Antena ali antena v radijski tehniki je specializirana pretvornik , zasnovan z nizom vodnikov, ki so električno povezani z oddajnikom ali sprejemnikom. Glavna funkcija antene je enakomerno prenašanje in sprejemanje radijskih valov v vseh vodoravnih smereh. Antene so na voljo v različnih vrstah in oblikah. Majhne antene lahko najdete na strehah domov za gledanje televizije, velike antene pa zajemajo signale različnih satelitov, ki so oddaljeni milijone kilometrov. Antene se premikajo navpično in vodoravno, da zajamejo in oddajo signal. obstajajo različne vrste anten na voljo kot zaslonka, žica, leča, reflektor, mikrotrakasti, logaritemski periodični, niz in še veliko več. Ta članek obravnava pregled mikrotrakasta antena .
Opredelitev mikrotrakaste antene
Antena, ki je oblikovana s preprostim jedkanjem kosa prevodnega materiala nad dielektrično površino, se imenuje mikrotrakasta antena ali patch antena. Na ozemljitveno ploščo te mikrotrakaste antene je nameščen dielektrični material, kjer ta ravnina podpira celotno konstrukcijo. Poleg tega se lahko vzbujanje te antene zagotovi z dovodnimi vodi, ki so povezani z obližem. Na splošno se te antene štejejo za antene z nizkim profilom, ki se uporabljajo v aplikacijah z mikrovalovno frekvenco, ki imajo frekvenco nad 100 MHz.
Mikro trak/obliž antene lahko izberete tako, da je pravokoten, kvadraten, eliptičen in okrogel za lažjo analizo in izdelavo. Nekatere mikrotrakaste antene ne uporabljajo dielektričnega substrata, ampak so izdelane s kovinskim obližem, ki je nameščen na ozemljitveno ploščo z dielektričnimi distančniki; tako je nastala formacija manj močna, vendar je njena pasovna širina širša.
Konstrukcija mikrotrakaste antene
Zasnovo mikrotrakaste antene lahko naredimo s pomočjo izredno tankega kovinskega traku, tako da ga postavimo na ozemljitveno ploščo med dielektrični material. Tu je dielektrični material substrat, ki se uporablja za ločevanje traku od ozemljitvene plošče. Ko je ta antena vzbujena, so ustvarjeni valovi v dielektriku podvrženi odbojem in energija, ki jo oddajajo robovi kovinskih zaplat, je zelo nizka. Te oblike anten prepoznamo po obliki kovinske zaplate, razporejene na dielektričnem materialu.
Na splošno so trak/obliž in dovodne linije fotojedkane na površini substrata. Obstajajo različne oblike mikrotrakastih anten, kot so kvadratne, dipolne, pravokotne, okrogle, eliptične in dipolne. Vemo, da je zaplate mogoče oblikovati v različnih oblikah, vendar se zaradi enostavne izdelave običajno uporabljajo zaplate okrogle, kvadratne in pravokotne oblike.
Mikrotrakaste antene je mogoče oblikovati tudi s skupino različnih zaplat nad dielektrično podlago. Za vzbujanje mikrotrakaste antene se uporabljajo enojni ali številni napajalni vodi. Tako prisotnost nizov mikrotrakastih elementov zagotavlja boljšo usmerjenost, visoko ojačanje in povečan obseg prenosa z nizkimi motnjami.
Delovanje mikrotrakaste antene
Mikrotrakasta antena deluje kot; Kadarkoli tok skozi napajalni vod prispe do traku mikrotrakaste antene, nastanejo elektromagnetni valovi. Tako bodo ti valovi iz zaplate začeli sevati s strani širine. Če pa je debelina traku zelo majhna, se bodo valovi, ki nastanejo v substratu, odbili skozi rob traku. Konstantna tračna struktura po dolžini ne dopušča oddajanja sevanja.
Nizka sevalna zmogljivost mikrotrakaste antene omogoča pokrivanje samo valovnih prenosov z majhnimi razdaljami, kot so trgovine, notranje lokacije ali lokalne pisarne. Torej ta neučinkovit prenos valov ni sprejemljiv v centralizirani lokaciji na zelo velikem območju. Običajno je polkrožna pokritost zagotovljena s patch anteno pod kotom 30⁰ – 180⁰ na razdalji od nosilca.
Specifikacije mikrotrakaste antene
Specifikacije mikrotrakaste antene vključujejo naslednje.
- Njegova resonančna frekvenca je 1,176 GHz.
