Fundamentos da Antena PCB Explicados

Um guia detalhado para Antenas PCB: o que são; como eles trabalham; e sua importância para o projeto de PCB, bem como problemas de desempenho e tamanho a serem observados.

Antenas PCB

Você sairá com uma compreensão sólida dos fundamentos e terminologia da antena, bem como uma compreensão de como os diferentes tipos e configurações de antenas PCB podem melhorar o desempenho, tamanho, custo, eficiência, confiabilidade e outros fatores como potência requisitos de manuseio, larguras de banda, frequências, etc.

À medida que a tecnologia avançava e a eletrônica se tornava menor/melhor e mais compacta com menos ou nenhum componente externo grande devido aos circuitos integrados (ICs) usando placas de circuito para montar seus componentes em vez de ocupar menos área, as antenas começaram a desaparecer lentamente das placas de circuito.

Agora que os PCBs tornaram-se maiores novamente através da miniaturização de ICs como com SMDs (SMT), algumas considerações de EMI entraram em jogo, exigindo projeto de antena de PCB e implementação em traços de PCB agora mais do que nunca!

O que é uma antena PCB?

Uma antena PCB é uma pequena peça plana de metal que geralmente é colocada atrás de uma placa de circuito impresso. Esta antena ajuda a transmitir e receber sinais de rádio para dispositivos como computadores, telefones celulares e outros equipamentos eletrônicos. A antena funciona convertendo ondas eletromagnéticas do ar em sinais elétricos que podem ser transmitidos pelas ondas de rádio.

O design da antena PCB é uma parte importante do processo de fabricação. As antenas PCB são normalmente feitas de traços e vias de metal que são gravadas na superfície de cobre da placa. Os traços metálicos se conectam às vias, que são formadas por perfuração através da placa em determinados pontos.

Uso de antena em um PCB

O uso de uma antena em um PCB é uma parte importante do projeto, pois pode ser usado para aumentar o alcance e a força do sem fio sinais. A antena é essencialmente uma haste de metal que ajuda a transmitir sinais entre os dispositivos. Ele funciona enviando ondas de rádio em todas as direções, permitindo a comunicação com vários dispositivos ao mesmo tempo.

A antena funciona convertendo energia elétrica em radiação eletromagnética e vice-versa. A radiação eletromagnética consiste em fótons, que são pacotes de energia eletromagnética.

Um módulo de radiofrequência (RF) pode ser feito de uma ou mais antenas, que são conectadas ao PCB por meio de traços de placa de circuito impresso (PCB).

Diferentes Antenas PCB

Tipos de Antena PCB

As antenas PCB são um dos tipos mais comuns de antenas usadas em dispositivos móveis. Eles também são usados em outros eletrônicos, incluindo telefones celulares, laptops e tablets. Existem vários tipos de PCB antenas disponíveis para seu uso:

Antenas Internas

Essas antenas estão localizadas dentro do aparelho e geralmente não são vistas. Eles são usados para se conectar a uma rede sem fio por meio de ondas de rádio. A conexão da antena interna geralmente fica escondida na caixa do telefone ou do laptop, ou até mesmo na própria placa de circuito impresso do dispositivo. É por isso que muitos usuários não sabem que possuem uma antena interna.

As antenas internas são normalmente usadas em dispositivos sem fio, como telefones celulares e laptops, bem como em Bluetooth dispositivos como teclados e mouses. Eles não possuem partes externas e podem ser feitos usando placas de circuito impresso (PCBs)

Antenas Embutidas

O termo “embutido” refere-se a um tipo de antena interna projetada para se integrar diretamente aos dispositivos. Incorporado as antenas são freqüentemente usadas para conectar com outros tipos de antenas, como antenas externas ou montadas no teto.

Essas antenas podem ser feitas de metal e plástico. Eles são normalmente projetados para serem integrados ao chassi de um dispositivo, embora também possam ser montados em superfícies ou estruturas próximas ao próprio dispositivo.

As antenas incorporadas são normalmente usadas em dispositivos móveis com recursos sem fio, como smartphones ou tablets.

Chip Antenas

Um tipo de antena interna que está em uso há décadas. Essas antenas geralmente são feitas de materiais de alta qualidade, como ouro, prata e cobre. Eles podem ser usados em rastreamento por GPS, telefones celulares e até conexões de internet sem fio.

O tamanho do chip dependerá de quanta energia ele precisa para transmitir ou receber sinais a várias distâncias de sua fonte.

Por exemplo, se você deseja enviar dados de um lugar para outro usando uma antena, precisa de mais energia do que se desejasse apenas receber dados para exibição na sua tela ou envie por e-mail, portanto seu chip precisaria de mais energia além de ser menor em tamanho para não ocupar muito espaço dentro do seu aparelho!

