Anténa nebo anténa v radiotechnice je specializovaná převodník , navržený polem vodičů, které jsou elektricky připojeny k vysílači nebo přijímači. Hlavní funkcí antény je vysílat a přijímat rádiové vlny rovnoměrně ve všech horizontálních směrech Antény jsou k dispozici v různých typech a tvarech. Malé antény lze nalézt na střeše domů pro sledování televize a velké antény zachycují signály z různých satelitů, které jsou vzdálené miliony kilometrů. Antény se pohybují vertikálně a horizontálně pro zachycení a přenos signálu. Existují různé typy antén k dispozici jako clona, drát, čočka, reflektor, mikropásek, log periodic, pole a mnoho dalších. Tento článek pojednává o přehledu mikropásková anténa .
Definice mikropáskové antény
Anténa, která je tvarována prostým vyleptáním kousku vodivého materiálu nad dielektrickým povrchem, se nazývá mikropásková anténa nebo patch anténa. Na zemní ploše této mikropáskové antény je namontován dielektrický materiál, kde tato rovina nese celou konstrukci. Kromě toho může být buzení této antény opatřeno napájecími vedeními, které jsou připojeny k patchi. Obecně jsou tyto antény považovány za nízkoprofilové antény, které se používají v aplikacích s mikrovlnnou frekvencí, které mají frekvenci nad 100 MHz.
Mikropásek/záplata antény lze vybrat jako obdélníkový, čtvercový, eliptický a kruhový pro snadnou analýzu a výrobu. Některé mikropáskové antény nevyužívají dielektrický substrát, ale jsou vyrobeny s kovovou záplatou, která je namontována na zemnicí ploše s dielektrickými distančními vložkami; takže výsledná formace je méně silná, ale její šířka pásma je širší.
Konstrukce mikropáskové antény
Návrh mikropáskové antény lze provést pomocí extrémně tenkého kovového proužku jeho umístěním na zemnicí plochu mezi dielektrický materiál. Zde je dielektrickým materiálem substrát používaný pro oddělení pásu od zemní plochy. Jakmile je tato anténa vybuzena, pak generované vlny v dielektriku podléhají odrazům a energie vyzařovaná z okrajů kovových záplat je velmi nízká. Tyto tvary antén jsou identifikovány podle tvaru kovového plátku uspořádaného na dielektrickém materiálu.
Obecně platí, že proužek/náplast a přívodní vedení jsou fotoleptané na povrch substrátu. Existují různé tvary mikropáskových antén, jako je čtvercová, dipólová, obdélníková, kruhová, eliptická a dipólová. Víme, že záplaty lze vytvářet v různých tvarech, ale kvůli snadné výrobě se běžně používají záplaty kruhového, čtvercového a obdélníkového tvaru.
Mikropáskové antény mohou být také vytvořeny se skupinou různých polí nad dielektrickým substrátem. K buzení mikropáskové antény se používá buď jedno nebo více napájecích vedení. Takže přítomnost polí mikropáskových prvků poskytuje lepší směrovost, vysoký zisk a zvýšený rozsah přenosu s nízkým rušením.
Provoz mikropáskové antény
Mikropásková anténa funguje jako; kdykoli proud v napájecím vedení dorazí na pásek mikropáskové antény, vytvoří se elektromagnetické vlny. Takže tyto vlny ze záplaty začnou vyzařovat ze strany šířky. Když je však tloušťka pásu velmi malá, vlny vytvořené v substrátu se odrazí přes okraj pásu. Stálá struktura pásu po celé délce neumožňuje vyzařování záření.
Nízká vyzařovací schopnost mikropáskové antény umožňuje pokrýt pouze vlnové přenosy na malé vzdálenosti, jako jsou obchody, vnitřní prostory nebo místní kanceláře. Takže tento neefektivní přenos vln není přijatelný v centralizované lokalitě na velmi velké oblasti. Obvykle je polokulové pokrytí dáno patch anténou v úhlu 30⁰ – 180⁰ ve vzdálenosti od držáku.
Specifikace mikropáskové antény
Specifikace mikropáskové antény zahrnují následující.
- Jeho rezonanční frekvence je 1,176 GHz.
- Frekvenční rozsah mikropáskové antény je od 2,26 GHz do 2,38 GHz.