- Frekvenčno območje mikrotrakaste antene je od 2,26 GHz do 2,38 GHz.
- Dielektrična konstanta substrata je 5,9.
- Višina dielektrične podlage je 635um.
- Metoda dovajanja je mikrotrakasto dovajanje.
- Tangens izgube je 0,00 12.
- Dirigent je srebrn.
- Debelina vodnika je 25um.
- Njegova pasovna širina je ± 10 GHz.
- Njegovo ojačanje je nad 5 dB.
- Njegovo aksialno razmerje je pod 4dB.
- Njegova povratna izguba je boljša od 15 dB.
Vrste mikrotrakastih anten
Na voljo so različne vrste mikrotrakastih anten, ki so obravnavane spodaj.
Mikrotrakasta patch antena
Te vrste anten so antene z nizkim profilom, kjer je kovinska zaplata razporejena na nivoju tal skozi dielektrični material vmes, ki obsega trak (ali) zaplatno anteno. Te antene so izjemno majhne antene z nizkim sevanjem. Ta antena vključuje sevajočo zaplato na eni strani dielektrične podlage, na drugi strani pa ima ozemljitveno ploščo.
Na splošno je obliž narejen iz prevodnega materiala, kot sta zlato ali baker. Te vrste anten je mogoče oblikovati z mikrotrakasto metodo s preprosto izdelavo na PCB. Te antene se uporabljajo v aplikacijah z mikrovalovno frekvenco, ki imajo frekvenco večjo od 100 MHz.
Mikrotrakasta dipolna antena
Mikrotrak dipolna antena je tanek mikrotrakasti prevodnik, ki je nameščen na dejanskem delu podlage in je na eni strani popolnoma prekrit s kovino, imenovano ozemljitvena plošča. Te antene se uporabljajo v digitalnih komunikacijskih napravah, kot so računalniki in vozlišča za WLAN. Širina te vrste antene je majhna, zato jo je mogoče uporabiti na vstopni točki sistema WLAN.
Tiskana režna antena
Antena s tiskano režo ima ključno vlogo pri povečanju pasovne širine antene z vzorci sevanja v obe smeri. Občutljivost te antene je nizka v primerjavi z običajnimi antenami. Te antene so potrebne v celotnem dovodnem vodu, ki je nameščen vzvratno glede na podlago in navpično glede na os reže nad zaplato.
Mikrotrakasta antena s potujočim valom
Mikrotrakaste antene s potujočim valom so v glavnem zasnovane z dolgo mikrotrakasto linijo z zadostno širino za podporo TE povezljivosti. Te vrste anten z mikročipi so zasnovane tako, da glavni žarek leži znotraj katere koli poti od bočnega do čelnega ognja.
Metode hranjenja mikrotrakaste antene
Mikrotrakasta antena ima dva načina dovajanja; kontaktno krmo in brezkontaktno krmo, ki sta obravnavani spodaj.
Vzpostavljanje stika z virom
Moč v kontaktnem dovodu se zagotovi neposredno sevalnemu elementu. Torej je to mogoče narediti s koaksialnim vodnikom/mikrotrakom. To vrsto načina hranjenja ponovno razvrščamo v dve vrsti; Mikrotrakasto dovajanje in koaksialno dovajanje, ki sta obravnavana spodaj.
Microstrip Feed
Mikrotrakasti dovod je prevodni trak z zelo majhno širino od širine sevalnega elementa. Dovodna linija omogoča preprosto jedkanje nad substratom, ker je trak tanjših dimenzij. Prednost te vrste ureditve krme je; da je podatek mogoče vgravirati na podoben substrat in ponuditi planarno strukturo. Napajalna linija proti strukturi je predvidena na sredini, odmiku ali vstavku. Glavni namen vstavljenega reza znotraj obliža je uskladiti impedanco napajalnega voda z obližem, ne da bi pri tem potrebovali kakršen koli dodatni element za ujemanje.
Koaksialno dovajanje
Ta metoda dovajanja je najpogosteje uporabljena vrsta in je neplanarna metoda dovajanja, kjer se za dovajanje obliža uporablja z koaksialni kabel. Ta metoda dovajanja je podana mikrotrakasti anteni tako, da je notranji prevodnik neposredno povezan z zaplato, medtem ko je zunanji vodnik povezan z ozemljitveno ploščo.
