PусскийPусский
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2025-11-10 Происхождение:Работает
В мире, который становится все более взаимосвязанным, скромная антенна играет огромную роль. От смартфонов и носимых устройств до промышленных датчиков и автомобильной телематики — эти устройства используют антенны для беспрепятственной передачи и приема данных. Среди различных антенных технологий керамическая антенна стала краеугольным камнем для компактных и высокопроизводительных электронных устройств. Его способность обеспечивать надежную связь при миниатюрных размерах делает его незаменимым для современных приложений. В этой статье рассматриваются основы антенной технологии, исследуются сложные принципы и преимущества керамических антенн, а также исследуется их ключевая роль в секторах Интернета вещей (IoT), автомобилестроения и бытовой электроники.
Антенна — это, по сути, преобразователь, который преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны и наоборот. Это критически важный интерфейс между направленной волной в цепи и волной в свободном пространстве, обеспечивающий беспроводную связь. Чтобы понять, почему керамические антенны так важны, необходимо сначала усвоить некоторые основные принципы работы антенн.
Усиление и направленность: Усиление измеряет способность антенны направлять радиочастотную (РЧ) энергию в определенном направлении. Выражается в децибелах (дБи). Более высокий коэффициент усиления указывает на более сфокусированную диаграмму направленности, что может увеличить дальность действия сигнала в этом направлении, но может уменьшить зону покрытия в других.
Полоса пропускания: относится к диапазону частот, в котором антенна может эффективно работать. Более широкая полоса пропускания позволяет антенне поддерживать больше диапазонов частот и скоростей передачи данных.
Импеданс: Обычно в современных радиочастотных системах оно составляет 50 Ом. Импеданс — это мера сопротивления, которое антенна оказывает радиочастотному току. Согласование импеданса между антенной и питающей линией имеет решающее значение для максимизации передачи мощности и минимизации отражения сигнала.
Диаграмма направленности: это графическое представление относительной напряженности поля, излучаемого антенной в разных направлениях. Он определяет зону покрытия антенны.
Эффективность: Эффективность антенны — это отношение излучаемой мощности к общей мощности, принимаемой антенной. Это ключевой показатель, поскольку потери внутри самой антенны (из-за материалов или согласования) снижают эффективную излучаемую мощность.
Керамическая антенна — это компактная высокопроизводительная антенна, в которой в качестве подложки используется керамический материал. Фундаментальным принципом его небольшого размера является высокая диэлектрическая проницаемость (εr) керамического материала. Поскольку длина волны внутри диэлектрического материала обратно пропорциональна квадратному корню из диэлектрической проницаемости (λ ∝ 1/√εr), более высокая диэлектрическая проницаемость позволяет антенне быть физически меньше, работая на той же частоте, что и антенна большего размера на стандартной печатной плате (которая имеет более низкое εr). .
Существует два основных метода изготовления керамических антенн:
Блочные керамические антенны: они изготавливаются путем спекания одного блока керамики при высоких температурах. Затем металлический излучающий элемент печатается на поверхности этого керамического блока. .
Многослойные керамические антенны: они изготавливаются с использованием технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC). Несколько тонких слоев керамической подложки, на каждом из которых напечатан проводящий рисунок, укладываются друг на друга и совместно обжигаются при высоких температурах . Этот сложный процесс позволяет создавать сложные трехмерные внутренние структуры, обеспечивая превосходную миниатюризацию и производительность в очень прочном корпусе. .
Конструкция и материаловедение керамических антенн дают несколько явных преимуществ, которые делают их очень подходящими для современных компактных электронных устройств.
Миниатюризация и высокая диэлектрическая проницаемость. Основным преимуществом является значительное уменьшение размера. Это делает керамические антенны идеальными для приложений с ограниченным пространством, таких как умные часы, GPS-трекеры и компактные датчики IoT. .
Высокая производительность и стабильность: керамические материалы имеют низкие диэлектрические потери, что означает, что меньше энергии сигнала тратится в виде тепла. Это приводит к более высокой эффективности излучения и стабильной работе в различных условиях окружающей среды, включая колебания температуры. .
