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ワイヤレス通信の目に見えない世界では、アンテナは重要なゲートウェイとして機能し、電気信号を電磁波に、またはその逆に変換します。アンテナの選択は、IoT デバイス、スマートフォン、通信インフラストラクチャのパフォーマンス、サイズ、コストを左右する可能性があります。無数のオプションの中で、 セラミック アンテナ と PCB アンテナは、 最も普及しており、よく比較される 2 つのテクノロジーとして際立っています。この記事ではデータに基づいた詳細な分析を提供し 、セラミック アンテナと PCB アンテナのパフォーマンスに関する 、エンジニア、設計者、調達スペシャリストが技術的なメリットとアプリケーションの要求に基づいて情報に基づいた選択を行えるようにします。私たちはその基本原則を詳しく分析し、重要な業績評価指標を比較し、 Zhengzhou LEHENG Electronic Technology Co., Ltd.のような大手メーカーが これらのテクノロジーをどのように活用して世界的な接続環境全体に堅牢なソリューションを提供しているかを調査します。
セラミック アンテナと PCB アンテナの間で賢明な選択をするには、まずそのコアの構造と、その動作を支配する基礎となる物理学を理解する必要があります。
セラミック アンテナは 、誘電率の高いセラミック基板上に製造されたアンテナの一種です。この高い誘電率により、アンテナは、低誘電率のアンテナと比較して、はるかに小さな物理的サイズで必要な周波数で共振することができます。そのため、スペースが貴重な小型デバイスに最適です。
セラミック アンテナは主に 2 つの方法を使用して製造されます。
バルク セラミック アンテナ: これらは、セラミック ブロック全体を高温で焼結することによって作成されます。次に、金属放射要素がこのセラミック ブロックの表面に印刷されます。
多層セラミック アンテナ: 低温同時焼成セラミック (LTCC) テクノロジーを利用しています。セラミックグリーンテープの複数層に金属導体を印刷し、積み重ねた後、高温で同時焼成します。この高度なプロセスにより、コンパクトな設置面積内で複雑な 3 次元構造を実現できるため、設計の柔軟性が向上し、さらなるサイズの縮小が可能になります。 LTCC の革新的な使用は、LPWA (低電力ワイドエリア) アプリケーションの従来のサイズ制限を克服するサブ GHz セラミック チップの開発など、最近の進歩の背後にある重要な推進力です。
PCB アンテナ は、最も単純な形では、デバイス自体のプリント基板に直接エッチングされたトレースです。これは、電磁エネルギーを放射するように設計された、逆 F (IFA)、蛇行ライン、パッチなど、さまざまな形状をとることができる導電パターンです。統合アンテナ システムの基本コンポーネントとしての主な利点は、低コストとシームレスな統合にあります。
PCB アンテナの長所と短所は明確です。
追加のコンポーネントは必要ありません。
無視できる単位コスト。
別途組み立ては必要ありません。
メインボードの一部であるため、物理的な損傷を受けにくくなります。
パフォーマンスは、周囲の PCB レイアウトや他のコンポーネントからのノイズの影響を非常に受けます。
多くの場合、専用アンテナ ソリューションと比較して、挿入損失が高く、放射パターンの効率が低くなり、一般に全体の放射効率が低くなります。
適切なアンテナを選択するには、プロジェクトの要件に対していくつかの技術パラメータを比較検討する必要があります。次の表は、これら 2 つのアンテナ タイプがどのように積み重なるかについての概要を示しています。
| 機能 | セラミック アンテナ | PCB アンテナ |
|---|---|---|
| サイズと統合 | 非常に小さなスタンドアロンコンポーネント | より大きく、ボードに統合 |
| 放射線効率 | 高 (例: 最大 75% 以上) | 中～低 (基板ノイズの影響を受けやすい) |
| パフォーマンスの安定性 | 優れており、PCB環境の影響を受けにくい | 変動しやすく、基板の設計とレイアウトに大きく依存します |
| 単価 | より高い | 非常に低い |
