In un dispositivo wireless, l’antenna non è un componente indipendente che può essere scelto soltanto in base alla frequenza indicata nella scheda tecnica.
Quando viene inserita all’interno di un apparato, le sue prestazioni dipendono dalla scheda elettronica, dal piano di massa, dalla batteria, dal display, dai cablaggi, dai componenti metallici, dal contenitore e dalla posizione effettiva di installazione.
Un’antenna PCB, SMD, chip o FPC può funzionare correttamente sulla evaluation board utilizzata dal produttore e comportarsi in modo molto diverso una volta montata nel dispositivo reale.
ElettroMagnetic Services S.r.l. progetta e realizza antenne integrate custom ed embedded antennas sviluppate direttamente intorno all’apparato del Cliente, considerando antenna e dispositivo come un unico sistema elettromagnetico.
Perché un’antenna integrata standard può non funzionare come previsto
Perché un’antenna integrata standard può non funzionare come previsto
Le antenne integrate disponibili a catalogo vengono generalmente caratterizzate in condizioni definite dal produttore, spesso utilizzando una scheda dimostrativa con dimensioni, piano di massa e disposizione dei componenti differenti rispetto al prodotto finale.
La loro compatibilità con una determinata banda di frequenza non garantisce quindi che, una volta inserite nell’apparato, mantengano adattamento, efficienza, guadagno e diagramma di radiazione dichiarati.
La forma della scheda elettronica, il posizionamento dell’antenna, la distanza da batterie e componenti metallici, il materiale del contenitore, la presenza di display, sensori e cablaggi possono influire sulle prestazioni e ridurre la capacità del dispositivo di trasmettere e ricevere.
Questi effetti possono tradursi in una copertura inferiore alle attese, perdita del collegamento, aumento dei consumi, minore autonomia della batteria o difficoltà nel superamento delle prove di conformità.
L'antenna integrata va progettata in funzione dell'apparato
L'antenna integrata va progettata in funzione dell'apparato
Un’antenna embedded non può essere ottimizzata separatamente dal dispositivo nel quale dovrà operare.
La progettazione deve considerare fin dall’inizio la geometria della scheda, il piano di massa disponibile, la posizione del modulo radio, la linea di alimentazione RF, il contenitore e tutti gli elementi che possono interagire con l’antenna.
Anche piccole variazioni nella disposizione dei componenti, nei materiali o nelle dimensioni dell’involucro possono produrre cambiamenti significativi nelle prestazioni.
Per questo è importante valutare già durante lo sviluppo dell’apparato il posizionamento dell’antenna, le aree di rispetto, i materiali, la disposizione dei componenti e gli altri elementi che possono influenzare il collegamento radio.
Affrontare questi aspetti soltanto a progetto avanzato può rendere necessarie modifiche al layout, al contenitore o alla disposizione dei componenti, con conseguenze sui tempi e sui costi di sviluppo.
Antenne PCB, FPC e soluzioni integrate custom
Antenne PCB, FPC e soluzioni integrate custom
A seconda dell’applicazione, un’antenna integrata può essere realizzata direttamente sul circuito stampato oppure mediante un elemento radiante separato installato all’interno del dispositivo.
Le soluzioni possono comprendere antenne PCB, antenne FPC flessibili, elementi stampati, strutture metalliche dedicate o geometrie custom sviluppate per utilizzare in modo ottimale il volume disponibile.
La scelta non dipende soltanto dallo spazio. Deve tenere conto della banda operativa, del piano di massa, dei materiali circostanti, delle quantità previste, dei costi di produzione e della ripetibilità industriale.
Quando le soluzioni standard non permettono di raggiungere le prestazioni necessarie, può essere opportuno sviluppare un’antenna integrata su misura, definita specificamente per la scheda elettronica, il contenitore e la configurazione del Cliente.
Antenne integrate per IoT e dispositivi wireless
Antenne integrate per IoT e dispositivi wireless
Le antenne integrate sono utilizzate in dispositivi IoT, sensori wireless, sistemi di telecontrollo, contatori intelligenti, apparati per il monitoraggio remoto, wearable, dispositivi biomedicali, sistemi di localizzazione e prodotti connessi.
Possono essere sviluppate per Wi-Fi e WLAN, Bluetooth e Bluetooth Low Energy, Zigbee, Thread e protocolli basati su IEEE 802.15.4, oltre che per bande ISM sub-GHz e 2,4 GHz.
