Anténa alebo anténa v rádiotechnike je špecializovaná prevodník , navrhnutý radom vodičov, ktoré sú elektricky spojené s vysielačom alebo prijímačom. Hlavnou funkciou antény je vysielať a prijímať rádiové vlny rovnomerne vo všetkých horizontálnych smeroch. Antény sú dostupné v rôznych typoch a tvaroch. Malé antény možno nájsť na streche domov na sledovanie televízie a veľké antény zachytávajú signály z rôznych satelitov, ktoré sú vzdialené milióny kilometrov. Antény sa pohybujú vertikálne a horizontálne, aby zachytávali a vysielali signál. Existujú rôzne typy antén dostupné ako clona, drôt, šošovka, reflektor, mikropásik, log periodic, pole a mnoho ďalších. Tento článok pojednáva o prehľade mikropásiková anténa .
Definícia mikropáskovej antény
Anténa, ktorá je tvarovaná jednoduchým vyleptaním kúska vodivého materiálu nad dielektrickým povrchom, sa nazýva mikropásiková anténa alebo patch anténa. Na základnej rovine tejto mikropásikovej antény je namontovaný dielektrický materiál, kde táto rovina nesie celú konštrukciu. Okrem toho môže byť budenie tejto antény zabezpečené napájacími vedeniami, ktoré sú pripojené k patchu. Vo všeobecnosti sa tieto antény považujú za nízkoprofilové antény, ktoré sa používajú v aplikáciách s mikrovlnnou frekvenciou, ktoré majú frekvenciu nad 100 MHz.
Mikropásik/záplata antény je možné vybrať ako obdĺžnikový, štvorcový, eliptický a kruhový pre jednoduchú analýzu a výrobu. Niektoré mikropásikové antény nevyužívajú dielektrický substrát, ale sú vyrobené s kovovou záplatou, ktorá je namontovaná na základnej doske s dielektrickými rozperami; takže výsledná formácia je menej silná, ale jej šírka pásma je širšia.
Konštrukcia mikropáskovej antény
Návrh mikropáskovej antény môže byť vykonaný pomocou extrémne tenkého kovového pásika umiestnením na základnej rovine medzi dielektrický materiál. Tu je dielektrický materiál substrátom používaným na oddelenie pásu od základnej roviny. Akonáhle je táto anténa vzrušená, potom generované vlny v dielektriku podliehajú odrazom a energia vyžarovaná z okrajov kovových náplastí je veľmi nízka. Tieto tvary antény sú identifikované tvarom kovovej náplasti umiestnenej na dielektrickom materiáli.
Vo všeobecnosti sú prúžok/náplasť a prívodné línie fotoleptané na povrch substrátu. Existujú rôzne tvary mikropásikových antén, ako sú štvorcové, dipólové, obdĺžnikové, kruhové, eliptické a dipólové. Vieme, že záplaty môžu byť vytvorené v rôznych tvaroch, ale kvôli ľahkej výrobe sa bežne používajú záplaty kruhového, štvorcového a obdĺžnikového tvaru.
Mikropásikové antény môžu byť tiež vytvorené so skupinou rôznych náplastí nad dielektrickým substrátom. Na vybudenie mikropásikovej antény sa používa buď jedno alebo viacero napájacích vedení. Takže prítomnosť polí mikropáskových prvkov poskytuje lepšiu smerovosť, vysoký zisk a zvýšený rozsah prenosu s nízkym rušením.
Fungovanie mikropáskovej antény
Mikropásiková anténa funguje ako; vždy, keď prúd cez napájacie vedenie dorazí na pás mikropáskovej antény, potom sa vytvoria elektromagnetické vlny. Takže tieto vlny z náplasti začnú vyžarovať zo strany šírky. Ak je však hrúbka pásu veľmi malá, vlny vytvorené v substráte sa odrazia cez okraj pásu. Konštantná štruktúra pásu pozdĺž dĺžky neumožňuje emisiu žiarenia.
Nízka vyžarovacia schopnosť mikropáskovej antény umožňuje pokryť iba vlnové prenosy s malými vzdialenosťami, ako sú obchody, vnútorné miesta alebo miestne kancelárie. Takže tento neefektívny prenos vĺn nie je prijateľný v centralizovanej lokalite na veľmi veľkej ploche. Zvyčajne je pologuľové pokrytie dané patch anténou v uhle 30⁰ – 180⁰ vo vzdialenosti od držiaka.
Špecifikácie mikropáskovej antény
Špecifikácie mikropásikovej antény zahŕňajú nasledujúce.
- Jeho rezonančná frekvencia je 1,176 GHz.
