керамическая антенна | Антенна на печатной плате |
|---|---|---|
| Размер и интеграция | Очень маленький, автономный компонент | Больший размер, интегрирован в плату |
| Радиационная эффективность | Высокий (например, до 75% и выше) | От умеренного до низкого (восприимчив к шуму платы) |
| Стабильность производительности | Превосходно, менее подвержено влиянию окружающей среды на печатной плате | Переменная, сильно зависит от конструкции и компоновки платы. |
| Стоимость единицы | Выше | Очень низкий |
| Сложность дизайна | Выше, требуется согласование импеданса | Ниже, но требует тщательной разводки ВЧ |
| Идеально подходит для | Приложения с ограниченным пространством, высокой производительностью и суровыми условиями окружающей среды | Экономически чувствительные потребительские товары в больших объемах с менее строгими требованиями к производительности. |
Чтобы выйти за рамки общего обзора, давайте рассмотрим конкретные данные о производительности и сравнение продуктов с реальными.
Эффективность излучения является важнейшим показателем, показывающим, насколько эффективно антенна преобразует входную мощность в излучаемые волны. Керамические антенны в этом отношении неизменно превосходят антенны на печатной плате . Например, керамическая антенна AANI-CH-0171 LTCC компании Abracon для субгигагерцевых приложений имеет эффективность излучения 75% (потери -1,2 дБ). Напротив, антенны на печатных платах из-за их близости к материалам печатных плат с потерями и помехам часто демонстрируют значительно более низкую эффективность, что напрямую приводит к более короткой дальности связи или более высокой требуемой мощности передачи.
Стремление к устройствам меньшего размера делает миниатюризацию ключевым полем битвы. Керамические антенны с их высокой диэлектрической проницаемостью имеют естественное преимущество. Современная керамическая антенна суб-ГГц имеет размеры всего 7,0x2,0x0,8 мм. Это достижение достигается за счет многослойного укладки 3D LTCC, которое уменьшает занимаемую площадь более чем на 60% по сравнению с традиционными решениями. Хотя антенны на печатной плате можно сделать небольшими, для достижения эффективного излучения на более низких частотах (например, субГГц) требуется большая площадь трассы, что может быть ограничивающим фактором в компактных конструкциях.
Для промышленного, автомобильного или наружного применения производительность в условиях воздействия окружающей среды не подлежит обсуждению. усовершенствованные Для этого созданы Они обеспечивают широкую температурную стабильность: некоторые модели, сертифицированные AEC-Q200, надежно работают в диапазоне от -40°C до +125°C с минимальными колебаниями эффективности. Ключевым нововведением является возможность монтажа на металле: в конкретных конструкциях предусмотрена металлическая изоляция задней полости, что позволяет монтировать их непосредственно на металлические поверхности с минимальным ухудшением характеристик — сценарий, который серьезно повредил бы большинство керамические антенны . антенн на печатных платах..
Обе антенны могут охватывать популярные диапазоны частот, но их пригодность зависит от применения.
Керамические антенны известны своей эффективностью в антеннах GPS и GNSS, антеннах 5G и других высокоточных приложениях. Их конструкция также выходит на новые горизонты, например, многослойные структуры с двойной поляризацией для систем 5G/B5G, которые обеспечивают широкую полосу пропускания и высокую изоляцию.
PCB-антенны — это рабочие лошадки для антенн WiFi, модулей Bluetooth и приложений Zigbee в экономичной бытовой электронике. Однако для очень низкочастотных протоколов, таких как LoRa или Sigfox (в диапазонах ниже ГГц), может быть целесообразна тщательно спроектированная антенна на печатной плате , но специализированная антенна на керамическом чипе часто обеспечивает гораздо лучшее соотношение размера и производительности.
Антенная индустрия не стоит на месте. Инновации обусловлены требованиями 5G-Advanced, Интернета вещей (IoT) и спутниковой связи. Согласно отчету о рынке за 2025 год, глобальный рынок антенн меняется под воздействием трех ключевых факторов: коммерциализации 5G-Advanced, развертывания спутникового Интернета и роста количества «умных» подключенных автомобилей.
Поиски более высокой эффективности и меньших размеров продолжают стимулировать исследования материалов. Использование современной керамики в процессах LTCC (низкотемпературной керамики совместного обжига) является ярким примером, позволяющим создавать миниатюрные трехмерные структуры, обсуждавшиеся ранее. Кроме того, такие материалы, как жидкокристаллический полимер (LCP), набирают популярность для гибких высокочастотных применений.
