Ladda ner artikeln här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert

Antenner finns i en mängd utformningar beroende av applikation och vilken typ av egenskap på utstrålning som behövs. För produkter som säljs i stora kvantiteter är kostnaden också viktig och då är det vanligt att integrera ett antennmönster i produktens mönsterkort. I allmänhet behöver de placeras på produktens kortsida eller ett hörn och därigenom blir produkten längre för att avsätta plats för antennen.

För att undvika att förstora produkten kan man istället placera antennen i mitten av en sida, ofta en långsida. Men det går inte att bara flytta antennmönstret från kortsidan och placera det i ett urtag på långsidan då dessa antenner inte fungerar med denna placering. Det var därför önskvärt att skapa en liten men väl fungerande antennstruktur som kan placeras längs långsidan på produkter.

En annan viktig parameter är att antennen inte ska gå in för djupt in i mönsterkortet utan bara använda yta längs ytterkanten på mönsterkortet.

Detta var utgångspunkterna när Proant tog fram Niche-konceptet. Utfallet var en antenn som klarade ett frekvensband för 2,4 GHz. Den plockades snabbt upp av Raspberry Pi till deras Zero W-modul. När det därefter fanns behov av antenn för två separata frekvensområden utvecklades konceptet vidare för att klara både 2,4 och 5 GHz-områdena för WiFi. Det används idag bland annat på Raspberry Pis nyare moduler, som Pi 3 Model B+ och Pi 4 Model B, se bild 1.

Niche kan även användas för andra frekvensband och protokoll utöver Bluetooth och WiFi, till exempel mobildata för 2G-, 3G-, LTE-, NB-IoT- och 5G- protokollen, liksom UHF-banden 868 och 915 MHz som bland annat LoRa använder. Även positioneringssystem som GPS, Glonass, Galileo och Beidou kan använda Niche-konceptet.

Antennstrukturen för lägre frekvenser blir större. Den blir också större om bandbredd behöver utökas. För 2G, 3G och LTE är storleken cirka 14 × 24 mm. För applikationer som kräver mindre bandbredd som LoRa räcker det med en storlek om 8 × 16 mm. För Bluetooth är storleken 4 × 8 mm.

Antenntekniken kan nog bäst beskrivas som en hybrid mellan notch- och loop-antenn. Den har främst magnetisk excitering av EM-fälten vilket ger den fina egenskapen att den är okänslig för dielektrisk belastning. Med andra ord kan den gjutas in i silikon eller liknande gjutmassa utan att dess resonansfrekvens nämnvärt ändras. Även prestanda håller sig nästan intakt. Detta gör att tekniken är väl lämpad för moduler, då den håller sig frekvensstabil för de flesta implementationer i kunders produkter. Det har vi bland annat sett från de u-blox-moduler som innehåller Niche-teknologin.

Vi har även utforskat möjligheten att frekvensjustera antennens frekvensområde. Det kan vara lämpligt när man behöver täcka ett brett frekvensområde, exempelvis för global LTE- eller NB-IoT-användning.

Med en väldigt enkel växlingsmekanism kan man flytta antennens frekvensområde så att det är möjligt att med bra prestanda täcka 699–960 MHz och 1 710–2 170 MHz även för små applikationer. I detta exempel placerar vi antennen på ett 80 × 40 mm stort mönsterkort, vilket är en förhållandevis liten applikation. Med hjälp av växling med en SP4T-switch och 4 kapacitanser kan antennen ändå täcka hela frekvensområdet, se figur 1 och 2.

Kapacitanserna är placerade över antennens öppning i jordplanet (se även www.proant.se/technology för utförligare beskrivning).

Det går även att klara dessa band utan växling om man får tillgång till större yta för antennen och om applikationskortet är större. Med ett 140 × 60 mm stort mönsterkort och en antennstorlek på 20 × 40 mm täcker man alla LTE-band från 699 MHz upp till 2 700 MHz utan att behöva frekvensjustera antennen.

Då denna teknologi är patenterad inom EU och patentförfarande är på gång i flera andra länder som USA, Kina, Japan, Sydkorea, får kunder betala en licensavgift för att använda tekniken. Hittills har vi sett att kostnaden inte avskräcker när årlig kvantitet är större än 100 000 stycken.

Vi har ett partnerprogram till produktutvecklande konsulter där de får del av licensavgiften för sina kunders produkter. Vi stödjer också kunder i införandet av tekniken, vilket uppskattas av de flesta kunder då det krävs lite speciell teknik för att optimera antennen i designstadiet.

Proant utvecklar, tillverkar och säljer ­antenner. Vi har huvudkontor och utveckling i Umeå och ett dotterbolag i Hong Kong som säljer och levererar produkter till kunder över hela världen. Målet är att erbjuda antenner, främst inbyggda, som uppfyller kunders krav på säker kommunikation. Sortimentet täcker de flesta behov kunder har och vi ­utvecklar hela tiden nya koncept för kommande standarder.