O antenă sau o antenă în inginerie radio este specializată traductor , proiectat de o serie de conductori care sunt conectați electric la emițător sau receptor. Funcția principală a unei antene este de a transmite și recepționa unde radio în mod egal în toate direcțiile orizontale. Antenele sunt disponibile în diferite tipuri și forme. Micile antene pot fi găsite pe acoperișul caselor pentru a se uita la televizor, iar antenele mari captează semnale de la diferiți sateliți care sunt distanță de milioane de mile. Antenele se deplasează vertical și orizontal pentru a capta și transmite semnalul. Sunt diferite tipuri de antene disponibile precum deschidere, fir, lentilă, reflector, microbandă, jurnal periodic, matrice și multe altele. Acest articol discută o prezentare generală a antenă microstrip .
Definiția antenei microbande
O antenă care este modelată prin simpla gravare a unei bucăți de material conductiv deasupra unei suprafețe dielectrice se numește antenă microstrip sau antenă patch. Pe planul de masă al acestei antene microstrip este montat materialul dielectric, unde acest plan susține întreaga structură. În plus, excitația către această antenă poate fi prevăzută cu linii de alimentare care sunt conectate la patch. În general, aceste antene sunt considerate antene cu profil redus care sunt utilizate în aplicații de frecvență cu microunde care au o frecvență de peste 100 MHz.
Microbanda/plasticul antenei poate fi selectat dreptunghiular, pătrat, eliptic și circular pentru ușurință în analiză și fabricare. Unele antene microstrip nu utilizează un substrat dielectric, dar sunt realizate cu un petic metalic care este montat pe un plan de masă cu distanțiere dielectrice; astfel formarea rezultată este mai puțin puternică, dar lățimea de bandă este mai largă.
Construcția antenei microbande
Proiectarea antenei cu microstrip poate fi realizată cu ajutorul unei benzi metalice extrem de subțiri prin aranjarea acesteia pe un plan de masă între un material dielectric. Aici, materialul dielectric este un substrat utilizat pentru separarea benzii de planul de masă. Odată ce această antenă este excitată, atunci undele generate în dielectric suferă reflexii, iar energia emisă de marginile peticelor metalice este foarte scăzută. Aceste forme de antene sunt identificate prin forma de petic metalic dispus pe materialul dielectric.
În general, banda/plasticul și liniile de alimentare sunt fotogravate pe suprafața substratului. Există diferite forme de antenă microstrip, cum ar fi pătrată, dipol, dreptunghiulară, circulară, eliptică și dipol. Știm că patch-urile pot fi formate în diferite forme, dar, din cauza ușurinței de fabricare, se folosesc în mod normal patch-uri circulare, pătrate și dreptunghiulare.
Antenele cu microbandă pot fi, de asemenea, formate cu un grup de diferite petice deasupra unui substrat dielectric. Sunt utilizate fie linii de alimentare simple, fie numeroase pentru a da excitație antenei cu microbandă. Așadar, prezența matricelor de elemente microstrip oferă o directivitate mai bună, un câștig ridicat și o gamă crescută de transmisie cu interferențe scăzute.
Funcționarea antenei microbande
O antenă microstrip funcționează ca; ori de câte ori curentul dintr-o linie de alimentare ajunge la banda antenei microbande, atunci sunt produse unde electromagnetice. Așa că aceste valuri de pe plasture vor începe să radieze din partea lățimii. Cu toate acestea, atunci când grosimea benzii este foarte mică, undele produse în substrat vor fi reflectate prin marginea benzii. Structura constantă a benzii de-a lungul lungimii nu permite emisia de radiații.
Capacitatea de radiație scăzută a antenei cu microbandă permite acoperirea numai a transmisiilor de unde cu distanțe mici, cum ar fi magazine, locații interioare sau birouri locale. Deci această transmisie ineficientă a undelor nu este acceptabilă într-o localitate centralizată într-o zonă foarte mare. De obicei, acoperirea emisferică este dată de o antenă cu patch la un unghi de 30⁰ – 180⁰ la distanță de montură.
Specificații antene microbande
Specificațiile antenei microstrip includ următoarele.
- Frecvența sa de rezonanță este de 1,176 GHz.
- Gama de frecvență a antenei microstrip este de la 2,26 GHz la 2,38 GHz.
- Constanta dielectrică a substratului este 5,9.