- Dielektrická konstanta substrátu je 5,9.
- Výška dielektrického substrátu je 635 um.
- Způsob podávání je mikropáskové vedení.
- Tangenta ztráty je 0,00 12.
- Vodič je stříbrný.
- Tloušťka vodiče je 25um.
- Jeho šířka pásma je ± 10 GHz.
- Jeho zisk je nad 5 dB.
- Jeho axiální poměr je pod 4dB.
- Jeho zpětná ztráta je lepší než 15 dB.
Typy mikropáskových antén
K dispozici jsou různé typy mikropáskových antén, které jsou popsány níže.
Mikropásková patch anténa
Tyto typy antén jsou nízkoprofilové antény, kde je kovová záplata uspořádána na úrovni země prostřednictvím dielektrického materiálu mezi nimi, který tvoří pás (nebo) záplatovou anténu. Tyto antény jsou extrémně malé antény s nízkým vyzařováním. Tato anténa obsahuje vyzařovací záplatu na jedné straně dielektrického substrátu a na druhé straně má zemnící plochu.
Obecně je náplast vyrobena z vodivého materiálu, jako je zlato nebo měď. Tyto typy antén lze vytvořit mikropáskovou metodou jednoduchým vyrobením na desce plošných spojů. Tyto antény se používají v aplikacích s mikrovlnnou frekvencí, které mají vyšší frekvenci než 100 MHz.
Mikropásková dipólová anténa
Mikropásek dipólová anténa je tenký mikropáskový vodič a je umístěn na skutečné části substrátu a je zcela pokryt kovem na jedné straně známé jako zemní plocha. Tyto antény se používají v digitálních komunikačních zařízeních, jako jsou počítače a uzly pro WLAN. Šířka tohoto typu antény je malá, takže ji lze využít ve vstupním bodě systému WLAN.
Potištěná štěrbinová anténa
Tištěná štěrbinová anténa hraje klíčovou roli při zvyšování šířky pásma antény s vyzařovacími vzory v obou směrech. Citlivost této antény je ve srovnání s normálními anténami nízká. Tyto antény jsou vyžadovány v celém napájecím vedení, které je uspořádáno obráceně k substrátu a vertikálně k ose štěrbiny poskytnuté nad náplastí.
Mikropásková pohyblivá vlnová anténa
Mikropáskové antény s postupnou vlnou jsou převážně navrženy s dlouhým mikropáskovým vedením s dostatečnou šířkou pro podporu TE konektivity. Tyto typy mikročipových antén jsou navrženy tak, že hlavní paprsek leží v jakékoli trase od široké strany až po koncovou palbu.
Způsoby napájení mikropáskové antény
Mikropásková anténa má dva způsoby napájení; kontaktní zdroj a nekontaktní zdroj, které jsou popsány níže.
Kontaktování zdroje
Síla v kontaktním napájení je dodávána přímo do vyzařovacího prvku. Takže to lze provést pomocí koaxiálního vedení/mikropásku. Tento způsob krmení je opět rozdělen do dvou typů; Mikropáskové napájení a koaxiální napájení, které jsou diskutovány níže.
Microstrip Feed
Microstrip feed je vodivý pásek s velmi malou šířkou, než je šířka vyzařovacího prvku. Přívodní vedení poskytuje jednoduché leptání nad substrátem, protože pás má tenčí rozměry. Výhodou tohoto typu uspořádání krmiva je; že krmivo může být vyleptáno na vršek podobného substrátu, aby se nabídla rovinná struktura. Přívodní vedení směrem ke struktuře je zajištěno buď uprostřed, odsazeně nebo vsazeno. Hlavním účelem zářezu v náplasti je přizpůsobení impedance napájecího vedení 'k náplasti, aniž by bylo nutné použít další odpovídající prvek.
Koaxiální napájení
Tento způsob podávání je nejčastěji používaným typem a je to neplanární způsob podávání, kdy se pro napájení náplasti používá koaxiální kabel z. Tento způsob napájení je dán mikropáskové anténě takovým způsobem, že vnitřní vodič je přímo připojen k plošce, zatímco vnější vodič je připojen k zemní ploše.