Прочность и надежность. Прочная керамическая конструкция делает эти антенны очень прочными, обеспечивая превосходную устойчивость к вибрации, коррозии и физическим повреждениям по сравнению с более хрупкими типами антенн . Их конструкция LTCC особенно надежна, что позволяет им сохранять стабильные характеристики даже при установке вблизи металлических поверхностей — распространенная проблема при проектировании антенн. .
Выбор правильной антенны требует тщательного поиска компромиссов. В следующей таблице сравниваются керамические антенны с двумя другими распространенными решениями: трассировочными антеннами на печатной плате и внешними штыревыми антеннами.
Уникальное сочетание небольшого размера, надежности и высоких характеристик позволяет использовать керамические антенны в самых разных отраслях.
Интернет вещей (IoT) и M2M: это основная область применения. Керамические антенны используются в узлах беспроводных датчиков, интеллектуальных счетчиках и устройствах отслеживания активов, обеспечивая надежную передачу данных для таких технологий LPWA, как LoRa и Wi-SUN. .
Бытовая электроника: благодаря небольшому размеру они идеально подходят для смартфонов, носимых устройств (например, фитнес-браслетов и умных часов) и аксессуаров Bluetooth (например, беспроводных наушников и наушников). .
Автомобильная промышленность и телематика: керамические антенны являются неотъемлемой частью модулей GPS для автомобильной навигации и управления автопарком, систем бесключевого доступа и TPMS (систем контроля давления в шинах) благодаря их долговечности и стабильности. .
Спутниковая навигация: они широко используются в приемниках GPS и GNSS, обеспечивая высокую целостность сигнала, необходимую для точного позиционирования в устройствах, начиная от персональных навигационных средств и заканчивая современными логистическими трекерами. .
1. В чем разница между керамической антенной с чипом и антенной на печатной плате?
Чип-керамическая антенна представляет собой отдельный компонент для поверхностного монтажа с керамическим корпусом с высокой диэлектрической постоянной, обеспечивающий стабильную работу в небольшом и прочном корпусе. Антенна на печатной плате представляет собой дорожку, выгравированную непосредственно на плате устройства. Хотя он дешевле, его производительность во многом зависит от конструкции платы и более чувствительна к шуму от соседних компонентов. .
2. Керамические антенны лучше?
«Лучше» зависит от приложения. Керамические антенны превосходны, когда основными ограничениями конструкции являются миниатюризация, стабильность работы и надежность. Для экономически чувствительных проектов, где пространство на плате не является серьезной проблемой, хорошо спроектированная антенна на печатной плате может быть вполне адекватным и более экономичным выбором. .
3.Можно ли использовать керамические антенны для 5G?
Хотя керамические антенны отлично подходят для многих частот, их использование в настоящих системах 5G зависит от диапазона. Они хорошо подходят для нижних и средних частот 5G. Однако для эффективного функционирования самых высокочастотных диапазонов миллиметровых волн (мм) 5G часто требуются другие, узкоспециализированные технологии антенных решеток.
Керамические антенны доказали свою эффективность в области беспроводной связи: от миниатюрного форм-фактора умных часов до обеспечения надежной работы промышленного датчика в удаленных местах. Их фундамент в области передового материаловедения и производства LTCC позволяет им обеспечивать надежную и высокоэффективную работу при невероятно небольших габаритах. Поскольку Интернет вещей продолжает расширяться, а устройства становятся все меньше и более интегрированными, роль керамической антенны будет только возрастать.
На протяжении более десяти лет такие компании, как Zhengzhou LEHENG Electronic Technology Co., Ltd., были в авангарде революции в сфере связи. Как поставщик с профессиональной командой исследований и разработок и приверженностью качеству, сертифицированным по стандарту ISO9001:2015, LEHENG предлагает широкий спектр антенных решений, включая передовые антенны GPS и GNSS, антенны 4G и LTE и антенны 5G, обслуживая партнеров по всему миру с инновационной и прагматичной философией бизнеса.