Будущее не за одним типом антенн, а за сложными системами. Мы движемся к «умным антеннам», которые используют ИИ для динамической настройки диаграммы направленности для достижения оптимальной мощности сигнала. Кроме того, интеграция нескольких технологий — например, керамической патч-антенны для GPS и печатной MIMO-антенны для Wi-Fi в одном устройстве — становится обычным явлением для поддержки нескольких стандартов беспроводной связи. Именно здесь поставщик с широким портфолио, такой как Zhengzhou LEHENG , который предлагает все, от антенн GPS/GNSS и 5G до комбинированных антенн и антенн MIMO, обеспечивает явное преимущество.
В приведенной ниже матрице решений изложены основные критерии выбора, которыми можно руководствоваться при выборе.
| Приоритет вашего проекта | Рекомендуемый тип антенны | Основное обоснование |
|---|---|---|
| Ультра-низкая стоимость | Печатная антенна | Устраняет затраты на отдельный компонент и его сборку. |
| Минимизация физического размера | Керамическая антенна | Высокая диэлектрическая проницаемость позволяет использовать резонансные структуры меньшего размера. |
| Максимальная дальность действия и надежность сигнала | Керамическая антенна | Более высокая эффективность излучения и лучшая изоляция от шума платы. |
| Суровые условия (жара, металл) | Керамическая антенна | Превосходная температурная стабильность и специальная конструкция с металлическим креплением. |
| Быстрое прототипирование и простота проектирования | Печатная антенна | Разработан как часть компоновки печатной платы, что упрощает первоначальное прототипирование. |
В1: Может ли антенна на печатной плате быть такой же хорошей, как керамическая антенна?
В конкретных контролируемых сценариях хорошо спроектированная антенна на печатной плате может адекватно работать по назначению. Однако по сравнению с другими, особенно в отношении эффективности излучения, миниатюризации и стабильности работы, керамическая антенна, как правило, технически превосходит. Компромиссом почти всегда является более высокая стоимость единицы продукции и более сложные требования к радиочастотному согласованию.
Вопрос 2: Почему керамические антенны более эффективны?
Основная причина – высокая диэлектрическая проницаемость керамического материала. Это свойство более плотно ограничивает электромагнитные поля внутри подложки антенны, уменьшая потери энергии и обеспечивая более эффективный резонанс в меньшем объеме. Это также делает их менее восприимчивыми к расстройке от окружающих компонентов и компоновки печатной платы по сравнению с антенной с трассировкой на печатной плате..
Вопрос 3. Какую антенну выбрать для небольшого датчика IoT с батарейным питанием?
Это классический компромисс. Если датчик недорог и имеет достаточно места, антенны на печатной плате может быть достаточно. Однако, если устройство очень компактно, требует длительного времени автономной работы (где ключевым моментом является высокая эффективность) или его необходимо установить на металл или рядом с ним, то миниатюрная керамическая антенна , такая как чип-антенна на основе LTCC, является окончательным техническим выбором, несмотря на ее более высокую стоимость.
Спор между керамическими и печатными антеннами ведется не о поиске универсального победителя, а о сопоставлении правильной технологии с конкретными экономическими и эксплуатационными критериями вашего проекта. Антенны для печатных плат представляют собой непревзойденное ценностное предложение для высокопроизводительных и экономичных приложений, где пространство на плате не является основным ограничением. Напротив, керамические антенны являются превосходным техническим решением для требовательных приложений, требующих миниатюризации, высокой эффективности, устойчивости к воздействию окружающей среды и надежной работы.
Для решения этих сложных задач по проектированию радиочастотных устройств требуется партнер с глубокими техническими знаниями и надежной цепочкой поставок. Имея почти десятилетний опыт работы в отрасли, Zhengzhou LEHENG Electronic Technology Co., Ltd. воплощает этот принцип. Придерживаясь сертифицированной системы управления качеством ISO 9001:2015 и философии бизнеса, основанной на инновациях, прагматизме и эффективности, LEHENG предлагает широкий спектр антенных решений. Их портфель продуктов, который включает в себя высокопроизводительные антенны GPS и GNSS, антенны 5G, комбинированные антенны и антенны, ориентированные на Интернет вещей, такие как варианты LoRa и WiFi, демонстрирует глубокое понимание того, как применять эти различные технологии для решения реальных проблем с подключением для своих глобальных партнеров.