Impedance se bude měnit s rozdílem v uspořádání koaxiálního přívodu. Jakmile je napájecí vedení připojeno kdekoli v patchi, pomáhá to přizpůsobení impedance. Napájecí vedení propojující celou zemnicí plochu je však trochu těžké, protože to bude vyžadovat vyvrtání otvoru v substrátu. Tento způsob podávání je velmi jednoduchý na výrobu a má méně rušivého záření. Jeho hlavní nevýhodou je však to, že je připojen ke konektoru zemní desky.
Bezkontaktní zdroj
Napájení je vyzařovacímu prvku přiváděno z napájecího vedení s elektromagnetickou vazbou. Tyto způsoby podávání jsou dostupné ve třech typech; spřažené s clonou, spřažené s přiblížením a přívod odbočky.
Aperture Coupled Feed
Technika přivádění apertury zahrnuje dva dielektrické substráty, jako je anténní dielektrický substrát, a napájecí dielektrický substrát, které jsou rozděleny jednoduše přes zemní plochu a mají uprostřed mezeru. Kovová záplata je umístěna nad substrátem antény, zatímco zemní plocha je umístěna na jiné straně dielektrika antény. Pro zajištění izolace jsou napájecí vedení a napájecí dielektrikum umístěny na druhé straně zemní plochy.
Tato technika krmení poskytuje vynikající čistotu polarizace, která je nedosažitelná jinými technikami krmení. Aperture couple feed poskytuje velkou šířku pásma a je extrémně užitečný v aplikacích, kde nechceme používat dráty z jedné vrstvy do druhé. Hlavní nevýhodou této techniky podávání je, že vyžaduje vícevrstvou výrobu.
Proximity Coupled Feed
Napájení vázané na blízkost se také nazývá nepřímé napájení, kde není přítomna základní rovina. Ve srovnání s aperturně spojenou napájecí anténou je její výroba velmi jednoduchá. Na vodivé ploše antény je štěrbina a spojení je opatřeno mikropáskovým vedením.
Tento způsob napájení poskytuje nízké rušivé záření a obrovskou šířku pásma. Přívodní vedení je u této metody umístěno mezi dvěma dielektrickými substráty. Okraj napájecího vedení je uspořádán v určitém bodě, kde je vstupní impedance mikropáskové antény 50 ohmů. Tato technika napájení má zvýšenou účinnost šířky pásma ve srovnání s jinými typy metod. Hlavní nevýhodou této techniky je; že je možná vícevrstvá výroba a poskytuje špatnou polarizační čistotu.
Přívod větvení
V technice přivádění odboček je vodivý pásek přímo připojen k okraji záplaty mikropásku. Ve srovnání s náplastí je šířka vodivého pásu menší. Hlavním přínosem této techniky krmení je; že krmivo je vyleptáno na podobný substrát, aby vznikla rovinná struktura.
Do náplasti lze integrovat vsazený řez pro získání vynikajícího impedančního přizpůsobení bez požadavku na jakýkoli další přizpůsobovací prvek. Toho lze dosáhnout správnou kontrolou polohy vložky, jinak můžeme slot odříznout a vyleptat ze záplaty s vhodnou velikostí. Kromě toho je tato technika krmení využívána a nazývána jako technika krmení odbočkou.
Mikropáskový vyzařovací vzor antény
Grafické znázornění vyzařovacích vlastností antény je známé jako vyzařovací diagram, který vysvětluje, jak anténa vyzařuje energii do prostoru. Změna výkonu jako funkce úhlu příchodu je monitorována ve vzdáleném poli antény.
Vyzařovací diagram mikropáskové antény je široký a má menší vyzařovací výkon a úzkou frekvenci BW. Níže je znázorněn vyzařovací diagram mikropáskové antény, pod kterým má menší směrovost. Použitím těchto antén lze vytvořit pole tak, aby mělo vynikající směrovost.
Charakteristika
The charakteristiky mikropáskové antény zahrnout následující.
- Mikropásková anténní záplata by měla být extrémně tenká vodivá oblast.
- Ve srovnání s patchem by základní rovina měla mít poměrně velké rozměry.
- Fotoleptání na substrát se provádí pro konstrukci vyzařovacího prvku a přívodních vedení.
- Silný dielektrický substrát s dielektrickou konstantou v rozsahu 2,2 až 12 nabízí vynikající výkon antény.