Antenas de Patch

Uma pequena antena de painel plano que pode ser usada para transmitir ou receber sinais. Funciona da mesma maneira que as antenas maiores. As antenas patch são usadas em aplicações onde o espaço é escasso, como dentro de computadores e em outros equipamentos eletrônicos. Eles também são usados como parte de um conjunto maior de antenas em satélites, espaçonaves e outros veículos.

Antenas flexíveis

Um tipo de antena que pode ser dobrada ou dobrada sem afetar sua função ou desempenho. Flexível as antenas são normalmente feitas de fio de cobre ou tubos de cobre com isoladores de plástico que as separam de outras partes do dispositivo em que estão instaladas.

As antenas flexíveis têm muitas aplicações, incluindo telefones celulares e computadores portáteis, onde permitem que os usuários carreguem seus dispositivos em seus bolsos sem restringir muito seus movimentos, além de permitir maior liberdade ao interagir com esses dispositivos por meio de telas sensíveis ao toque, etc.

Antenas externas

Esses tipos de antenas são o tipo de antena mais comum e são facilmente reconhecíveis por seu comprimento e formato. Eles podem ser conectados a um transmissor por meio de um conector específico.

O transmissor envia o sinal para a antena externa, que então o envia em todas as direções. Esse tipo de antena é frequentemente usado para comunicação de longo alcance e pode ser encontrado em coisas como antenas parabólicas.

Existem dois tipos de Antenas Externas. Estas são Antena Omnidirecional e Antena Direcional.

Antena Omnidirecional

Este tipo de antena é um tipo de antena externa que irradia ou intercepta frequência de rádio campos eletromagnéticos igualmente em todas as direções horizontais em um plano geométrico bidimensional plano. As antenas omnidirecionais são normalmente usadas para aplicações de curto a médio alcance, como links ponto a ponto, roteadores Wi-Fi e scanners.

A antena omnidirecional também possui alguns tipos, dependendo de sua aparência e uso. Aqui estão alguns deles:

Antena de montagem em terminal

Um tipo de antena omnidirecional que é longa e montada no PCB. Eles podem ser usados para várias aplicações, como comunicações RFID, Bluetooth e NFC. As antenas de montagem terminal estão disponíveis em diferentes formas e tamanhos. Todos eles têm uma coisa em comum; eles são projetados para serem montados em um PCB ou placa de circuito individualmente ou como parte de uma matriz.

Antena chicote

É um tipo comum de antena de base carregada, e a bobina de carregamento é presa à extremidade do chicote. o alto impedância na ponta do chicote provoca o atual fluir em um padrão circular ao redor da superfície interna do bobina. Esse padrão pode ser visualizado imaginando uma pequena quantidade de carga movendo-se em círculos dentro de um círculo maior.

As antenas chicote são usadas para aplicações de comunicação de curto alcance, como transmissão de rádio AM, comunicação de rádio de banda do cidadão e operação em bandas de rádio amador de 2 metros.

Antena de pato de borracha

Um tipo de antena omnidirecional é uma antena monopolo eletricamente curta que funciona como uma antena chicote. Também é conhecido como patinho de borracha ou simplesmente pato. Esse tipo de antena é mais comumente encontrado em dispositivos portáteis como telefones celulares, rádios e walkie-talkies porque é feito de material flexível e pode ser dobrado em vários formatos diferentes.

Antena dipolo externa

Um tipo de antena omnidirecional que está produzindo um padrão de radiação. Está se aproximando de um dipolo elétrico elementar. Isso significa que a antena tem dois elementos condutores idênticos separados por uma distância, que atuam como a estrutura radiante. O comprimento dos elementos e sua separação determina a frequência na qual esse tipo de antena opera.

Antena estilo disco

Esta antena é um tipo de antena omnidirecional em forma de disco pequeno e é um sistema de antena 5 em 1 dentro de um único invólucro, usado para qualquer sistema DTV ou HDTV. Também pode ser usado em casa ou em carros. A antena tipo disco funciona captando sinais de todas as direções e enviando-os ao receptor. Ele vem com um amplificador embutido em sua base que ajuda a aumentar a intensidade do sinal quando necessário.

Antena de Montagem Magnética

A antena de montagem magnética é um tipo de antena omnidirecional projetada com um ímã forte que mantém sua antena em uma superfície, como seu carro ou a lateral de sua casa. Este tipo de antena é freqüentemente usado para aplicações externas onde há pouco espaço para opções mais tradicionais, como montagem em telhado ou montagem em poste.