Impedanca se bo spremenila z razliko v razporeditvi koaksialnega dovoda. Ko je napajalni vod povezan kjer koli v obližu, to pomaga pri ujemanju impedance. Vendar pa je napajalni vod, ki se povezuje po vsej ozemljitveni plošči, nekoliko trd, ker bo za to treba izvrtati luknjo v substrat. To metodo hranjenja je zelo enostavno izdelati in ima manj lažnega sevanja. Toda njegova glavna pomanjkljivost je, da je priključen na konektor ozemljitvene ravnine.
Brezkontaktni dovod
Moč sevalnemu elementu se daje iz napajalnega voda z elektromagnetno sklopko. Te metode hranjenja so na voljo v treh vrstah; povezan z zaslonko, povezan na bližino in podajanje veje.
Aperture Coupled Feed
Tehnika dovajanja zaslonke vključuje dva dielektrična substrata, kot je dielektrični substrat za anteno, in dielektrični substrat za dovajanje, ki sta preprosto razdeljena skozi ozemljitveno ravnino in imata vrzel na sredini. Kovinska zaplata se nahaja nad podlago antene, medtem ko je ozemljitvena plošča nameščena na drugi strani dielektrika antene. Za zagotovitev izolacije sta napajalni vod in napajalni dielektrik nameščena na drugi strani ozemljitvene plošče.
Ta tehnika podajanja zagotavlja izjemno čistost polarizacije, ki je ni mogoče doseči z drugimi tehnikami podajanja. Aperture Par Feed zagotavlja visoko pasovno širino in je izjemno koristen v aplikacijah, kjer ne želimo uporabljati žic iz ene plasti v drugo. Glavna pomanjkljivost te tehnike hranjenja je, da potrebuje večplastno izdelavo.
Bližinski povezani vir
Bližinsko sklopljeni dovod se imenuje tudi posredni dovod, kjer ozemljitvena ravnina ni prisotna. V primerjavi z aperturno sklopljeno dovodno anteno je zelo preprosta za izdelavo. Na prevodni strani antene je reža in povezava je podana z mikrotrakasto linijo.
Ta način hranjenja zagotavlja nizko lažno sevanje in veliko pasovno širino. Napajalni vod pri tej metodi se nahaja med dvema dielektričnima substratoma. Rob napajalnega voda je razporejen na neki točki, kjer je vhodna impedanca mikrotrakaste antene 50 ohmov. Ta tehnika hranjenja ima izboljšano učinkovitost pasovne širine v primerjavi z drugimi vrstami metod. Glavna pomanjkljivost te tehnike je; da je možna večplastna izdelava in zagotavlja slabo polarizacijsko čistost.
Prevod linije podružnice
Pri tehniki podajanja razvejalnih linij je prevodni trak neposredno povezan z robom mikrotraka. V primerjavi z obližem je širina prevodnega traku manjša. Glavna prednost te tehnike hranjenja je; da je podajanje jedkano na podoben substrat, da dobimo planarno strukturo.
V zaplato je mogoče integrirati vstavljeni rez, da dobite odlično ujemanje impedance brez potrebe po dodatnem ujemajočem elementu. To je mogoče doseči s pravilnim nadzorom položaja vložka, drugače pa lahko režo izrežemo in izrežemo iz obliža s primerno velikostjo. Poleg tega se ta tehnika hranjenja uporablja in imenuje tehnika podajanja vej.
Vzorec sevanja mikrotrakaste antene
Grafični prikaz lastnosti sevanja antene je znan kot vzorec sevanja, ki pojasnjuje, kako antena oddaja energijo v vesolje. Sprememba moči kot funkcije prihodnega kota se spremlja v oddaljenem polju antene.
Vzorec sevanja mikrotrakaste antene je širok in ima manjšo moč sevanja in ozko frekvenco BW. Spodaj je prikazan vzorec sevanja mikrotrakaste antene, ki ima manjšo usmerjenost. Z uporabo teh anten je mogoče oblikovati niz z vrhunsko usmerjenostjo.
Značilnosti
The značilnosti mikrotrakaste antene vključujejo naslednje.
- Obliž mikrotrakaste antene mora biti izjemno tanko prevodno območje.
- V primerjavi z obližem mora imeti ozemljitvena plošča dokaj velike dimenzije.
- Foto-jedkanje na substrat se izvede za izdelavo sevalnega elementa in dovodnih linij.
- Debela dielektrična podlaga z dielektrično konstanto v razponu od 2,2 do 12 nudi odlično zmogljivost antene.
