ஆண்டெனாவுக்குப் பின்னால்: மெட்டீரியல் சயின்ஸ் அண்ட் பிரசிஷன் இன்ஜினியரிங் – பிசிபி முதல் செராமிக்ஸ் வரையிலான ஒரு உற்பத்திப் பயணம்

இன்டர்நெட் ஆஃப் திங்ஸ் (IoT) சகாப்தத்தில், ஆண்டெனா ஒரு எளிய கம்பியிலிருந்து மிகவும் அதிநவீன பொறியியல் கூறுகளாக உருவானது. ஆண்டெனாவின் இறுதி செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மை அதன் வடிவியல் வடிவமைப்பை (எ.கா., திசை அல்லது சர்வ-திசை) சார்ந்தது மட்டுமல்ல, இன்னும் ஆழமாக, பொருள் அறிவியல்  மற்றும் துல்லியமான செயல்முறைகளைப் பொறுத்தது.  அதன் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படும் 5G மற்றும் உயர் அதிர்வெண் தொடர்பு (மில்லிமீட்டர்-அலை, mmWave போன்றவை) பெருக்கத்துடன், பாரம்பரிய ஆண்டெனா பொருட்கள் கடுமையான சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன. இந்த கட்டுரை முக்கியமான பொருள் தேர்வுகள், மேம்பட்ட உற்பத்தி நுட்பங்கள் மற்றும் இறுதி ஆண்டெனா செயல்திறனில் அவற்றின் தாக்கத்தை ஆராய்கிறது.

முக்கியமான அடி மூலக்கூறு தேர்வு: ஆண்டெனா செயல்திறன் மற்றும் செலவை தீர்மானித்தல்

ஆண்டெனாக்கள் பொதுவாக பல்வேறு அடி மூலக்கூறுகளில் (அதாவது பிசிபி ஆண்டெனாக்கள்) வடிவங்களை அச்சிடுதல் அல்லது பொறிப்பதன் மூலம் உருவாக்கப்படுகின்றன. அடி மூலக்கூறு பொருளின் மின்கடத்தா மாறிலி  மற்றும் மின்கடத்தா இழப்பு காரணி (இழப்பு தொடுகோடு)  ஆகியவை ஆண்டெனாவின் உயர்-அதிர்வெண் செயல்திறன் மற்றும் செலவு-செயல்திறனைக் கட்டளையிடும் முக்கிய அளவுருக்கள் ஆகும்.

குறைந்த அதிர்வெண் மற்றும் செலவு சார்ந்த தேர்வு: FR-4

FR-4 (ஃபைபர் கிளாஸ் லேமினேட்) : எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் இது மிகவும் பொதுவான PCB பொருளாக உள்ளது. இது குறைந்த செலவு, அதிக இயந்திர வலிமை மற்றும் செயலாக்கத்தின் எளிமை உள்ளிட்ட குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளை வழங்குகிறது. இருப்பினும், 2.4 ஜிகாஹெர்ட்ஸ்க்கு மேல் இயங்கும் அதிர்வெண்களில், எஃப்ஆர்-4 மின்கடத்தா இழப்பு தொடுபொருளில் குறிப்பிடத்தக்க அதிகரிப்பை வெளிப்படுத்துகிறது, இதன் விளைவாக பொருள் மூலம் சமிக்ஞை ஆற்றல் உறிஞ்சுதல் மற்றும் செயல்திறன் குறைகிறது.

 

பயன்பாட்டு பகுதிகள்:  புளூடூத் ஆண்டெனாக்கள், பாரம்பரிய வைஃபை (2.4 ஜிகாஹெர்ட்ஸ்) மற்றும் சில குறைந்த-வேக IoT தொகுதி ஆண்டெனாக்கள் போன்ற குறைந்த அதிர்வெண், குறைந்த செயல்திறன் கொண்ட பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது.

