In questo periodo ho avuto la possibilità di fare diverse esperienze nella progettazione e realizzazione di antenne. In particolare, le ultime esperienze si sono concentrate sullo studio e il progetto di antenne patch e di array di antenne.
L’ultima occasione, dopo la realizzazione del progetto per il corso di Wireless Electromagnetics Technologies, mi ha permesso di entrare direttamente in contatto con i laboratori dell’università e di realizzare in prima persona un’antenna integrata dopo averla progettata.
Design CAD
Il primo passo per poter utilizzare una fresa a controllo numerico è quello di creare un design 3D tale da permettere una corretta elaborazione, sia per la CNC che per l’assembalggio. Nel design considerato il punto debole è lo shorting pin che, considerando la strumentazione a disposizione, non può essere creato all’interno del substrato. Quindi tale prototipazione è iniziata con un redesign che ne permettesse il corretto assemblaggio.
A partire dal design originale è stata traslata la patch al bordo così da avere il lato del cortocircuito al bordo del substrato e poterlo realizzare tramite rame adesivo. Le altre dimensioni sono rimaste tali.
Il gerber file è stato quindi importato nel software di controllo per la milling machine ed è stata avviato il taglio.
Viene utilizzata una 4MILL300 della MIPEC e il software allegato, TrackMaker.
Assemblaggio della patch
Dopo aver tagliato l’antenna patch è necessario assemblarla. Ovvero si procede ad aggiungere il connettore SMA saldandolo. Viene poi aggiunto anche il lato di cortocircuito utilizzando un foglio di rame adesivo e alcuni punti di saldatura.
Prestazioni
L’ultimo passaggio è stato quello di testarne le prestazioni. Utilizzando un Vector Network Analyzer di pico Technologies è stato possibile misurare il coefficiente di riflessione. Dopo una calibrazione SOL (short-open-load) è possibile connettere l’antenna al cavo calibrato a 50 Ω.
Quindi si ottiene il coefficiente di riflessione ed è possibile analizzarne le prestazioni.
Considerazioni finali
Ci sono alcuni punti che hanno portato a differenze tra le specifiche di progetto e le caratteristiche realmente misurate.
La fase di redesign porta ad un primo shift della frequenza di risonanza da quanto misurato nel progetto.
Il progetto è stato realizzato considerando un FR4 con una permettività elettrica di 4.8, leggermente differente da quanto disponibile in laboratorio. Inoltre, durante la fase di cutting c’è stato un errore della macchina che ha portato a produrre un substrato leggermente meno spesso in alcuni punti introducendo un gap d’aria.
