PCB Blog - アンテナ 基板：電子機器に内蔵された「信号指揮官」

携帯電話のブラシ動画を手に取ったり、スマートウォッチで心拍数を測ったり、ルーターを通じてWiFiに接続したり、私たちは毎日便利な無線通信を楽しんでいますが、これらのデバイスの背後にはアンテナ 基板ナという「信号指揮官」が隠れていることに気づく人は少ないでしょう。従来の外付けアンテナのように目立たないが、信号送受信の中核的な役割を黙々と担っている、電子機器の「無線神経末梢」とも言える。今日は、アンテナ 基板の神秘的なベールをはがして、この「小さな体」にどれだけのエネルギーが隠されているのかを見てみましょう。

一、アンテナ 基板とは？

まず、アンテナ 基板とは何なのかという基礎的な問題を理解しなければなりません。

PCB，すなわち「プリント基板」は、ほとんどすべての電子機器の「骨格」であり、携帯電話、パソコン、スマート家電に銅線、溶接点が敷き詰められた緑色の板がPCBである。

アンテナ 基板とは、基板上の特定の形状の金属ワイヤ（通常は銅箔）を介して電磁波の送信と受信を実現するPCB基板上に直接作製されたアンテナであり、独立したアンテナモジュールを追加実装する必要はありません。

簡単に言うと、従来のアンテナはデバイスに「外付け」されていた。例えば、旧式ラジオのロッドアンテナ、ルータの初期の外付けアンテナ、アンテナ 基板はデバイス回路基板に「埋め込まれた」もので、PCB基板に信号送受信システムを「カスタマイズ」したものに相当する。

この「一体化」設計は、現代の小型化された電子機器の「標準装備」になる鍵である。

二、なぜアンテナ 基板は従来のアンテナに取って代わることができるのか。

「外付けアンテナの方が『プロフェッショナル』に見えるのに、なぜ今PCBアンテナを使っているのか？」と聞かれるかもしれません。

答えは簡単です：それは現代の電子機器の発展ニーズに完璧に適合しているので、優位性は大きくつかむことができます。

1、極めて小型化され、「軽量で短い」傾向に適合

現在の携帯電話、スマートハンドリング、Bluetoothイヤホンは薄く、小さくすればするほど、外付けアンテナは「入りきらない」。

PCBアンテナは回路基板に直接刻み込まれ、厚さは銅箔に匹敵するだけで（通常数ミクロンから数十ミクロン）、余分なスペースをほとんど占有せず、装置を究極の軽量設計にすることができる。

2、コストがより低く、量産がより効率的である

従来のアンテナは単独で設計、購入、組み立てる必要があり、コストを増やすだけでなく、組み立て誤差によって性能に影響を与える可能性もある。

PCBアンテナは回路基板を作製する際に同期して完成することができ、追加の工程とコストを省き、大規模量産に最適である。

3、安定性がより強く、耐干渉性が突出している

外付けアンテナは衝突、振動の影響を受けやすいが、PCBアンテナは機器と「一体化」し、構造がより安定している。

同時に、デザイナーはアンテナの配置を最適化し、遮蔽層を増やすなどの方法で、設備内部の他の部品（例えばチップ、電池）の干渉を減らし、信号の送受信をより信頼性の高いものにすることができる。

4、柔軟な設計で、多シーンニーズに対応

アンテナ 基板の形状（蛇行、円形、矩形など）、サイズ、位置は、デバイスの構造とパフォーマンス要件に応じて柔軟に調整できます。WiFi、Bluetooth、5 Gに対応する携帯電話が必要な場合でも、低消費電力、小型のスマートセンサーが必要な場合でも、対応するPCBアンテナを設計することができます。

5、美観性がより良く、消費審美に合致する

携帯電話やスマートウォッチなどの消費電子にとって、「ルックス値」は重要だ。アンテナ 基板は設備の内部に隠されており、製品の全体的な外観を損なうことなく、デザイナーがより自由に簡潔で美しい造形を作ることができるのも、現在のスマートフォンには外部アンテナがほとんど見えない理由だ。

三、一般的なアンテナ 基板はどれらがありますか。

PCBアンテナは「一刀両断」ではなく、応用シーンと性能ニーズに応じて、一般的なタイプは主に以下の4種類がある：

1、マイクロストリップアンテナ：小型デバイスの「優先」

マイクロストリップアンテナは、誘電体基板に貼り付けられた金属パッチ（放射体）と基板底部の接地層からなり、非常にコンパクトな構造となっている。その利点は、小型、軽量、統合しやすいことであり、携帯電話、タブレット、スマートウォッチなどの小型消費電子に非常に適しており、WiFi、Bluetooth、GPS信号の送受信によく使われている。