- Pole mikropáskových prvků v provedení mikropáskové antény nabízí vynikající směrovost.
- Mikropáskové antény nabízejí šířku paprsku.
- Tato anténa poskytuje extrémně kvalitní faktory, protože vysoký Q faktor má za následek nízkou účinnost a malou šířku pásma. To však lze kompenzovat pouhým zvětšením šířky substrátu. Zvětšení šířky nad určitý limit však způsobí zbytečnou ztrátu výkonu.
Výhody a nevýhody
The výhody mikropáskové antény zahrnout následující.
- Mikropáskové antény jsou velmi malé.
- Hmotnost těchto antén je nižší.
- Postup výroby této antény je jednoduchý.
- Jeho instalace je velmi snadná díky malým rozměrům a objemu.
- Nabízí jednoduchou integraci s jinými zařízeními.
- Tato anténa může provádět dvoj- a trojfrekvenční operace.
- Tato anténní pole lze snadno zkonstruovat.
- Tato anténa poskytuje vysokou míru robustnosti nad silnými povrchy.
- Je snadné vyrobit, přizpůsobit a upravit..
- Tato anténa má jednoduchou a levnou konstrukci.
- V této anténě je dosažitelná lineární a kruhová polarizace.
- Je vhodný pro pole antén.
- Je kompatibilní s monolitickými mikrovlnnými integrovanými obvody.
- Šířku pásma lze rozšířit pouhým vylepšením šířky dielektrického materiálu.
The nevýhody mikropáskových antén zahrnout následující.
- Tato anténa poskytuje menší zisk.
- Účinnost tohoto typu antény je nízká kvůli ztrátám vodiče a dielektrika.
- Tato anténa má vysoký rozsah křížově polarizovaného záření.
- Výkonová kapacita této antény je nízká.
- Má menší impedanční šířku pásma.
- Struktura této antény vyzařuje ze zdrojů a dalších spojovacích bodů.
- Tato anténa vykazuje extrémně citlivý výkon vůči ekologickým faktorům.
- Tyto antény jsou náchylnější na kované napájecí záření.
- Tato anténa má větší ztráty na vodiči a dielektriku.
Aplikace
The používá popř aplikace mikropáskových antén zahrnout následující.
- Mikropáskové antény jsou použitelné v různých oblastech; v raketách, satelity , vesmírná plavidla, letadla, bezdrátové komunikační systémy, mobilní telefony, dálkový průzkum Země a radary.
- Tyto antény se používají v bezdrátové komunikaci. ukázat kompatibilitu s kapesními zařízeními, jako jsou mobilní telefony a pagery.
- Ty se používají na raketách jako komunikační antény.
- Tyto antény mají malou velikost, takže se používají v mikrovlnných a satelitních komunikačních aplikacích.
- GPS je jednou z hlavních výhod mikropáskových antén, protože umožňuje snadné sledování vozidel a námořní pěchoty.
- Ty se používají ve fázovaném poli radary zvládnout toleranci šířky pásma rovnající se nějakému procentu.
Jak zlepšit šířku pásma mikropáskové antény?
Šířku pásma mikropáskové antény lze zvýšit různými technikami, jako je zvýšení tloušťky substrátu s nízkou dielektrickou konstantou, řezání štěrbin, vedení sondy přes zářezy a různé formy antény
Proč mikropáskové antény vyzařují?
Mikropáskové antény vyzařují hlavně díky okrajovým polím mezi okrajem patche a zemní plochou.
Jak zvýšit zisk mikropáskové antény?
Zisk mikropáskové antény lze zvýšit pomocí parazitní náplasti a vzduchové mezery mezi náplastí a zemnicí plochou.
Tedy, toto je přehled mikropáskových antén , práce a její aplikace. Tato anténa je poměrně moderním vynálezem, který umožňuje pohodlnou integraci antény a dalších řídících obvodů komunikačního systému na společné PCB (nebo) polovodičovém čipu. Ty jsou široce používány v široké řadě současných mikrovlnných systémů v rozsahu gigahertzů. Hlavní výhody této antény jsou; lehké, levné, konformní tvary a kompatibilita s monolitickými a hybridními mikrovlnnými integrovanými obvody. Zde je pro vás otázka, co je a dipólová anténa ?