உயர் செயல்திறன் மற்றும் உயர் அதிர்வெண் சார்ந்த தேர்வு:  ரோஜர்ஸ், எல்சிபி மற்றும் பிடிஎஃப்இ

 

உயர்-செயல்திறன் பொருட்கள் (ரோஜர்ஸ், LCP, PTFE) : இந்த பொருட்கள் குறிப்பாக உயர் அதிர்வெண் மற்றும் மைக்ரோவேவ் பயன்பாடுகளுக்காக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, இதில் மிகக் குறைந்த மின்கடத்தா இழப்பு மற்றும் நிலையான மின்கடத்தா மாறிலிகள் உள்ளன.

LCP (லிக்விட் கிரிஸ்டல் பாலிமர்) மற்றும் PTFE (பாலிடெட்ராஃப்ளூரோஎத்திலீன்): 5G மில்லிமீட்டர்-அலை (mmWave) பேண்டில் (24 GHz க்கு மேல்) Excel, உயர் அதிர்வெண் பரிமாற்றத்தின் போது சமிக்ஞை ஆற்றல் இழப்பைக் குறைக்கிறது. அவை உயர் செயல்திறன், அதிக ஆதாயம் mmWave ஆண்டெனாக்களை அடைவதற்கான சிறந்த அடி மூலக்கூறுகளாக செயல்படுகின்றன.

அல்ட்ரா-மினியேட்டரைசேஷன் மற்றும் உயர் ஒருங்கிணைப்பு தீர்வுகள்: மட்பாண்டங்கள் மற்றும் LTCC

மட்பாண்டங்கள்/எல்டிசிசி (குறைந்த வெப்பநிலை இணை எரியும் மட்பாண்டங்கள்): பீங்கான் பொருட்களின் உயர் மின்கடத்தா மாறிலி வடிவமைப்பாளர்களுக்கு மிகவும் கச்சிதமான உடல் பரிமாணங்களுக்குள் நிலையான அதிர்வு அதிர்வெண்களை அடைய உதவுகிறது, இது சாதகமான ஆதாயம் மற்றும் அலைவரிசையை வழங்குகிறது.

 

பயன்பாட்டு பகுதிகள்: GPS/GNSS தொகுதி ஆண்டெனாக்கள், அணியக்கூடிய சாதனங்கள் மற்றும் அதிக ஒருங்கிணைப்பு தேவைப்படும் IoT தொகுதி ஆண்டெனாக்களுக்கு ஏற்றது. LTCC தொழில்நுட்பத்தின் மூலம், சிக்கலான செயலற்ற கூறுகளை (வடிப்பான்கள் மற்றும் கப்ளர்கள் போன்றவை) ஆண்டெனா அமைப்புடன் ஒன்றாக அடுக்கி வைக்கலாம்.

 

துல்லியமான உற்பத்தி செயல்முறைகள்: ஆண்டெனா அமைப்பு மற்றும் செயல்பாடு வடிவமைத்தல்

ஆண்டெனா உற்பத்தி செயல்முறைகள் இறுதி துல்லியம், சிக்கலான தன்மை மற்றும் அளவிடுதல் ஆகியவற்றை தீர்மானிக்கிறது. நவீன ஆண்டெனா ஃபேப்ரிகேஷன் இனி பாரம்பரிய பிளானர் செதுக்கலுடன் மட்டும் நின்றுவிடாது மேலும் முப்பரிமாண மற்றும் மிகவும் ஒருங்கிணைந்த தீர்வுகளை நோக்கி முன்னேறி வருகிறது.

பாரம்பரிய அடித்தளம்: அச்சிடப்பட்ட சர்க்யூட் போர்டு (பிசிபி) பொறித்தல் செயல்முறை

பிளானர் இன்வெர்டட்-எஃப் ஆண்டெனாக்கள் (PIFA), பேட்ச் ஆண்டெனாக்கள் மற்றும் பெரிய அளவிலான வரிசைகளுக்கு, PCB பொறித்தல் முக்கிய செயல்முறையாக உள்ளது:

ஃபோட்டோலித்தோகிராபி மற்றும் பொறித்தல்: பொறியாளர்கள்  துல்லியமாக மாற்றுவதற்கு CAD வடிவமைப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றனர் ஆன்டெனா வடிவத்தை (ரேடியேட்டிங் உறுப்புகள் மற்றும் ஃபீட்லைன்கள்) ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபி மூலம் ஒரு செப்பு-உறைப்பட்ட லேமினேட் மீது  .