2、monopoleアンテナ（単極アンテナ）：性価比の選択

単極アンテナは通常、接地層に垂直な金属導線であり、構造が簡単でコストが低く、利得（信号送受信能力）がちょうどよい。ルータ、セットトップボックス、ワイヤレスマウスなどのデバイスに広く使用されており、特にコストに敏感で、ゲイン要件が高くないシーンに適しています。

3、双極子アンテナ：平衡伝送の「達人」

双極子アンテナは長さが等しく、対称に配置された2本の金属導線からなり、信号は平衡給電線を通じて伝送され、耐干渉能力が強く、利得は単極アンテナよりも高い。無線通信モジュール、リモートセンシングセンサなど、安定した信号伝送を必要とするデバイスによく使用されます。

4、ヘリカルアンテナ：円偏光信号の「エキスパート」

ヘリカルアンテナは、主にGPS、北斗衛星信号などの円偏光電磁波を受信または送信するための金属ワイヤによってヘリカル状に巻かれている。その方向性が強く、利得が高く、信号伝送過程での損失を効果的に減らすことができ、衛星測位装置に不可欠な「利器」である。

四、アンテナ 基板の設計：「線を引く」ほど簡単ではない

アンテナ 基板は回路基板上の「数本の銅線」にすぎないが、設計過程は技術的な仕事であり、複数の重要な要素を考慮する必要があり、少しでも不注意があれば信号性能に影響を与える：

1、周波数マッチング

異なる無線通信プロトコル（例えばWiFi 2.4 G、5 G、Bluetooth、GPS）は異なる動作周波数に対応し、アンテナのサイズ、形状は目標周波数に一致しなければならない。

周波数が低いほど、アンテナに必要なサイズが大きくなり、逆に小さくなります。周波数が一致しないと、信号は大きく減衰し、送受信できなくなります。

2、インピーダンス整合

アンテナのインピーダンス（信号伝送の「抵抗」と理解できる）は、給電線、チップのインピーダンスと一致している必要があります（通常は50オーム）、そうでないと、信号が伝送中に反射、損失し、通信品質が低下します。

設計者は通常、容量、インダクタンスなどの整合回路を追加することでインピーダンス不整合の問題を解決する。

3、レイアウト最適化

機器内部のチップ、電池、スピーカーなどの部品には電磁干渉が発生し、アンテナがこれらの「干渉源」に近すぎると、性能が大幅に低下する。

そのため、設計時にはアンテナの位置を合理的に計画する必要があり（例えば、できるだけ設備の縁に置く）、同時に接地層、シールドカバーなどの隔離措置を増やす必要がある。

4、環境適合

設備の使用環境もアンテナ性能に影響を与える。

例えば、携帯電話を手に握ると、人体は電磁波の一部を吸収する。スマートウォッチが手首にくっつくと、皮膚が信号伝達に影響を与える。デザイナーはシミュレーションテストを通じて、アンテナ設計を最適化し、環境要素の影響を減らす必要がある。

五、アンテナ 基板の応用シーン

現在、PCBアンテナは私たちの生活と生産のあらゆる面に浸透しており、無線通信がある場所であれば、ほとんどその姿を見ることができます。

1、消費電子

携帯電話、タブレット、スマートウォッチ、Bluetoothイヤホン、ルーター、セットトップボックス……これらの私たちが毎日使っているデバイスは、通話、インターネット、Bluetooth接続、衛星測位などの機能を実現するためのPCBアンテナをほとんど搭載しています。

2、スマートホーム

スマートドアロック、スマート電球、スマートコンセント、温湿度センサー、煙警報器……これらのスマートホーム設備はPCBアンテナを通じてWiFi、ZigBee、LoRaなどの無線信号を受信し、遠隔制御、データ報告を実現し、「万物相互接続」のスマート生活シーンを構築する。

3、工業分野

工業シーンにおいて、PCBアンテナは工業センサー、無線時計装置、モノのインターネットゲートウェイなどに用いられ、職場、倉庫などの複雑な環境の下で安定した無線通信を実現し、企業が生産過程のインテリジェント化監視と管理を実現するのを助ける。

4、カーエレクトロニクス

現代自動車はますますスマート化しており、カーナビゲーションにはGPSアンテナが必要、車のネットワーク接続には4 G/5 Gアンテナが必要、Bluetooth接続にはBluetoothアンテナが必要……これらのアンテナの多くはPCB形式を採用し、自動車の計器盤、ミラー、ルーフなどの位置に集積し、車載システムの信号安定を確保している。

アンテナ 基板は機器の内部に隠されており、一般には知られていないが、無線通信時代の「隠れた礎石」である。私たちのポケットの中の携帯電話から、家のスマート家電、工場のセンサーまで、この「信号指揮官」がいるからこそ、万物相互接続の生活と生産が可能になるのです。