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 radio.
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 collaboriamo con l’ufficio tecnico del Cliente già durante lo sviluppo dell’apparato, fornendo indicazioni sul posizionamento dell’antenna, sulle aree di rispetto, sui materiali, sulla disposizione dei componenti e sugli altri elementi che possono influenzare il collegamento radio.
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, dell’efficienza richiesta, 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, progettiamo 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.
Possiamo sviluppare antenne integrate per Wi-Fi e WLAN, Bluetooth e Bluetooth Low Energy, Zigbee, Thread e protocolli basati su IEEE 802.15.4, oltre a soluzioni 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. Possiamo inoltre progettare antenne per reti cellulari 2G, 3G, 4G LTE e 5G sub-6 GHz, oltre che per 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.
Integrazione di più tecnologie wireless nello stesso dispositivo
Integrazione di più tecnologie wireless nello stesso dispositivo
Molti dispositivi moderni integrano contemporaneamente più funzioni radio, ad esempio connettività cellulare, Wi-Fi, Bluetooth, GNSS e comunicazioni LPWAN.
In spazi ridotti, le antenne devono convivere con elettronica, batterie e altre antenne, mantenendo un isolamento sufficiente e limitando accoppiamenti reciproci e interferenze.
La progettazione deve quindi valutare non soltanto le prestazioni della singola antenna, ma anche il posizionamento reciproco, le frequenze utilizzate, il funzionamento simultaneo delle radio e lo spazio effettivamente disponibile.
Quando il dispositivo integra più antenne o più porte RF, questi aspetti possono essere approfonditi nell’ambito della progettazione di sistemi multi-antenna.
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.
Quando necessario, analizziamo anche le variazioni dovute alle condizioni d’uso, come la vicinanza al corpo umano, il montaggio su una parete, l’installazione in un pozzetto, all’interno di un quadro o in prossimità di strutture metalliche.
Dal dispositivo reale all’antenna integrata
Dal dispositivo reale all’antenna integrata
Ogni progetto parte dall’analisi delle bande operative, dei protocolli utilizzati, del modulo radio, della potenza trasmessa, delle prestazioni richieste al collegamento.
Parallelamente vengono valutati la scheda elettronica, il layout disponibile, il contenitore, i materiali, la batteria, i componenti interni, le modalità di installazione e le condizioni operative.
La progettazione può combinare simulazione elettromagnetica, analisi del layout e sviluppo meccanico. Viene quindi realizzato un prototipo dell’antenna all’interno dell’apparato o di una configurazione rappresentativa.
Le prestazioni vengono verificate sperimentalmente mediante misure di adattamento, guadagno, diagramma di radiazione, EIRP e TRP nella nostra camera anecoica, considerando il sistema antenna integrata e apparato ospite come un unico prodotto.
Le attività di ottimizzazione proseguono fino al raggiungimento delle specifiche concordate, prima dell’industrializzazione e dell’eventuale produzione.
Progettazione per l’industrializzazione
Progettazione per l’industrializzazione
Una soluzione efficace sul prototipo deve poter essere riprodotta in modo stabile anche durante la produzione.
La progettazione tiene quindi conto delle tolleranze della scheda e dei componenti, delle variazioni dei materiali, dei sistemi di fissaggio, dei processi di assemblaggio e degli eventuali elementi di taratura.
Possiamo occuparci della prototipazione, dell’ingegnerizzazione e della produzione dell’antenna integrata nelle quantità richieste, oppure trasferire al Cliente le indicazioni necessarie alla sua realizzazione, in funzione del perimetro concordato.
Possiamo inoltre supportare successive modifiche del dispositivo o del layout, riducendo il rischio che variazioni introdotte durante il ciclo di vita del prodotto compromettano le prestazioni radio già validate.
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/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 l’antenna standard scelta non garantisce la copertura, l’efficienza o l’integrazione necessarie?
Dovete inserire Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, connettività cellulare o GNSS all’interno di uno spazio ridotto?
Possiamo analizzare insieme l’apparato, individuare le criticità elettromagnetiche e definire il percorso più adatto per progettare un’antenna integrata custom, dal primo studio fino al prototipo validato e all’eventuale produzione.
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