- Nizi mikrotrakastih elementov v zasnovi mikrotrakaste antene nudijo vrhunsko usmerjenost.
- Mikrotrakaste antene ponujajo visoko širino žarka.
- Ta antena zagotavlja faktorje izjemno visoke kakovosti, ker ima visok faktor Q nizko učinkovitost in majhno pasovno širino. Toda to je mogoče nadomestiti s preprostim povečanjem širine substrata. Vendar bo povečanje širine nad določeno mejo povzročilo nepotrebno izgubo moči.
Prednosti in slabosti
The prednosti mikrotrakaste antene vključujejo naslednje.
- Mikrotrakaste antene so zelo majhne.
- Teža teh anten je manjša.
- Postopek izdelave te antene je preprost.
- Njegova namestitev je zelo enostavna zaradi majhne velikosti in prostornine.
- Ponuja preprosto integracijo z drugimi napravami.
- Ta antena lahko izvaja dvojne in trojne frekvence.
- Te antenske nize je mogoče enostavno sestaviti.
- Ta antena zagotavlja visoko stopnjo robustnosti nad močnimi površinami.
- Enostavno ga je izdelati, prilagoditi in spremeniti..
- Ta antena ima preprosto in poceni konstrukcijo.
- V tej anteni je mogoče doseči linearno in krožno polarizacijo.
- Primeren je za antenske nize.
- Združljiv je z monolitnimi mikrovalovnimi IC.
- Pasovno širino je mogoče razširiti s preprostim izboljšanjem širine dielektričnega materiala.
The slabosti mikrotrakastih anten vključujejo naslednje.
- Ta antena zagotavlja manjše ojačenje.
- Učinkovitost te vrste antene je nizka zaradi prevodniških in dielektričnih izgub.
- Ta antena ima velik obseg navzkrižnega polarizacijskega sevanja.
- Zmogljivost prenosa moči te antene je nizka.
- Ima manjšo pasovno širino impedance.
- Struktura te antene seva iz dovodov in drugih stičišč.
- Ta antena je zelo občutljiva na ekološke dejavnike.
- Te antene so bolj dovzetne za ponarejeno sevanje.
- Ta antena ima več prevodniških in dielektričnih izgub.
Aplikacije
The uporablja oz uporabe mikrotrakastih anten vključujejo naslednje.
- Mikrotrakaste antene so uporabne na različnih področjih; v raketah, sateliti , vesoljska plovila, letala, brezžični komunikacijski sistemi, mobilni telefoni, daljinsko zaznavanje in radarji.
- Te antene se uporabljajo v brezžičnih komunikacijah. za prikaz združljivosti z ročnimi napravami, kot so mobilni telefoni in pozivniki.
- Uporabljajo se na raketah kot komunikacijske antene.
- Te antene so majhne, zato se uporabljajo v mikrovalovnih in satelitskih komunikacijskih aplikacijah.
- GPS je ena od glavnih prednosti mikrotrakastih anten, saj omogoča enostavno sledenje vozil in mornaric.
- Ti se uporabljajo v faznem nizu radarji za obdelavo tolerance pasovne širine, ki je enaka določenemu odstotku.
Kako izboljšati pasovno širino mikrotrakaste antene?
Pasovno širino mikrotrakaste antene je mogoče povečati z različnimi tehnikami, kot je povečanje debeline substrata z nizko dielektrično konstanto, rezanje rež, dovajanje sonde skozi rezanje zarez in različne oblike anten
Zakaj mikrotrakaste antene sevajo?
Mikrotrakaste zaplatne antene sevajo predvsem zaradi obrobnih polj med robom zaplate in ozemljitveno ploščo.
Kako povečati ojačanje mikrotrakaste antene?
Ojačanje mikrotrakaste antene je mogoče povečati s parazitskim zaplatom in zračno režo med dovodno zaplato in ozemljitveno ploščo.
Torej, to je pregled mikrotrakaste antene , delovanje in njegove aplikacije. Ta antena je precej sodoben izum, ki omogoča priročno integracijo antene in drugega pogonskega vezja komunikacijskega sistema na skupnem PCB (ali) polprevodniškem čipu. Ti se v veliki meri uporabljajo v širokem naboru trenutnih mikrovalovnih sistemov v območju gigahercev. Glavne prednosti te antene so; lahek, poceni, konformnih oblik in združljivost z monolitnimi in hibridnimi mikrovalovnimi IC. Tukaj je vprašanje za vas, Kaj je a dipolna antena ?