- Înălțimea substratului dielectric este de 635um.
- Metoda de alimentare este o linie de alimentare cu microstrip.
- Tangenta de pierdere este 0,00 12.
- Conducătorul este de argint.
- Grosimea conductorului este de 25um.
- Lățimea de bandă este de ± 10 GHz.
- Câștigul său este peste 5dB.
- Raportul său axial este sub 4 dB.
- Pierderea sa de întoarcere este mai bună de 15 dB.
Tipuri de antene microstrip
Există diferite tipuri de antene microstrip disponibile, care sunt discutate mai jos.
Antenă Microstrip Patch
Aceste tipuri de antene sunt antene cu profil redus în care un petic metalic este aranjat la nivelul solului printr-un material dielectric între ele, cuprinzând o bandă (sau) antenă de petice. Aceste antene sunt antene de dimensiuni extrem de mici, cu radiații reduse. Această antenă include un petic radiant pe o față a unui substrat dielectric și pe cealaltă parte are un plan de masă.
În general, plasturele este realizat din material conducător precum aurul sau cuprul. Aceste tipuri de antene pot fi formate cu o metodă de microstrip prin simpla fabricare pe un PCB. Aceste antene sunt utilizate în aplicații cu frecvență de microunde care au o frecvență mai mare de 100 MHz.
Antenă Dipol Microstrip
Microbanda antenă dipol este un conductor subțire de microbandă și este plasat pe partea reală a substratului și este acoperit complet cu metal pe o față cunoscută sub numele de planul de masă. Aceste antene sunt utilizate în dispozitivele de comunicații digitale, cum ar fi computerele și nodurile pentru WLAN. Lățimea acestui tip de antenă este mică, astfel încât poate fi utilizată la punctul de intrare al sistemului WLAN.
Antenă cu fantă imprimată
Antena cu slot imprimat joacă un rol cheie în îmbunătățirea lățimii de bandă a antenei cu modele de radiație în ambele direcții. Sensibilitatea acestei antene este scăzută în comparație cu antenele normale. Aceste antene sunt necesare pe o linie de alimentare care este aranjată invers față de substrat și vertical față de axa slotului prevăzută deasupra patch-ului.
Antenă cu undă de călătorie cu microbandă
Antenele cu undă de călătorie Microstrip sunt proiectate în principal cu o linie Microstrip lungă de o lățime suficientă pentru a susține conectivitatea TE. Aceste tipuri de antene cu microcip sunt proiectate în așa fel încât fasciculul major să se afle pe orice rută de la focul lat până la capăt.
Metode de alimentare ale antenei microbande
Antena microstrip are două metode de alimentare; hrana de contact și hrana fără contact, care sunt discutate mai jos.
Contactarea feedului
Puterea în alimentarea în contact este furnizată direct elementului radiant. Deci, acest lucru se poate face cu o linie coaxială/microbandă. Acest tip de metodă de hrănire este din nou clasificat în două tipuri; Alimentare microbandă și alimentare coaxială care sunt discutate mai jos.
Alimentare cu microbenzi
Alimentarea cu microbandă este o bandă conducătoare cu o lățime foarte mică decât lățimea elementului radiant. Linia de alimentare asigură gravarea simplă deasupra substratului, deoarece banda are dimensiuni mai subțiri. Beneficiul acestui tip de aranjament pentru hrana este; că furajul poate fi gravat deasupra unui substrat similar pentru a oferi o structură plană. Linia de alimentare către structură este prevăzută fie la mijloc, decalat sau încadrat. Scopul principal al tăieturii în interiorul plasturelui este de a potrivi impedanța liniei de alimentare cu plasturele fără a necesita niciun element suplimentar de potrivire.
Alimentare coaxială
Această metodă de alimentare este tipul cel mai frecvent utilizat și este o metodă de alimentare neplană în care se folosește cablu coaxial z pentru alimentarea plasturelui. Această metodă de alimentare este dată antenei cu microbandă în așa fel încât conductorul interior să fie conectat direct la plasture, în timp ce conductorul extern este conectat la planul de masă.
Impedanța se va modifica cu diferența de aranjare a alimentării coaxiale. Odată ce linia de alimentare este conectată oriunde în plasture, astfel ajută la potrivirea impedanței. Cu toate acestea, linia de alimentare care se conectează pe tot planul de masă este puțin dificilă, deoarece va trebui să forați o gaură în substrat. Această metodă de hrănire este foarte simplu de fabricat și are mai puține radiații false. Dar, principalul său dezavantaj este că este conectat la un conector din planul de masă.