- Frekvenčný rozsah mikropásikovej antény je od 2,26 GHz do 2,38 GHz.
- Dielektrická konštanta substrátu je 5,9.
- Výška dielektrického substrátu je 635 um.
- Spôsob podávania je mikropásikové vedenie.
- Tangenta straty je 0,00 12.
- Vodič je strieborný.
- Hrúbka vodiča je 25um.
- Jeho šírka pásma je ± 10 GHz.
- Jeho zisk je nad 5 dB.
- Jeho axiálny pomer je pod 4 dB.
- Jeho spätná strata je lepšia ako 15 dB.
Typy mikropáskových antén
K dispozícii sú rôzne typy mikropáskových antén, ktoré sú popísané nižšie.
Mikropásková patch anténa
Tieto typy antén sú nízkoprofilové antény, kde je kovová náplasť usporiadaná na úrovni zeme cez dielektrický materiál medzi nimi, ktorý obsahuje pásik (alebo) náplasťovú anténu. Tieto antény sú extrémne malé antény s nízkym vyžarovaním. Táto anténa obsahuje vyžarujúcu náplasť na jednej strane dielektrického substrátu a na druhej strane má základnú rovinu.
Vo všeobecnosti je náplasť vyrobená z vodivého materiálu, ako je zlato alebo meď. Tieto typy antén môžu byť vytvorené mikropáskovou metódou jednoduchou výrobou na PCB. Tieto antény sa používajú v aplikáciách s mikrovlnnou frekvenciou, ktoré majú vyššiu frekvenciu ako 100 MHz.
Mikropásková dipólová anténa
Mikropásik dipólová anténa je tenký mikropáskový vodič a je umiestnený na skutočnej časti substrátu a je úplne pokrytý kovom na jednej strane známej ako základná rovina. Tieto antény sa používajú v digitálnych komunikačných zariadeniach, ako sú počítače a uzly pre WLAN. Šírka tohto typu antény je malá, takže ju možno použiť na vstupnom bode systému WLAN.
Slotová anténa s potlačou
Tlačená štrbinová anténa hrá kľúčovú úlohu pri zvyšovaní šírky pásma antény s vyžarovacími vzormi v oboch smeroch. Citlivosť tejto antény je nízka v porovnaní s normálnymi anténami. Tieto antény sú potrebné v napájacom vedení, ktoré je usporiadané obrátene k substrátu a vertikálne k osi štrbiny umiestnenej nad náplasťou.
Mikropásková pohyblivá vlnová anténa
Mikropásikové antény s postupnou vlnou sú navrhnuté hlavne s dlhým mikropáskovým vedením s dostatočnou šírkou na podporu TE konektivity. Tieto typy mikročipových antén sú navrhnuté tak, že hlavný lúč leží v akejkoľvek trase od širokej strany po koncovú streľbu.
Spôsoby napájania mikropáskovej antény
Mikropásiková anténa má dva spôsoby napájania; kontaktný zdroj a nekontaktný zdroj, ktoré sú popísané nižšie.
Kontaktovanie informačného kanála
Sila v kontaktnom prívode je dodávaná priamo do vyžarovacieho prvku. Takže to možno urobiť pomocou koaxiálneho vedenia/mikropásky. Tento spôsob kŕmenia sa opäť delí na dva typy; Mikropáskové napájanie a koaxiálne napájanie, ktoré sú diskutované nižšie.
Microstrip Feed
Podávanie mikropásikov je vodivý pásik s veľmi malou šírkou ako je šírka vyžarovacieho prvku. Prívodné vedenie poskytuje jednoduché leptanie nad substrátom, pretože pásik má tenšie rozmery. Výhodou tohto typu usporiadania krmiva je; že krmivo môže byť vyleptané na vrch podobného substrátu, aby sa vytvorila rovinná štruktúra. Prívodná línia smerom ku konštrukcii je zabezpečená buď v strede, v odsadení alebo v zásuvke. Hlavným účelom zárezu v náplasti je zosúladiť impedanciu prívodného vedenia s náplasťou bez potreby akéhokoľvek dodatočného zodpovedajúceho prvku.
Koaxiálny prívod
Tento spôsob podávania je najčastejšie používaným typom a ide o nerovinný spôsob podávania, kde sa na napájanie náplasti používa z koaxiálny kábel. Tento spôsob napájania je daný mikropásikovej anténe tak, že vnútorný vodič je priamo spojený s náplasťou, zatiaľ čo vonkajší vodič je pripojený k základnej doske.
