В связи , A микрополосковой антенны (также известный как печатной антенны ) , как правило , означает антенны изготовлены с использованием фотолитографии техники на печатной плате (PCB). [1] Это своего рода внутренняя антенна. В основном они используются на сверхвысоких частотах . Индивидуальная микрополосковая антенна состоит из пластыря из металлической фольги различной формы ( патч-антенна ) на поверхности печатной платы ( печатной платы ) с пластиной заземления из металлической фольги.с другой стороны доски. Большинство микрополосковых антенн состоят из нескольких участков в двумерной решетке. Антенна обычно подключается к передатчику или приемнику через микрополосковые линии передачи из фольги . Радиочастотный ток подается (или в приемных антенны производятся принятый сигнал) между антенной и заземлением. Микрополосковые антенны стали очень популярными в последние десятилетия из-за их тонкого плоского профиля, который может быть встроен в поверхности потребительских товаров, самолетов и ракет; их простота изготовления с использованием печатной схемытехники; простота интеграции антенны на одной плате с остальной схемой и возможность добавления активных устройств, таких как микроволновые интегральные схемы, к самой антенне для создания активных антенн [2]
Патч-антенна [ править ]
Наиболее распространенный тип микрополосковой антенны известен как патч-антенна . Также возможны антенны, использующие заплатки в качестве составных элементов в массиве. Пластырь антенна представляет собой узкополосную, широко- луч антенны изготовлены путем травления диаграммы направленности антенны элемента в металлическом следе , связанный с изолирующей диэлектрической подложкой, такие как печатная плата , с непрерывным металлическим слоем , связанным с противоположной стороной подложки , которая образует заземленный. Обычные формы микрополосковых антенн бывают квадратными, прямоугольными, круглыми и эллиптическими, но возможна любая непрерывная форма. Некоторые патч-антенны не используют диэлектрическую подложку, а вместо этого сделаны из металлической накладки, установленной над заземляющей пластиной с использованием диэлектрических прокладок; в результате структура менее прочная, но имеет более широкую полосу пропускания . Поскольку такие антенны имеют очень низкий профиль, обладают механической прочностью и могут иметь форму, соответствующую изгибам обшивки транспортного средства, они часто устанавливаются снаружи самолетов и космических кораблей или встраиваются в устройства мобильной радиосвязи .
Преимущества [ править ]
Микрополосковые антенны относительно недороги в изготовлении и проектировании из-за простой двумерной физической геометрии. Обычно они используются на УВЧ и более высоких частотах, потому что размер антенны напрямую зависит от длины волны на резонансной частоте . Одиночная патч-антенна обеспечивает максимальное направленное усиление около 6-9 дБи.. Относительно легко напечатать массив пятен на одной (большой) подложке с использованием литографических методов. Массивы патчей могут обеспечить гораздо больший выигрыш, чем один патч, при небольших дополнительных затратах; согласование и регулировка фазы могут выполняться с помощью печатных микрополосковых структур подачи, опять же в тех же операциях, которые формируют излучающие пятна. Возможность создания решеток с высоким коэффициентом усиления в низкопрофильной антенне является одной из причин того, что патч-массивы широко распространены в самолетах и других военных приложениях.
Такая матрица патч-антенн - простой способ сделать фазированную решетку антенн с возможностью динамического формирования луча . [3]
Преимуществом патч-антенн является возможность поляризационного разнесения. Патч-антенны можно легко сконструировать с вертикальной, горизонтальной, правой круговой (RHCP) или левой круговой (LHCP) поляризацией, используя несколько точек питания или одну точку питания с асимметричными структурами контактов. [4] Это уникальное свойство позволяет использовать патч-антенны во многих типах каналов связи, к которым могут предъявляться различные требования.
Прямоугольная нашивка [ править ]
Наиболее часто используемая микрополосковая антенна представляет собой прямоугольный участок, который выглядит как усеченная микрополосковая линия передачи. Это примерно половина длины волны. Когда в качестве диэлектрической подложки используется воздух, длина прямоугольной микрополосковой антенны составляет примерно половину длины волны в свободном пространстве . Поскольку антенна нагружена диэлектриком в качестве подложки, длина антенны уменьшается как относительная диэлектрическая проницаемость.субстрата увеличивается. Резонансная длина антенны немного короче из-за протяженных электрических «окаймляющих полей», которые немного увеличивают электрическую длину антенны. Ранняя модель микрополосковой антенны представляет собой участок микрополосковой линии передачи с эквивалентными нагрузками на обоих концах для представления потерь излучения.
Технические характеристики [ править ]
Диэлектрическая нагрузка микрополосковой антенны влияет как на диаграмму направленности, так и на ширину полосы импеданса. По мере увеличения диэлектрической проницаемости подложки ширина полосы пропускания антенны уменьшается, что увеличивает добротность антенны и, следовательно, уменьшает ширину полосы импеданса. Эта взаимосвязь не сразу прослеживается при использовании модели линии передачи антенны, но становится очевидной при использовании модели резонатора, которая была введена в 1973 году Ито и Миттрой [5] . Излучение прямоугольной микрополосковой антенны можно понимать как пару эквивалентные слоты. Эти прорези действуют как матрица и имеют самую высокую направленность, когда антенна имеет воздушный диэлектрик, и уменьшается, когда она заменяется диэлектрической подложкой с увеличением относительной диэлектрической проницаемости.
