FPCB-антенны — гибкие решения для сложной формы и плотной компоновки

Эта технология, объединяющая принципы классических печатных антенн с отличной механической гибкостью, открывает новые возможности для оптимизации дизайнов устройств. От умных часов, которые должны работать на изгибе запястья, до автомобильных систем, встроенных в сложные поверхности кузова — FPCB антенны подходят там, где обычные решения просто не могут справиться с задачей.

Анатомия гибкости: как устроены FPCB антенны 

FPCB-антенна — это рисунок из медной фольги, нанесённый на гибкую диэлектрическую подложку. За счёт гибкости такие антенны можно «обернуть» вокруг криволинейной поверхности, поместить в тонкую кромку корпуса или закрепить в местах с ограниченным объёмом. Это делает их идеальными для носимых устройств, автомобильных элементов, складных/скручивающихся частей и компактных IoT-корпусов.

Конструктивные особенности

• Гибкая подложка — полиимидная пленка толщиной 25-75 мкм, выдерживающая тысячи циклов изгиба без потери свойств. Диэлектрическая проницаемость εᵣ ≈ 3.4, что близко к классическому FR-4 (стандарт для изготовления PCB плат), но с гораздо лучшими механическими характеристиками.
• Медная фольга — проводящий слой толщиной от 12 до 35 мкм, формирующий излучающую структуру. В отличие от жестких плат, здесь используется специальная "гибкая" медь с повышенной пластичностью.
• Защитные слои — coverlay (лист полиимида для физической защиты и гибкости) и solder mask (эпоксидный фоторезист для более плотной компоновки контактов) защищают медные проводники от окисления и механических повреждений. Часто один слой делают съемным для создания клеевой поверхности.
• Встроенная земля — ключевая особенность FPCB. В отличие от обычных PCB антенн, здесь заземление интегрировано в саму структуру, что делает антенну выносной и независимой от размеров платы.

Электродинамические принципы

Работа FPCB антенны основана на тех же фундаментальных принципах, что и у жестких аналогов, но с важными нюансами. Механический изгиб влияет на электрические характеристики несколькими способами:

Важно учитывать: большинство FPCB антенн допускают изгиб до радиуса 5-10 мм в долгой статической нагрузке без значительной деградации параметров. При более сильных изгибах могут возникать механические напряжения в меди, приводящие к изменению резонансной частоты. Для решения этой проблемы можно использовать специальные змеевидные топологии в местах изгиба, которые снизят напряжения в металле.

Сравнительный анализ: FPCB против альтернативных технологий

FPCB vs LDS (Laser Direct Structuring) — соревнование за 3D

LDS технология позволяет создавать антенны непосредственно на корпусе устройства, используя лазерную активацию специального пластика с последующей металлизацией. Звучит футуристично, но есть нюансы.

Преимущества LDS:

• Полная трёхмерная свобода дизайна — антенна может повторять любую поверхность корпуса
• Экономия места — корпус становится антенной, не требуя дополнительного объёма
• Возможность создания сложных структур на одной поверхности

Ограничения LDS:

• Высокие первоначальные затраты на оборудование и оснастку
• Ограниченный выбор материалов корпуса — только специальные LDS-пластики
• Сложности с ремонтопригодностью — антенна неразрывно связана с корпусом
• Экономическая целесообразность только при больших объёмах производства

FPCB предпочтительнее, когда: нужна быстрая разработка прототипа, малые объёмы производства, требуется возможность замены/ремонта антенны, ограниченный бюджет на оснастку.  

FPCB vs встроенные (PCB) антенны — философия интеграции

Встроенные антенны создаются внутри многослойной PCB в процессе её изготовления. Излучающие элементы располагаются на внутренних слоях платы, что полностью скрывает антенну от внешнего воздействия.

Сравнительная таблица характеристик:

 PCB антенны выигрывают в защищённости и стабильности, но FPCB предоставляют гораздо больше свободы для оптимизации размещения.

Если вы предпочитаете PCB решение – у нас есть подробная статья про этот тип антенн, где отмечены наши лучшие и складские позиции.

FPCB vs металлическая антенна — старая школа против новых технологий

Штампованные металлические антенны представляют собой трёхмерные структуры, вырезанные из тонкого металлического листа. Это проверенная временем технология с предсказуемыми характеристиками. 