Per applicazioni LPWAN e IoT a lunga portata possono essere considerate tecnologie quali LoRa e LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT e LTE-M. Possono inoltre essere integrate reti cellulari 2G, 3G, 4G LTE e 5G sub-6 GHz, oltre a sistemi GNSS come GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou.
La tecnologia o il protocollo utilizzato definisce le bande e parte dei requisiti radio, ma non determina da solo le prestazioni dell’antenna. Il risultato finale dipende sempre dall’integrazione nell’apparato, dall’ambiente operativo e dalla configurazione reale del prodotto.
Contenitore, materiali e componenti interni
Contenitore, materiali e componenti interni
Il contenitore non è elettromagneticamente neutro.
Plastiche, resine, vernici, vetro, guarnizioni e materiali compositi possono modificare la risposta dell’antenna. Componenti metallici, batterie, display, dissipatori, schermature e cablaggi possono invece assorbire, riflettere o deviare l’energia irradiata.
Per questo l’antenna deve essere progettata e verificata considerando il dispositivo assemblato nella configurazione più rappresentativa possibile.
Anche le condizioni d’uso possono modificare il comportamento dell’antenna, ad esempio in presenza del corpo umano, nel montaggio su una parete, nell’installazione in un pozzetto, all’interno di un quadro o in prossimità di strutture metalliche.
Un’antenna che funziona correttamente in una configurazione di laboratorio può quindi presentare prestazioni differenti una volta inserita nel reale contesto operativo.
Dal dispositivo reale all’antenna integrata
Dal dispositivo reale all’antenna integrata
La fattibilità di un’antenna integrata dipende dall’insieme dei requisiti radio e dalle caratteristiche fisiche del dispositivo.
Bande operative, protocolli utilizzati, modulo radio, potenza trasmessa e prestazioni richieste devono essere valutati insieme alla scheda elettronica, al layout disponibile, al contenitore, ai materiali, alla batteria, ai componenti interni e alle modalità di installazione.
Prima di definire la soluzione è quindi necessario comprendere come questi elementi interagiscono e quali siano le principali criticità del progetto.
Considerare antenna e dispositivo come parti separate può portare a individuare troppo tardi incompatibilità che avrebbero potuto essere affrontate nelle prime fasi dello sviluppo.
Progettazione per l’industrializzazione
Progettazione per l’industrializzazione
Una soluzione efficace sul prototipo deve poter essere riprodotta in modo stabile anche durante la produzione.
Tolleranze della scheda e dei componenti, variazioni dei materiali, sistemi di fissaggio, processi di assemblaggio ed eventuali elementi di taratura possono modificare le prestazioni ottenute sul primo esemplare.
Per questo un’antenna integrata non deve essere soltanto efficace nella configurazione prototipale, ma anche compatibile con i processi produttivi, con le quantità previste e con le possibili variazioni introdotte durante il ciclo di vita del prodotto.
Modifiche successive del dispositivo, del layout o dei materiali possono infatti compromettere prestazioni radio già validate, se non vengono valutate considerando anche il loro effetto sull’antenna.
Il nostro perimetro tecnico
Il nostro perimetro tecnico
ElettroMagnetic Services S.r.l. è specializzata nella progettazione, prototipazione, caratterizzazione e produzione di antenne integrate custom per apparati professionali e dispositivi wireless.
Il nostro perimetro comprende l’antenna, la linea di alimentazione e adattamento, l’integrazione elettromagnetica e gli elementi meccanici necessari al corretto posizionamento all’interno del prodotto.
Non sviluppiamo firmware, protocolli di comunicazione, moduli radio o elettronica RF attiva. Progettiamo l’antenna affinché possa operare correttamente con la tecnologia wireless scelta dal Cliente e nella configurazione reale del suo dispositivo.
Parliamo del vostro progetto di antenna integrata
Parliamo del vostro progetto di antenna integrata
State sviluppando un dispositivo wireless e avete dubbi sul comportamento dell’antenna una volta inserita nell’apparato reale?
L’antenna standard scelta non garantisce la copertura, l’efficienza o l’integrazione necessarie, oppure dovete inserire Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, connettività cellulare o GNSS all’interno di uno spazio ridotto?
Possiamo esaminare insieme il dispositivo, i requisiti radio e le principali criticità della configurazione.
Un primo confronto permette di comprendere se una soluzione standard possa essere adeguata oppure se sia opportuno valutare lo sviluppo di un’antenna integrata custom.
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