Impedancia sa bude meniť s rozdielom v usporiadaní koaxiálneho prívodu. Akonáhle je prívodné vedenie pripojené kdekoľvek v náplasti, pomáha to impedančnému prispôsobeniu. Prívodné vedenie spájajúce cez zemnú plochu je však trochu ťažké, pretože bude potrebné vyvŕtať dieru do substrátu. Tento spôsob podávania je veľmi jednoduchý na výrobu a má menej rušivého žiarenia. Jeho hlavnou nevýhodou je však to, že je pripojený ku konektoru základnej dosky.
Bezkontaktný informačný kanál
Energia je dodávaná vyžarovaciemu prvku z prívodného vedenia s elektromagnetickou väzbou. Tieto spôsoby podávania sú dostupné v troch typoch; s apertúrou, s proximitou a s vedľajším vedením.
Aperture Coupled Feed
Technika napájania apertúrou zahŕňa dva dielektrické substráty, ako je anténny dielektrický substrát a napájací dielektrický substrát, ktoré sú rozdelené jednoducho cez základnú rovinu a majú v strede medzeru. Kovová náplasť je umiestnená nad substrátom antény, zatiaľ čo základná rovina je umiestnená na inej strane dielektrika antény. Na zabezpečenie izolácie sú napájacie vedenie a napájacie dielektrikum umiestnené na inej strane základnej roviny.
Táto technika podávania poskytuje vynikajúcu polarizačnú čistotu, ktorá je nedosiahnuteľná inými technikami podávania. Posuv páru otvorov poskytuje veľkú šírku pásma a je mimoriadne užitočný v aplikáciách, kde nechceme používať káble z jednej vrstvy do druhej. Hlavnou nevýhodou tejto techniky podávania je potreba viacvrstvovej výroby.
Proximity Coupled Feed
Napájanie spojené s blízkosťou sa tiež nazýva nepriame napájanie, ak nie je prítomná základná rovina. V porovnaní s napájacou anténou spojenou s apertúrou je jej výroba veľmi jednoduchá. Na vodivom povrchu antény je štrbina a spojenie je dané mikropáskovým vedením.
Tento spôsob podávania poskytuje nízke rušivé žiarenie a veľkú šírku pásma. Napájacie vedenie v tomto spôsobe je umiestnené medzi dvoma dielektrickými substrátmi. Okraj prívodného vedenia je usporiadaný v určitom bode, kde je vstupná impedancia mikropásikovej antény 50 ohmov. Táto technika podávania má zvýšenú účinnosť šírky pásma v porovnaní s inými typmi metód. Hlavnou nevýhodou tejto techniky je; že je možná viacvrstvová výroba a poskytuje nízku polarizačnú čistotu.
Prívod odbočnej línie
Pri technike privádzania vedľajšej linky je vodivý pásik priamo pripojený k okraju náplasti mikropásika. V porovnaní s náplasťou je šírka vodivého pásu menšia. Hlavnou výhodou tejto techniky kŕmenia je; že krmivo je vyleptané na podobnom substráte, čím sa získa rovinná štruktúra.
Do náplasti je možné integrovať vložku, aby sa dosiahla vynikajúca impedančná úprava bez potreby akéhokoľvek dodatočného zodpovedajúceho prvku. To sa dá dosiahnuť správnym ovládaním polohy vložky, v opačnom prípade môžeme štrbinu odrezať a vyleptať zo záplaty s vhodnou veľkosťou. Okrem toho sa táto technika podávania používa a nazýva sa technika podávania vedľajších línií.
Vyžarovací vzor mikropáskovej antény
Grafické znázornenie vlastností žiarenia antény je známe ako vyžarovací diagram, ktorý vysvetľuje, ako anténa vyžaruje energiu do priestoru. Zmena výkonu ako funkcia uhla príchodu sa monitoruje vo vzdialenom poli antény.
Vyžarovací diagram mikropáskovej antény je široký a má menší vyžarovací výkon a úzku frekvenciu BW. Nižšie je znázornený vyžarovací diagram mikropásikovej antény, ktorý má menšiu smerovosť. Použitím týchto antén je možné vytvoriť pole tak, aby malo vynikajúcu smerovosť.
Charakteristika
The charakteristiky mikropáskovej antény zahŕňajú nasledujúce.
- Náplasť mikropáskovej antény by mala byť extrémne tenká vodivá oblasť.
- V porovnaní s náplasťou by základná rovina mala mať pomerne veľké rozmery.
- Fotoleptanie na substrát sa vykonáva na vytvorenie vyžarovacieho prvku a prívodných vedení.
- Hrubý dielektrický substrát s dielektrickou konštantou v rozsahu 2,2 až 12 ponúka vynikajúci výkon antény.
- Polia mikropáskových prvkov v dizajne mikropáskovej antény ponúkajú vynikajúcu smerovosť.