Feed fără contact
Puterea este dată elementului radiant de la linia de alimentare cu cuplaj electromagnetic. Aceste metode de alimentare sunt disponibile în trei tipuri; deschidere cuplată, cuplată de proximitate și avans de ramură.
Feed cuplat cu deschidere
Tehnica de alimentare cu deschidere include două substraturi dielectrice, cum ar fi substratul dielectric al antenei și un substrat dielectric de alimentare, care sunt împărțite pur și simplu printr-un plan de masă și au un spațiu în mijloc. Patch-ul metalic este situat deasupra substratului antenei, în timp ce planul de masă este situat pe o altă față a dielectricului antenei. Pentru a asigura izolarea, linia de alimentare și dielectricul de alimentare sunt situate pe o altă parte a planului de masă.
Această tehnică de alimentare oferă o puritate de polarizare remarcabilă, care nu este realizabilă prin alte tehnici de alimentare. Aperture couple feed oferă lățime de bandă mare și este extrem de util în aplicațiile în care nu dorim să folosim fire de la un singur strat la altul. Principalul dezavantaj al acestei tehnici de alimentare este că are nevoie de fabricare multistrat.
Feed cuplat de proximitate
Alimentarea cuplată la proximitate se mai numește și alimentare indirectă acolo unde planul de masă nu este prezent. În comparație cu o antenă de alimentare cuplată cu deschidere, este foarte simplu de fabricat. Pe fața conductivă a antenei, există un slot și cuplarea este dată cu o linie microbandă.
Această metodă de alimentare oferă radiații false scăzute și o lățime de bandă uriașă. Linia de alimentare în această metodă este situată între două substraturi dielectrice. Marginea liniei de alimentare este aranjată într-un punct unde impedanța de intrare a antenei microstrip este de 50 ohmi. Această tehnică de alimentare a sporit eficiența lățimii de bandă în comparație cu celelalte tipuri de metode. Principalul dezavantaj al acestei tehnici este; că fabricarea multistrat este posibilă și oferă o puritate slabă de polarizare.
Alimentare în linie de ramificație
În tehnica de alimentare a liniei de ramificație, o bandă conducătoare este conectată direct la marginea petice a microbandei. În comparație cu plasturele, lățimea benzii conductoare este mai mică. Principalul beneficiu al acestei tehnici de hrănire este; că furajul este gravat pe un substrat similar pentru a da o structură plană.
O tăietură inserată poate fi integrată în plasture pentru a obține o potrivire excelentă a impedanței fără a fi nevoie de niciun element suplimentar de potrivire. Acest lucru poate fi atins prin controlul corect al poziției inserției, în caz contrar, putem tăia slotul și îl putem grava din plasture cu o dimensiune adecvată. În plus, această tehnică de hrănire este utilizată și numită tehnică de alimentare cu linie de ramificație.
Modelul de radiație al antenei cu microbandă
Reprezentarea grafică a proprietăților de radiație ale antenei este cunoscută sub numele de model de radiație, care explică modul în care antena emite energie în spațiu. Variația puterii ca funcție a unghiului de sosire este monitorizată în câmpul îndepărtat al antenei.
Modelul de radiație al antenei cu microbandă este larg și are o putere de radiație mai mică și o frecvență îngustă BW. Modelul de radiație al antenei cu microbandă este prezentat sub care are o directivitate mai mică. Prin utilizarea acestor antene, se poate forma o matrice pentru a avea o directivitate superioară.
Caracteristici
The caracteristicile antenei microstrip includ următoarele.
- Plasturele antenei cu microbandă ar trebui să fie o regiune conductivă extrem de subțire.
- În comparație cu un patch, planul de sol ar trebui să aibă dimensiuni destul de extrem de mari.
- Fotogravarea pe substrat se face pentru a construi elementul radiant și liniile de alimentare.
- Un substrat dielectric gros de constanta dielectrică în intervalul 2,2 până la 12 oferă performanțe excelente ale unei antene.
- Rețelele de elemente microbande din designul antenei microstrip oferă o directivitate superioară.
- Antenele microstrip oferă o lățime mare a fasciculului.
