Apparati IoT: problemi di copertura con antenna a chip SMD

07/12/2018

Come è stato risolto un problema di copertura di un’antenna a chip integrata in un apparato IoT

 

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La telefonata ricevuta dal titolare di una ditta che progetta e realizza apparati per applicazioni Ismd oT, rende chiaramente l’idea della situazione in cui si trova a causa di una antenna miniaturizzata SMD montata all'interno del suo dispositivo:

“Buongiorno. Non posso perdere tempo e vi dico senza giri di parole che siamo nei guai. Dobbiamo presentare un nostro nuovo sistema ad un cliente e, dalle prove in campo effettuate, ci siamo accorti solo al termine della fase di progettazione del nostro apparato che l’antenna non funziona come dovrebbe. Abbiamo bisogno di qualcuno in grado di risolvere il problema”

 

I motivi tecnici della richiesta

 

Ecco gli ulteriori dettagli di cui veniamo a conoscenza nelle riunione organizzata con il Cliente.

L’antenna, la cui scheda tecnica promette prestazioni perfettamente in linea con l’applicazione per cui la si vuole utilizzare, è posizionata nel piccolo spazio che le è stato dedicato nella parte superiore della PCB.

Il problema riscontrato nelle prove in campo riguarda la copertura, 100 metri anziché i 700 previsti ed è senza dubbio riconducibile ad una scarsa efficienza dell’antenna.

 

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Analisi ed individuazione delle cause del problema

 

Analizzando il prototipo che ci viene fornito, vengono individuate le seguenti cause:

- Il montaggio dell’antenna è stato portato a termine senza tener conto delle Application Notes messe a disposizione dall’azienda produttrice.

- Lo spazio disponibile è molto ridotto rispetto all’evaluation board utilizzata per le misure di caratterizzazione.

- L’elevato spessore del contenitore plastico, necessario per l’installazione outdoor dell’apparato, contribuisce ad una ulteriore perturbazione delle caratteristiche elettriche dell’antenna.

 

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Vincoli e possibili modifiche all’apparato

 

Prima di definire una soluzione è necessario capire quali siano i vincoli presenti e quali modifiche possano essere apportate all’apparato per risolvere il problema.

Vincoli

- Le dimensioni dell’apparato non sono modificabili e lo spazio dedicato all’antenna deve restare invariato.

- Trovandoci in una fase avanzata del progetto, ogni modifica deve tener conto dei costi che potrebbe comportare.

Possibili modifiche

- E’ consentito modificare solo la disposizione di alcuni componenti ed eventualmente di alcune piste. Devono essere comunque modifiche contenute, evitando di sconvolgere l’intero apparato.

 

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Proposta per la soluzione del problema

 

Si propone la progettazione di un’antenna ad hoc, realizzata su PCB e che tenga conto della posizione dei vari componenti elettronici presenti all’interno dell’apparato. Per ridurre l’influenza di questi componenti sulle prestazioni dell’antenna, si chiede al Cliente di rivedere la posizione di alcuni di questi, in particolare della batteria, senza alcuna modifica per quanto riguarda dimensioni e forma dell’apparato.

 

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Risultati

 

Nei test effettuati successivamente presso il loro cliente finale, l’apparato provvisto della nuova antenna ha garantito una portata di poco superiore ai 1000 metri, maggiore quindi rispetto ai 700 richiesti.

Purtroppo, pur avendo cercato di limitare al massimo le modifiche, il Cliente ha dovuto sostenere costi che non erano stati previsti all’inizio del progetto e che si sono resi necessari per poter realizzare un prodotto all’altezza delle aspettative.

 

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Conclusioni

 

In conclusione ecco 4 utili consigli, se prevedi di utilizzare antenne miniaturizzate SMD standard per una tuo dispositivo o apparato e vuoi evitare i costi aggiuntivi che ha dovuto sostenere il nostro Cliente per risolvere la situazione:

- Verifica di poter disporre dello spazio necessario richiesto, controllando in anticipo le dimensioni della evaluation board.

- Segui attentamente le indicazioni riportate nelle Application Notes del costruttore dell’antenna.

- Fai verifiche sulle prestazioni dell’antenna già nelle fasi iniziali del progetto.

- Prevedi sempre dei gradi di libertà da poter sfruttare nel momento in cui qualcosa non funzioni secondo le tue aspettative.

 

Oltre a questi 4 semplici ma fondamentali consigli, se vuoi avere ulteriori informazioni in merito a come procedere nell’industrializzazione di un’antenna integrata ti consiglio di leggere questo articolo: Industrializzazione delle antenne integrate.

 

Se questo argomento ti interessa e vuoi leggere la Case History completa, abbiamo preparato per te un documento tecnico di  in formato PDF da scaricare, stampare e conservare.

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Flaminio Bollini

ElettroMagnetic Services Srl

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