- Mikropásikové antény ponúkajú šírku lúča.
- Táto anténa poskytuje mimoriadne kvalitné faktory, pretože vysoký faktor Q má za následok nízku účinnosť a malú šírku pásma. To sa však dá kompenzovať jednoduchým zväčšením šírky substrátu. Zväčšenie šírky nad určitú hranicu však spôsobí zbytočnú stratu výkonu.
Výhody a nevýhody
The výhody mikropásikovej antény zahŕňajú nasledujúce.
- Mikropásikové antény sú veľmi malé.
- Hmotnosť týchto antén je nižšia.
- Postup výroby tejto antény je jednoduchý.
- Jeho inštalácia je veľmi jednoduchá vďaka malým rozmerom a objemu.
- Ponúka jednoduchú integráciu s inými zariadeniami.
- Táto anténa môže vykonávať dvoj- a trojfrekvenčné operácie.
- Tieto anténne polia sa dajú ľahko skonštruovať.
- Táto anténa poskytuje vysokú odolnosť nad silnými povrchmi.
- Je jednoduché vyrobiť, prispôsobiť a upraviť..
- Táto anténa má jednoduchú a lacnú konštrukciu.
- V tejto anténe je možné dosiahnuť lineárnu a kruhovú polarizáciu.
- Je vhodný pre poliové antény.
- Je kompatibilný s monolitickými mikrovlnnými integrovanými obvodmi.
- Šírka pásma môže byť rozšírená jednoduchým zlepšením šírky dielektrického materiálu.
The nevýhody mikropásikových antén zahŕňajú nasledujúce.
- Táto anténa poskytuje menší zisk.
- Účinnosť tohto typu antény je nízka v dôsledku strát na vodičoch a dielektrikách.
- Táto anténa má vysoký rozsah krížovo polarizovaného žiarenia.
- Výkon tejto antény je nízky.
- Má menšiu impedančnú šírku pásma.
- Štruktúra tejto antény vyžaruje zo zdrojov a iných spojovacích bodov.
- Táto anténa vykazuje extrémne citlivý výkon voči ekologickým faktorom.
- Tieto antény sú náchylnejšie na kované napájacie žiarenie.
- Táto anténa má väčšie straty vodiča a dielektrika.
Aplikácie
The používa resp aplikácie mikropásikových antén zahŕňajú nasledujúce.
- Mikropásikové antény sú použiteľné v rôznych oblastiach; v raketách, satelitov , vesmírne plavidlá, lietadlá, bezdrôtové komunikačné systémy, mobilné telefóny, diaľkový prieskum Zeme a radary.
- Tieto antény sa používajú v bezdrôtovej komunikácii. na preukázanie kompatibility s vreckovými zariadeniami, ako sú mobilné telefóny a pagery.
- Tie sa používajú na raketách ako komunikačné antény.
- Tieto antény majú malú veľkosť, takže sa používajú v mikrovlnných a satelitných komunikačných aplikáciách.
- GPS je jednou z hlavných výhod mikropáskových antén, pretože poskytuje jednoduché sledovanie vo vozidlách a námorníkoch.
- Používajú sa vo fázovanom usporiadaní radary zvládnuť toleranciu šírky pásma rovnajúcu sa určitému percentu.
Ako zlepšiť šírku pásma mikropáskovej antény?
Šírka pásma mikropásikovej antény sa môže zvýšiť rôznymi technikami, ako je zväčšenie hrúbky substrátu s nízkou dielektrickou konštantou, rezanie štrbín, napájanie sondy cez rezanie zárezov a rôzne formy antény
Prečo mikropáskové antény vyžarujú?
Mikropásikové patch antény vyžarujú hlavne v dôsledku okrajových polí medzi okrajom patchu a zemnou rovinou.
Ako zvýšiť zisk mikropáskovej antény?
Zisk mikropásikovej antény možno zvýšiť parazitnou náplasťou a vzduchovou medzerou medzi napájacou náplasťou a zemnou plochou.
Teda toto je prehľad mikropásikovej antény , práca a jej aplikácie. Táto anténa je celkom moderným vynálezom, ktorý umožňuje pohodlnú integráciu antény a iných riadiacich obvodov komunikačného systému na spoločnú PCB (alebo) polovodičový čip. Tieto sú široko používané v širokej škále súčasných mikrovlnných systémov v rozsahu gigahertzov. Hlavné výhody tejto antény sú; ľahké, nízke náklady, konformné tvary a kompatibilita s monolitickými a hybridnými mikrovlnnými integrovanými obvodmi. Tu je otázka pre vás, čo je a dipólová anténa ?