Полуволновая прямоугольная микрополосковая антенна имеет виртуальную закорачивающую плоскость по центру. Ее можно заменить физической закорачивающей плоскостью, чтобы создать четвертьволновую микрополосковую антенну. Иногда это называют полу-патчем. Антенна имеет только один край излучения (эквивалентный слот), что снижает направленность / усиление антенны. Полоса пропускания импеданса немного ниже, чем полуволны полного патча, так как связь между излучающими краями устранена.
Другие типы [ править ]
Другой тип патч-антенны - это плоская перевернутая F-антенна (PIFA). PIFA широко используется в сотовых телефонах (мобильных телефонах) как встроенная структура. [6] [7] Эти антенны являются производными от четвертьволновой полупатч-антенны. Уменьшается длина закорачивающей плоскости полупетля, что снижает резонансную частоту. [8] Он отличается низким профилем и приемлемыми характеристиками SAR. Эта антенна напоминает перевернутую букву F, что объясняет название PIFA. Он популярен как компактная антенна с ненаправленной диаграммой направленности. [9]
Часто антенны PIFA имеют несколько ответвлений для резонанса в различных диапазонах сотовой связи. В некоторых телефонах используются заземленные паразитные элементы для улучшения характеристик ширины полосы излучения.
Сложенная перевернутая конформная антенна (FICA) [10] имеют некоторые преимущества по отношению к PIFA, поскольку она позволяет лучше повторно использовать объем.
Микрополосковая заплатка с интегрированной структурой дефектного грунта (DGS) была популярна для многих целей. Этот метод вводит ограниченное количество щелей небольшого размера, называемых «дефектами» на плоскости заземления под патчем, и потенциально способен улучшить его свойства как в дальнем, так и в ближнем поле. Это было задумано и введено в 2005 году Гухой [11] для управления кросс-поляризованным излучением без каких-либо дополнительных компонентов, объема, веса или стоимости. Техника достаточно продвинута, чтобы уменьшить кросс-поляризованное излучение даже в диагональных плоскостях микрополоскового пятна. Метод DGS одинаково эффективен для уменьшения взаимной связи в больших массивах микрополосков и, следовательно, смягчения проблемы слепоты сканирования лучей радара. [12] [13] Метод DGS оказался очень привлекательным для применения в воздухе.
Ссылки [ править ]
- ^ Ли, Кай Фонг; Лук, Квай Ман (2017). Микрополосковые патч-антенны . World Scientific. С. 8–12. ISBN 978-9813208612.
- ^ Пандей, Анил (2019). Практичный дизайн микрополосковой и печатной антенны . Бостан: Artech House. п. 443. ISBN. 9781630816681.
- ^ "Добро пожаловать в антенны 101" Луи Э. Френцеля, "Электронный дизайн" 2008
- Перейти ↑ Bancroft, R. Microstrip and Printed Antenna Design Noble Publishing 2004, глава 2-3
- ^ Тацуо Ито и Радж Миттра "Анализ микрополоскового дискового резонатора", Arch Elek Ubertagung, vol. 21, ноябрь 1973, с. 456-458.
- ^ "PIFA - Плоская перевернутая F-антенна" .
- ↑ Юлиан Рошу. «PIFA - плоская перевернутая F-антенна» .
- ^ "Inverted-F Antenna (IFA)" на сайте antenna-theory.com
- ^ Taga, Т. Tsunekawa, К. и Саские, А., "Антенна для разъемного Mobile Radio Units," Обзор ЭХЛА, NTT, Япония, Vol. 35, № 1, январь 1987 г., стр. 59-65.
- ^ Ди Налло, C .; Фараоне, А., "Многополосная внутренняя антенна для мобильных телефонов", Electronics Letters, том 41, № 9, стр. 514-515, 28 апреля 2005 г.
- ^ Гуха, D .; Biswas, M .; Антар, Ю. (2005), «Микрополосковая патч-антенна с дефектной структурой заземления для подавления кросс-поляризации», IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters , 4 : 455–458, doi : 10.1109 / LAWP.2005.860211
- ^ Hou, D.-B .; и другие. (2009), «Устранение слепоты сканирования с компактными дефектными наземными структурами в микрополосковой фазированной решетке», IET Microwaves, Antennas and Propagation , 3 : 269–275, doi : 10.1049 / iet-map: 20080037
- ^ Гуха, D .; Biswas, S .; Antar, Y. (2011), «Дефектная наземная структура для микрополосковых антенн», в Microstrip and Printed Antennas: New Trends, Techniques, and Applications , John Wiley & Sons: UK, doi : 10.1002 / 9780470973370
Внешние ссылки [ править ]
- Микрополосковые антенны Antenna-theory.com
- Учебное пособие по микрополосковой антенне EM Talk
- Калькулятор микрополосковой антенны
- Основы патч-антенны, обновлено в 2009 г.
- Конструкция патч-антенны
