高周波PCB技術 - PCBアンテナ、FPCアンテナの特性とは

ユビキタスネットワーク、インテリジェントハードウェア製品、ネットワークに接続してデータを伝送するには、アンテナが必要です。空間が小さく、周波数帯が多いほど、アンテナ設計が複雑になる。外付けアンテナは一般的に標準品で、周波数帯を買うのに適しており、デバッグする必要はなく、プラグアンドプレイする必要がありません。例えば宅配ロッカー、販売機などは、磁気吸引の外付けアンテナを一般的に使用し、ブリキケースに吸えばよい。これらのアンテナはブリキキャビネットの中に入れてはいけません。金属はアンテナの信号を遮るので、外に置くしかありません。メリットは使い勝手、価格が安いこと、デメリットは小さいサイズの製品には使えないことです。FPC

アンテナの長さは電磁波の波長の約1/4なので、信号周波数が低いほどアンテナの長さが長くなります。そのため、100 MHz前後のFMラジオには長尺アンテナが必要で、400 MHz前後のインターホンにも、外付け長尺アンテナが必要です。ユビキタスネットワークでよく使用される433 MHzの無線シリアルポートは、通常は外付けアンテナも使用されています。

図１　FPC

アンテナは1/8波長や1/16波長のように短くしても使えますが、効率が低下します。一部のデバイスでは「ショートアンテナ+LNA」方式を採用しており、ロングアンテナの受信効果も達成できる。しかし、短いアンテナが長いアンテナの送信効果を達成するには、送信電力を高める必要があるため、トランシーバは信号を送信する必要があり、いずれも長い外付けアンテナであるが、FMラジオは受信できず、内蔵受信アンテナがある。例えば、2 G（900 MHz）、4 G（700〜2600 MHz）、WIFIおよびBluetooth（2.4 GHz）、GPS（1.5 GHz）などの一般的なユビキタスネットワーク通信方式は、内蔵アンテナとすることができる。ハンドヘルド、ウェアラブルデザイン、スマートホームなどの小型製品では、外付けアンテナを使用することは少なく、内蔵アンテナが一般的に採用されている。集積度が高く、製品の外観がより美しく、性能は外付けアンテナより少し弱い。

内蔵アンテナは主に：セラミックアンテナ、PCBアンテナ、FPC/スチールチップアンテナ、LDSアンテナ

セラミックアンテナ

セラミックアンテナは、IoT製品で多く使われているのが、GPSアンテナとBluetoothアンテナです。

利点は：占有スペースが小さく、性能が良いことです。

欠点は：多周波数帯を実現するのが難しいため、4 Gクラスの製品に応用するのは難しい。回路基板の純空要求が高く、特にコンパクトな製品には適していない。

GPS、Bluetooth、GSMセラミックアンテナ

通信基地局スライドボード

PCBアンテナ

前述したように、アンテナは特定の長さの導線です。この線はPCBボードにも引くことができます。これがPCBアンテナです。

PCBアンテナはBluetoothモジュール、WIFIモジュール、ZIGBEEモジュールなどの単一周波数帯のモジュール回路基板に大量に応用されている。

利点：コストはほとんど必要なく、調整が完了すれば再調整する必要はありません。

短所：Bluetooth、wifiなどの単一の周波数帯にのみ適しています。異なるロットのPCBアンテナの性能には一定のばらつきがある。

FPC/スチールチップアンテナ

鋼片とFPCは、PCBボード上のアンテナ回線を引き出し、他の外部の金属でアンテナを作ることに相当する。

一般的には、周波数帯が複雑なミッドローエンド携帯電話やスマートハードウェア製品に使用されています。

利点：ほとんどの小型電子製品に適用され、4 Gのような10以上の周波数帯の複雑なアンテナを作ることができ、性能が良く、コストも比較的低い。

短所：製品ごとに個別にデバッグする必要があります。