| 設計の複雑さ | より高い、インピーダンス整合が必要 | 低いが、慎重な RF レイアウトが必要 |
| 理想的な用途 | スペースに制約があり、高性能かつ過酷な環境でのアプリケーション | パフォーマンス要求がそれほど厳しくない、コスト重視の大量消費者向け製品 |
高レベルの概要を超えて、具体的なパフォーマンス データと実際の製品の比較を調べてみましょう。
放射効率は、アンテナが入力電力を放射波にどれだけ効果的に変換するかを示す重要な指標です。ここでは セラミック アンテナが 常に PCB アンテナよりも優れた性能を発揮します 。たとえば、サブ GHz アプリケーション向けの Abracon の AANI-CH-0171 LTCC セラミック アンテナは、75% (-1.2dB 損失) の放射効率を誇ります。対照的に、 PCB アンテナは、損失の多い PCB 材料や干渉に近いため、多くの場合効率が大幅に低くなり、これが直接的に通信距離の短縮または必要な送信電力の増加につながります。
小型デバイスの推進により、小型化が重要な戦場となっています。 セラミック アンテナは、誘電率が高いため、当然の利点があります。最先端のサブ GHz セラミック アンテナの寸法はわずか 7.0x2.0x0.8mm で、これは 3D LTCC 多層積層によって達成され、従来のソリューションと比較して平面設置面積を 60% 以上削減するという偉業を達成しました。 は PCB アンテナは小さくすることができますが、より低い周波数 (サブ GHz など) で効果的な放射を実現するに 、より大きなトレース領域が必要であり、これがコンパクトな設計の制限要因となる可能性があります。
産業、自動車、または屋外用途では、環境ストレス下でのパフォーマンスは交渉の余地がありません。高度な セラミック アンテナ はこのために設計されています。これらは幅広い温度安定性を提供し、一部の AEC-Q200 認定モデルは、効率の変動を最小限に抑えながら -40°C ～ +125°C で確実に動作します。主要な革新は金属取り付け機能であり、特定の設計には金属バックキャビティ分離が組み込まれており、これにより性能低下を最小限に抑えながら金属表面に直接取り付けることができます。これは、ほとんどの PCB アンテナを著しく機能不全にするシナリオです。.
どちらのアンテナも一般的な周波数帯域をカバーできますが、その適合性はアプリケーションによって異なります。
セラミック アンテナは 、GPS および GNSS アンテナ、5G アンテナ、その他の高精度アプリケーションでのパフォーマンスで知られています。また、その設計は、広帯域幅と高い絶縁性を提供する 5G/B5G システム用の二重偏波スタック構造など、新たな領域にも押し込まれています。
PCB アンテナ は、コストを重視する家庭用電化製品における WiFi アンテナ、Bluetooth モジュール、Zigbee アプリケーションの主力製品です。ただし、LoRa や Sigfox (サブ GHz 帯域) などの非常に低い周波数のプロトコルの場合は、慎重に設計された PCB アンテナが 実現可能かもしれませんが、多くの場合、特殊な セラミック チップ アンテナの 方がサイズ対性能比がはるかに優れています。
アンテナ業界は静的なものではありません。イノベーションは、5G アドバンス、モノのインターネット (IoT)、衛星接続の需要によって推進されます。 2025 年の市場レポートによると、世界のアンテナ市場は、5G アドバンストの商品化、衛星インターネットの展開、スマート コネクテッド カーの台頭という 3 つの主要な要因によって再形成されています。
より高い効率とより小さなサイズの追求が燃料材料の研究を続けています。 LTCC (低温同時焼成セラミック) プロセスにおける最先端セラミックの使用はその代表的な例であり、前述した 3D 小型構造が可能になります。さらに、液晶ポリマー (LCP) などの材料は、柔軟な高周波アプリケーションで注目を集めています。