- Această antenă oferă factori de calitate extrem de înaltă, deoarece un factor Q ridicat are ca rezultat o eficiență scăzută și o lățime de bandă mică. Dar, acest lucru poate fi compensat prin simpla creștere a lățimii substratului. Cu toate acestea, creșterea lățimii dincolo de o anumită limită va provoca o pierdere inutilă de putere.
Avantaje și dezavantaje
The Avantajele antenei microstrip includ următoarele.
- Antenele microstrip sunt foarte mici.
- Greutatea acestor antene este mai mică.
- Procedura de fabricație oferită de această antenă este simplă.
- Instalarea sa este foarte ușoară datorită dimensiunii și volumului mic.
- Oferă o integrare simplă cu alte dispozitive.
- Această antenă poate efectua operații cu frecvență dublă și triplă.
- Aceste rețele de antene pot fi construite cu ușurință.
- Această antenă oferă o mare rezistență deasupra suprafețelor puternice.
- Este simplu de fabricat, personalizat și modificat..
- Această antenă are o construcție simplă și ieftină.
- În această antenă, polarizarea liniară și circulară este realizabilă.
- Este potrivit pentru antene cu matrice.
- Este compatibil cu circuitele integrate monolitice pentru microunde.
- Lățimea de bandă poate fi extinsă prin simpla îmbunătățire a lățimii materialului dielectric.
The dezavantajele antenelor microstrip includ următoarele.
- Această antenă oferă un câștig mai mic.
- Eficiența acestui tip de antenă este scăzută din cauza pierderilor de conductor și dielectric.
- Această antenă are o gamă mare de radiații de polarizare încrucișată.
- Capacitatea de gestionare a puterii a acestei antene este scăzută.
- Are o lățime de bandă de impedanță mai mică.
- Structura acestei antene radiază de la fluxuri și alte puncte de joncțiune.
- Această antenă prezintă performanțe extrem de sensibile față de factorii ecologici.
- Aceste antene sunt mai predispuse la radiații de alimentare forjate.
- Această antenă are mai multe pierderi de conductor și dielectric.
Aplicații
The utilizări sau aplicații ale antenelor microstrip includ următoarele.
- Antenele Microstrip sunt aplicabile în diferite domenii; în rachete, sateliți , ambarcațiuni spațiale, avioane, sisteme de comunicații fără fir, telefoane mobile, teledetecție și radare.
- Aceste antene sunt folosite în comunicațiile fără fir. pentru a arăta compatibilitatea cu dispozitivele portabile, cum ar fi telefoanele mobile și pagerele.
- Acestea sunt folosite pe rachete ca antene de comunicații.
- Aceste antene au dimensiuni reduse, deci utilizate în aplicații de comunicații prin microunde și prin satelit.
- GPS este unul dintre principalele beneficii ale antenelor cu microbandă, deoarece oferă ușurință în urmărirea vehiculelor și a marinelor.
- Acestea sunt utilizate în matrice fază radare pentru a gestiona toleranța lățimii de bandă egală cu un anumit procent.
Cum se îmbunătățește lățimea de bandă a antenei Microstrip?
Lățimea de bandă a unei antene cu microbandă poate fi îmbunătățită prin diferite tehnici, cum ar fi îmbunătățirea grosimii substratului cu constantă dielectrică scăzută, tăierea fantelor, alimentarea sondei prin tăierea crestăturilor și diferite forme de antenă
De ce radiază antenele cu microbandă?
Antenele cu microbandă radiază în principal datorită câmpurilor marginale dintre marginea patch-ului și planul de masă.
Cum să creșteți câștigul antenei microbande?
Câștigul antenei microstrip poate fi mărit cu un plasture parazit și un spațiu de aer între patch-ul de alimentare și planul de masă.
Astfel, aceasta este o prezentare generală a antenei microstrip , funcționarea și aplicațiile sale. Această antenă este o invenție destul de modernă, care permite integrarea convenabilă a unei antene și a altor circuite de conducere ale unui sistem de comunicații pe un PCB comun (sau) un cip semiconductor. Acestea sunt utilizate pe scară largă într-o gamă extinsă de sisteme actuale de microunde în intervalul gigaherți. Principalele beneficii ale acestei antene sunt; ușoare, costuri reduse, forme conforme și compatibilitate cu circuitele integrate pentru microunde monolitice și hibride. Iată o întrebare pentru tine, Ce este a antenă dipol ?