நன்மைகள் மற்றும் வரம்புகள்:  இந்த செயல்முறை செலவு குறைந்த, மீண்டும் மீண்டும் செய்யக்கூடியது மற்றும் வெகுஜன உற்பத்திக்கு ஏற்றது. இருப்பினும், இது முதன்மையாக மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது பிளானர் கட்டமைப்புகளுக்கு , சிக்கலான வளைந்த பரப்புகளில் அல்லது குறைந்த இடைவெளிகளுக்குள் ஆண்டெனா ஒருங்கிணைப்பை கட்டுப்படுத்துகிறது.

3D ஒருங்கிணைப்பு திருப்புமுனை: லேசர் நேரடி கட்டமைப்பு (LDS) தொழில்நுட்பம்

LDS என்பது உள்ளமைக்கப்பட்ட ஆண்டெனாக்களை (எ.கா., ஸ்மார்ட்போன்கள், ஸ்மார்ட் ஹோம்கள் மற்றும் அணியக்கூடிய பொருட்கள்) தயாரிப்பதற்கான ஒரு முக்கிய தொழில்நுட்பமாகும், இது ஆண்டெனா கட்டமைப்பில் இரு பரிமாணத்திலிருந்து முப்பரிமாணத்திற்கு முன்னேற்றத்தை அடைகிறது:

கொள்கை:  முதலில், லேசர்-செயல்படுத்தக்கூடிய உலோக கலவை சேர்க்கைகள் கொண்ட ஒரு சிறப்பு பிளாஸ்டிக் ஊசி-வார்ப்பு. பின்னர், லேசர் கற்றை 'பொறிக்கிறது' .  பிளாஸ்டிக் மேற்பரப்பில் ஆண்டெனா சுற்று வடிவத்தை செயல்படுத்தப்பட்ட பகுதிகள் பின்னர் வேதியியல் பூசப்பட்டு அதிக கடத்தும் உலோக ஆண்டெனா கூறுகளை உருவாக்குகின்றன.

நன்மைகள்:  இது முப்பரிமாண அமைப்பு மற்றும்  ஆண்டெனாவின் உயர் ஒருங்கிணைப்பை அடைகிறது. சாதன உறையின் சிக்கலான வளைந்த மேற்பரப்புகளுடன் ஆண்டெனா நேரடியாக இணைக்கப்படலாம், மதிப்புமிக்க உள் சாதன இடத்தை மிச்சப்படுத்துகிறது மற்றும் வடிவமைப்பு நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் RF செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

ஆண்டெனா வடிவமைப்பில் எதிர்காலப் போக்குகள்: குவிதல், நுண்ணறிவு மற்றும் ஆழ்நிலை

ஆன்டெனா தொழில்நுட்ப வளர்ச்சி துரிதப்படுத்துகிறது, மென்பொருள் கட்டுப்பாடு, மேம்பட்ட பேக்கேஜிங் மற்றும் புதுமையான பொருள் அறிவியல் ஆகியவற்றை ஒருங்கிணைக்கிறது.

போக்கு 1: ஸ்மார்ட் பீம்ஃபார்மிங் மற்றும் மென்பொருள்-வரையறுக்கப்பட்ட ஆண்டெனாக்கள் (எஸ்டிஏ)

எதிர்கால ஆண்டெனாக்கள் நிலையான வன்பொருள் கூறுகளாக இருக்காது. அதிக டிஜிட்டல் கட்டுப்பாடு மற்றும் செயலாக்க சக்தியை (மாசிவ் MIMO போன்றவை) ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம், ஆண்டெனாக்கள் 'புத்திசாலித்தனமாக' மாறி வருகின்றன.