未来は単一のアンテナ タイプだけではなく、洗練されたシステムにあります。私たちは、AI を活用して放射パターンを動的に調整し、信号強度を最適化する「スマート アンテナ」の実現に向けて取り組んでいます。さらに、複数のワイヤレス規格を処理するために、複数のテクノロジーの統合 (たとえば、 GPS 用の セラミック パッチ アンテナと WiFi 用の PCB MIMO アンテナを 1 つのデバイス内で統合する) が一般的になりつつあります。ここで、 GPS/GNSS アンテナや 5G アンテナからコンボ アンテナや MIMO アンテナまであらゆるものを提供する 鄭州 LEHENGのような幅広いポートフォリオを持つサプライヤーが明確な利点を提供します。
以下の意思決定マトリックスは、選択のガイドとなる主な選択基準の概要を示しています。
| プロジェクトの優先順位 | 推奨されるアンテナ タイプ | 主な根拠 |
|---|---|---|
| 超低コスト | PCB アンテナ | 個別のコンポーネントとそのアセンブリのコストが不要になります。 |
| 物理的サイズの最小化 | セラミックアンテナ | 誘電率が高いと、より小型の共振構造が可能になります。 |
| 最大範囲と信号の信頼性 | セラミックアンテナ | 放射効率が高く、基板ノイズからの分離が向上します。 |
| 過酷な環境（熱、金属） | セラミックアンテナ | 優れた温度安定性と特殊な金属マウント設計。 |
| 迅速なプロトタイピングと設計の簡素化 | PCB アンテナ | PCB レイアウトの一部として設計されているため、最初のプロトタイピングが簡素化されます。 |
Q1: PCB アンテナはセラミック アンテナと同じくらい優れていますか?
特定の制御されたシナリオでは、適切に設計された PCB アンテナは 、意図したアプリケーションに対して適切に機能します。しかし、特に放射効率、小型化、性能の安定性といった点においては、 セラミックアンテナの方 が技術的に優れているのが一般的です。トレードオフは、ほとんどの場合、より高い単価とより複雑な RF マッチング要件です。
Q2: セラミック アンテナの方が効率が良いのはなぜですか?
主な理由は、セラミック材料の高い誘電率です。この特性により、電磁場がアンテナ基板内により緊密に閉じ込められ、エネルギー損失が低減され、より小さな体積でより効果的な共振が可能になります。これにより、裸のと比較して、周囲の PCB コンポーネントやレイアウトからのずれの影響を受けにくくなります。 PCB トレース アンテナ.
Q3: 小型のバッテリー駆動の IoT センサーの場合、どのアンテナを選択すればよいですか?
これは典型的なトレードオフです。センサーがコスト重視で十分なスペースがある場合は、 PCB アンテナで 十分な場合があります。ただし、デバイスが非常にコンパクトで、長いバッテリ寿命が必要な場合 (高効率が重要な場合)、または金属上または金属の近くに取り付ける必要がある場合は、 コストは高くなりますが、LTCC ベースのチップ アンテナなどの小型セラミック アンテナが最終的な技術的選択肢となります。
セラミック アンテナ と PCB アンテナ の間の議論は 、普遍的な勝者を見つけることではなく、プロジェクトの特定の経済的および性能基準に適切なテクノロジーを適合させることについてです。 PCB アンテナは、 基板スペースが主な制約ではない、大量生産でコスト重視のアプリケーションに比類のない価値提案を提供します。対照的に、 セラミック アンテナは 、小型化、高効率、耐環境性、信頼性の高い性能を必要とする要求の厳しいアプリケーションにとって優れた技術ソリューションです。
これらの複雑な RF 設計の選択を行うには、深い技術的専門知識と信頼できるサプライ チェーンを備えたパートナーが必要です。業界で 10 年近くの経験を持つ Zhengzhou LEHENG Electronic Technology Co., Ltd.は、 この原則を体現しています。 ISO 9001:2015 認定の品質管理システムと革新性、実用主義、効率性のビジネス哲学を遵守し、LEHENG は包括的なアンテナ ソリューションを提供しています。高性能 GPS および GNSS アンテナ、5G アンテナ、コンボ アンテナ、および LoRa や WiFi バリアントなどの IoT 中心のアンテナを含む同社の製品ポートフォリオは、これらのさまざまなテクノロジーを適用して、グローバル パートナーの現実世界の接続の課題を解決する方法についての深い理解を示しています。