Преимущества металлических антенн:

• Исключительная механическая прочность и долговечность
• Высокая точность изготовления (до 0.1 мм) при штамповке
• Возможность создания сложных 3D профилей
• Отличные высокочастотные характеристики благодаря низкому сопротивлению

Недостатки Sheet Metal:

• Высокая стоимость оснастки для штамповки
• Ограниченная гибкость дизайна после создания штампа
• Больший вес по сравнению с FPCB
• Сложности с интеграцией в компактные устройства

FPCB побеждает при необходимости частых итераций дизайна, в приложениях, где критичен вес, и когда требуется конформная установка в сложные поверхности.

Критерии выбора: когда FPCB — оптимальное решение

Геометрические ограничения

FPCB антенны — идеальный выбор, когда:

• Доступное пространство имеет сложную криволинейную форму
• Требуется размещение антенны на поверхностях с малым радиусом кривизны
• Необходима конформная установка в корпуса сложной формы

Требования к производству

Технологические факторы, благоприятствующие FPCB:

• Малые и средние объёмы производства (до 100,000 штук в год)
• Необходимость быстрого вывода продукта на рынок
• Требования к лёгкости итераций дизайна на стадии разработки
• Ограниченный бюджет на разработку оснастки

Электрические требования

FPCB антенны оптимальны для:

• Многодиапазонных применений — лёгкость создания сложных топологий
• Систем с умеренными требованиями к усилению (до 8 dBi)
• Приложений, где важна стабильность диаграммы направленности при деформациях

Технологические нюансы и подводные камни

Особенности кабельного подключения

Большинство FPCB антенн используют коаксиальные кабели малого диаметра (обычно RG174 или тоньше) с миниатюрными разъёмами типа U.FL, MHF или IPEX. Длина кабеля критически влияет на характеристики:

Потери в кабеле на частоте 2.4 ГГц:

• RG174 (2.79 мм): ~0.37 дБ/м
• RG316 (2.49 мм): ~0.45 дБ/м
• RG1.37 (1.37 мм): ~0.8 дБ/м

Практическое правило: для сохранения эффективности антенной системы потери в кабеле не должны превышать 1.5 дБ, что ограничивает максимальную длину ~3-4 метра для обычных применений.

Также нужно учитывать, что клеящий слой FPCB антенн (обычно акриловый 3M VHB) имеет собственную диэлектрическую проницаемость εᵣ ≈ 2.7, что может сдвигать резонансную частоту на 2-5%. При проектировании это компенсируется соответствующей коррекцией размеров.

В нашем продуктовом портфеле представлены FPCB решения, охватывающие весь спектр современных беспроводных применений — от компактных IoT-сенсоров до высокопроизводительных автомобильных систем. 

AH3G.205

• 2G/3G/LTE 824…2700 МГц

• Усиление 1.5 дБи

• КСВН: ≦ 2

• Размер 15х63 мм (прямой, угловой)

• Кабель 1.13, разъем IPEX/u.fl

AH3G.208

• 2G/3G/LTE 698-960M/1710-2690M/3000-3800 МГц

• Усиление 2/5.5/3.8 дБи

• Размер 14.5х85 мм

• Кабель 1.13, разъем IPEX/u.fl

• Длина кабеля 180 мм

• Полный аналог Molex 209142-0180

BY-LTE-FPCB-65X13mm

• 2G/3G/LTE 698-960/1710-2700 МГц

• Усиление 1.5/3.5 дБи

• Размер 13х65 мм

• Кабель 1.13, разъем IPEX/u.fl

• Длина кабеля 180 мм

BY-LTE-FPCB-01-S

• 2G/3G/LTE 698-960/1710-2170/2500-2700 МГц

• Усиление 2.5 дБи

• Размер 15х40 мм

• Кабель 1.13, разъем IPEX/u.fl

• Длина кабеля 100 мм

BY-2.4-5.0-FPCB-37X10mm-TH

• Wi-Fi/BT 2400-2500/5150-5850 МГц

• Усиление 3/3.5 дБи

• Размер 15х40 мм

• Кабель 1.13, разъем IPEX/u.fl

• Длина кабеля 100/150/250 мм

YNX-TX0918-FPC10810

• 2G/3G/LTE 600-2700 МГц

• Усиление 5 дБи

• Размер 10.5х109 мм

• Кабель 1.13, разъем IPEX/u.fl

• Длина кабеля 200 мм