Uma antena de montagem magnética é ideal para quem deseja usar a montagem existente no telhado para outra finalidade e também pode ser facilmente instalada em superfícies metálicas, como uma cerca ou porta de garagem.

Antena Parafusada

Este tipo de antena omnidirecional foi projetado para ser montado perfurando um orifício no teto ou no painel da parede. Este tipo de antena tem uma longa história e foi um dos primeiros tipos de antenas inventadas. O design foi inspirado em pára-raios, que foram usados para atrair raios de seus alvos pretendidos.

As antenas de montagem em parafuso vêm em muitos tamanhos e formas diferentes, sendo algumas mais comuns do que outras. Também existem variações desse tipo de antena que podem incluir um amplificador embutido para que ela possa captar sinais melhor do que outros tipos de antenas podem fazer por conta própria.

Antena Direcional

Também chamada de antena de feixe. É uma antena que irradia ou recebe energia em direções específicas. Ele permite maior desempenho e interferência reduzida de qualquer fonte indesejada. Este tipo de antena é comumente usado com satélites porque eles são capazes de transmitir e receber sinais em uma direção muito estreita. A antena parabólica é um exemplo de antena direcional que transmite e recebe sinais de antenas terrestres.

As Antenas Direcionais também têm alguns tipos, dependendo do uso e da aparência. Estes são alguns tipos de antenas direcionais:

Antena de Painel

Tem a forma de uma folha ou painel. As antenas de painel são frequentemente usadas em transmissões de televisão e redes de telefonia móvel.

Essas antenas são feitas de placas planas ou folhas de material condutor, como cobre ou alumínio. Eles têm a vantagem de poder ser moldados em vários formatos e tamanhos diferentes, o que os torna úteis para diferentes aplicações.

Por exemplo, uma antena de painel pode ser moldada de forma a fornecer ampla cobertura em toda uma região, ou pode ser moldada de forma a fornecer cobertura focada em apenas uma área.

Antena parabólica

um tipo de antena direcional que é um tipo de antena parabólica em forma de prato. Consiste em um refletor, alimentação e sub-refletor. O refletor coleta ondas de rádio do céu e as concentra na alimentação, que as converte em um sinal elétrico. O sub-refletor ajuda a manter um ponto focal constante para o refletor.

A antena parabólica é usada em sistemas de comunicação via satélite, sistemas LAN sem fio e radioastronomia. Em sistemas LAN sem fio, é usado para enviar e receber dados por uma rede sem fio (WiFi). Na radioastronomia, é usado para captar ondas de rádio do espaço sideral usando grandes telescópios apontados para áreas específicas do céu.

Antena Yagi

Uma antena direcional que irradia sinais em uma direção principal. É composto de vários elementos, ou dipolos, que são conectados entre si em uma extremidade e a um refletor na outra extremidade. Seu formato lembra a letra Y, daí seu nome.

A antena Yagi tem alto ganho em comparação com outros tipos de antenas porque existem vários dipolos que irradiam em fase uns com os outros e se combinam para produzir um melhor desempenho. O comprimento e a orientação de cada dipolo determinam quanto sinal é irradiado por cada elemento.

Como escolher antenas para suas aplicações de PCB

Há muitas coisas a considerar ao escolher uma antena para sua aplicação PCB. O primeiro passo é determinar a faixa de frequência de sua antena, bem como sua largura de banda. Uma antena de banda larga cobrirá uma faixa de frequência maior do que uma de banda estreita e também poderá operar em várias frequências.

Se você deseja maior flexibilidade em termos de largura de banda e faixas de frequência, deve procurar uma antena direcional. Essas antenas têm larguras de banda mais estreitas do que outros tipos de antenas, mas também podem ser ajustadas usando um software.

Para aplicações em que você precisa de alto ganho e/ou recursos direcionais, considere o uso de uma antena de slot ou antena patch. Estas são tipicamente maiores do que outros tipos de antenas porque têm maior potência-capacidades de manipulação. No entanto, oferecem melhor desempenho do que as antenas omnidirecionais.

Conclusão

Uma antena PCB é um componente importante em dispositivos de comunicação que permite captação de sinal, transmissão de sinal e recepção de freqüência. No entanto, não há especificações de antena PCB específicas, pois as antenas são orientadas para o campo. Ou seja, eles devem ser considerados dentro do contexto de uma simulação maior do próprio dispositivo.

Os PCBs são componentes vitais em uma ampla gama de equipamentos eletrônicos, desde produtos eletrônicos de consumo de última geração até industrial sistemas de controle. A antena PCB é uma parte importante da maioria dos PCBs. Ele atua como o principal ponto de comunicação entre o PCB e o mundo exterior.