நுண்ணறிவு கட்டுப்பாடு:  மென்பொருள்-வரையறுக்கப்பட்ட ஆண்டெனாக்கள் (SDA)  நிகழ்நேரத்தில் ஒவ்வொரு ஆண்டெனா தனிமத்தின் கட்டம் மற்றும் வீச்சு ஆகியவற்றைச் சரிசெய்து, அதி-துல்லியமான பீம்ஃபார்மிங்கை அடைவதன் மூலம் கதிர்வீச்சு வடிவத்தை மாறும்..

நன்மைகள்:  இந்த நுண்ணறிவு மிகவும் திறமையான மற்றும் இலக்கு ஆற்றல் பரிமாற்றத்தை செயல்படுத்துகிறது, இது $5 ext{G}/6 ext{G}$ நெட்வொர்க் திறன் மற்றும் ஆற்றல் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கு முக்கியமானது.

போக்கு 2: பொருள் மற்றும் கட்டமைப்பின் தீவிர ஒருங்கிணைப்பு (AiP)

பாரம்பரிய PCBகள் மூலம் அனுப்பப்படும் உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகளால் ஏற்படும் குறிப்பிடத்தக்க சமிக்ஞை இழப்பை சமாளிக்க, தொழில்துறை மிகவும் இறுக்கமாக ஒருங்கிணைந்த தீர்வுகளை நோக்கி நகர்கிறது:

ஆண்டெனா-இன்-பேக்கேஜ் (AiP):  மில்லிமீட்டர்-அலை ஆண்டெனா வரிசைகள் (AiP)  ஆண்டெனா கூறுகளை நேரடியாக சிப் தொகுப்பிற்குள் அல்லது உடனடியாக RF ஃப்ரண்ட்-எண்ட் சிப்பிற்கு அருகில் வடிவமைத்து ஒருங்கிணைக்கிறது.

நன்மைகள்:  இது உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞைகளுக்கான பரிமாற்றப் பாதையை வெகுவாகக் குறைக்கிறது, பாரம்பரிய PCB களில் அதிக அதிர்வெண் சமிக்ஞை இழப்பின் சிக்கலைத் தீர்க்கிறது, மேலும் இது மினியேட்டரைஸ் செய்யப்பட்ட, குறைந்த சக்தி மில்லிமீட்டர்-அலை தொகுதிகளை உருவாக்குவதற்கான ஒரே சாத்தியமான பாதையாகும்.

போக்கு 3: சுற்றுச்சூழல் தழுவல் மற்றும் மெட்டா மெட்டீரியல்கள்

சுற்றுச்சூழலுக்கு ஏற்றவாறு:  ஆன்டெனாக்கள் தீவிரமான அதிக வெப்பநிலை, அதிக ஈரப்பதம் மற்றும் கடுமையான அதிர்வு (எ.கா., தொழில்துறை IoT மற்றும் விண்வெளி பயன்பாடுகளுக்கு) உட்பட மிகவும் கடுமையான சூழல்களைத் தாங்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்படும்.

மெட்டா மெட்டீரியல் திருப்புமுனை:  பற்றிய ஆராய்ச்சி ஆராய்கிறது. மெட்டா மெட்டீரியல்  மின்காந்த அலைகளைக் கட்டுப்படுத்த, இயற்கைப் பொருட்களின் மின்காந்த பண்புகளைக் காட்டிலும், செயற்கையாக வடிவமைக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி, இந்த தொழில்நுட்பமானது ஆண்டெனா அளவு மற்றும் அலைவரிசையின் பாரம்பரிய இயற்பியல் வரம்புகளை உடைத்து, செயல்திறனில் ஒரு அடிப்படை முன்னேற்றத்தை அடைய முடியும்.மெல்லிய, பரந்த-பேண்ட் 'கண்ணுக்கு தெரியாத' ஆண்டெனாக்களை தயாரிப்பது போன்ற