Las pequeñas antenas de chip de RF ya no están relegadas a las áreas “no-ir” de PCB, lo que permite a los diseñadores de productos hacer que los biosensores inalámbricos y los dispositivos médicos portátiles sean aún más pequeños.
Las pequeñas antenas de chip de RF ya no están relegadas a las áreas “no-ir” de PCB, lo que permite a los diseñadores de productos hacer que los biosensores inalámbricos y los dispositivos médicos portátiles sean aún más pequeños.
Tradicionalmente, las antenas de chip pequeño que se utilizan en los dispositivos médicos habilitados para RF tienen una antena “prohibida” de tierra designada para minimizar la interferencia de otros componentes y garantizar un patrón de radiación ideal para las señales inalámbricas. En algunos casos, este espacio reservado puede ocupar 15 x 20 mm de la placa de circuito impreso (PCB).
Sin embargo, a medida que los biosensores médicos y los dispositivos portátiles de próxima generación pasan a tamaños aún más pequeños, nuevas alternativas están ingresando al mercado que permiten montar antenas de chip directamente sobre superficies metálicas. Esto elimina del 10 al 20 % del espacio tradicionalmente reservado para las áreas de exclusión, lo que permite a los diseñadores reducir el tamaño total del producto.
Esto tiene implicaciones significativas para los dispositivos médicos inalámbricos. Incluso las placas de circuito impreso que se encogen y las baterías de tipo botón son factores limitantes para los factores de forma mínimos. Los productos que podrían verse afectados positivamente por este desarrollo incluyen una variedad de dispositivos “inteligentes” como relojes, ropa, anteojos, parches, píldoras e incluso tiritas.
Biosensores sanitarios móviles y wearables
Para la industria médica, el futuro es ahora cuando se trata de dispositivos sensores pequeños que funcionan con baterías que se pueden colocar cerca, acoplar o implantar dentro del cuerpo para monitorear signos fisiológicos como la temperatura, la presión arterial y la frecuencia del pulso. .
Estos dispositivos inteligentes pronto monitorearán todo, desde el estado físico hasta la salud, el medio ambiente, el estilo de vida y el comportamiento. Los parámetros biológicos que se pueden rastrear incluyen signos vitales, sueño, emociones, estrés, respiración, movimiento, esfuerzo, postura, forma de andar, forma del cuerpo, lesiones, agudeza mental, toxinas, azúcar en la sangre, electrocardiograma y adherencia a los medicamentos.
La información recopilada se transmite de forma inalámbrica a un teléfono celular cercano, a una estación de monitoreo remota o a través de Internet a través de Wi-Fi a un servidor backend para su posterior análisis, evaluación y toma de decisiones.
Se espera que la recopilación de datos de esta manera facilite el desarrollo de modelos de enfermedades y la comprensión del comportamiento complejo de las redes biológicas. Los datos de salud móviles también pueden ser una herramienta valiosa para el descubrimiento de fármacos y la investigación clínica.
Algunos productos que ya han incorporado este tipo de tecnología son vendajes que tienen sensores incorporados que miden el ritmo cardíaco, la frecuencia respiratoria y la temperatura corporal.
Estas medidas se pueden utilizar, por ejemplo, para determinar la cantidad exacta de insulina que debe administrarse desde una bomba de insulina controlada de forma inalámbrica que lleva un diabético.
Antena de chip integrado
Para transmitir y recibir señales inalámbricas de RF en el rango de frecuencia adecuado, los dispositivos inteligentes necesitan una pequeña antena de chip de RF integrada en la PCB o debajo de la carcasa del producto.
Estas antenas chip radian y reciben ondas electromagnéticas como otro tipo de antenas, siendo la diferencia más notable su menor tamaño. De hecho, los teléfonos móviles actuales incorporan al menos cuatro antenas y algunos modelos tienen hasta 13 antenas, mientras que los dispositivos portátiles más pequeños contienen solo una o dos antenas.
Las antenas de chip suelen depender de un plano de tierra para funcionar correctamente. En otras palabras, se requiere un plano de tierra correctamente dimensionado y colocado para formar un circuito resonante completo.
La placa de circuito impreso puede actuar como un plano de tierra, pero la antena en sí generalmente debe colocarse en el borde de la placa en una sección aislada sin tierra ni componentes metálicos que distorsionen la radiación. Sin distancia de separación, el rendimiento de la antena se ve significativamente afectado.
“El ‘área de exclusión’ es fundamental para permitir que la antena de chip emita radiación electromagnética en la aplicación de la antena. “El tamaño del paquete, el lugar donde se monta la antena y su proximidad al cuerpo humano afectan el patrón de radiación”, dijo Manuel.de Carmona Tecnología Johanssones líder en componentes cerámicos de alta frecuencia, como antenas de chip, capacitores de alto Q y filtros de chip EMI.
Según Carmona, Johanson Technology pudo eliminar el requisito de áreas designadas sin suelo mediante la optimización de materiales (cerámica y tintas), procesos de fabricación y diseño de circuitos de RF.
Ahora se puede montar una nueva antena de 2,4 GHz directamente en un plano de tierra de metal. Este producto mide 2 x 5 mm y está diseñado para aplicaciones estándar IoT, 2.4 BLE, Wearables, ISM, ZigBee y 802.11 donde el metal o la batería/pantalla cubre toda la longitud o el costado de la PCB, alimentado por pequeñas baterías de tipo botón. estoy aquí.
“Dado que el espacio de PCB está en su apogeo, el tamaño y la ubicación de las antenas de chip es muy importante porque a medida que todo se vuelve más pequeño, se vuelve cada vez más difícil colocar más componentes en el tablero”, explica Carmona. “Como tal, los ingenieros de diseño recurren a los fabricantes de componentes para que les proporcionen soluciones miniaturizadas que ocupen muy poco espacio real en la placa”.
El diseño de la antena en sí también es importante para su alcance y rendimiento. La interferencia inalámbrica y otros obstáculos en los equipos médicos pueden interrumpir la conectividad.
También puede haber implicaciones legales. Los productos que recopilan o transmiten información utilizando tecnologías de RF como Bluetooth, al igual que otros dispositivos inalámbricos, están sujetos a la regulación de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Por lo tanto, es fundamental que el dispositivo funcione a la frecuencia especificada, y el diseño y la ubicación de la antena son esenciales para una sintonización adecuada.
A pesar de la naturaleza crítica de las antenas, Carmona dice que a menudo se pasan por alto hasta el final del proceso de diseño, momento en el que es posible que no se logre el rendimiento óptimo de la antena dentro del espacio provisto.
Para ayudar en el diseño y la selección de antenas de chip, Johanson Technology ofrece un programa que permite a los ingenieros de diseño transmitir dispositivos miniaturizados y la empresa sintoniza la antena para una funcionalidad óptima.
“Las antenas de chip que se pueden montar en un plano de tierra tienen muchas aplicaciones en productos que desean integrar la tecnología inalámbrica”, dice Carmona. “Hasta ahora, hemos recibido de todo, desde botones de camisas inteligentes hasta joyas y otros artículos portátiles en diferentes formas y tamaños”.
Para obtener más información, comuníquese con Johanson Technology al +1 (805) 389-1166 o visite [email protected]. Johanson Technology.com/ant.