Antena ili antena u radiotehnici je specijalizirana pretvarač , dizajniran od niza vodiča koji su električni spojeni na odašiljač ili prijamnik. Glavna funkcija antene je ravnomjerno odašiljanje i primanje radiovalova unutar svih horizontalnih smjerova. Antene su dostupne u različitim vrstama i oblicima. Male antene mogu se naći na krovovima domova za gledanje televizije, a velike antene hvataju signale s različitih satelita koji su udaljeni milijunima milja. Antene se pomiču okomito i vodoravno za hvatanje i prijenos signala. Tamo su različite vrste antena dostupni kao što su otvor blende, žica, leća, reflektor, mikrotrakasta, logaritamska periodika, niz i još mnogo toga. Ovaj članak govori o pregledu mikrotrakasta antena .
Definicija mikrotrakaste antene
Antena koja je oblikovana jednostavnim izrezivanjem komada vodljivog materijala iznad dielektrične površine naziva se mikrotrakasta antena ili patch antena. Na uzemljenoj plohi ove mikrotrakaste antene montiran je dielektrični materijal, gdje ta ploha nosi cijelu strukturu. Osim toga, pobuda ove antene može se osigurati s dovodnim vodovima koji su spojeni na spojnicu. Općenito, ove se antene smatraju niskoprofilnim antenama koje se koriste u mikrovalnim frekvencijskim aplikacijama koje imaju frekvenciju veću od 100 MHz.
Mikrotraka/zakrpa antene može se odabrati da bude pravokutna, kvadratna, eliptična i kružna radi lakše analize i izrade. Neke mikrotrakaste antene ne koriste dielektrični supstrat, ali su napravljene od metalne zakrpe koja je postavljena na uzemljenu plohu s dielektričnim odstojnicima; stoga je rezultirajuća formacija manje jaka, ali joj je širina pojasa šira.
Konstrukcija mikrotrakaste antene
Dizajn mikrotrakaste antene može se napraviti uz pomoć izuzetno tanke metalne trake tako da se postavi na uzemljenu plohu između dielektričnog materijala. Ovdje je dielektrični materijal supstrat koji se koristi za odvajanje trake od uzemljene ravnine. Jednom kad se ova antena pobudi, generirani valovi u dielektriku podliježu refleksiji, a energija emitirana s rubova metalne zakrpe je vrlo niska. Ovi oblici antena prepoznaju se po obliku metalne mrlje raspoređene na dielektričnom materijalu.
Općenito, traka/flaster i dovodne linije su foto-jetkani na površini podloge. Postoje različiti oblici mikrotrakastih antena kao što su kvadratne, dipolne, pravokutne, kružne, eliptične i dipolne. Znamo da se zakrpe mogu oblikovati u različitim oblicima, ali zbog jednostavne izrade obično se koriste zakrpe kružnog, kvadratnog i pravokutnog oblika.
Mikrotrakaste antene također se mogu formirati s grupom različitih mrlja iznad dielektrične podloge. Za pobudu mikrotrakaste antene koriste se pojedinačni ili brojni dovodni vodovi. Dakle, prisutnost nizova mikrotrakastih elemenata osigurava bolju usmjerenost, visoko pojačanje i povećani raspon prijenosa uz niske smetnje.
Rad mikrotrakaste antene
Mikrotrakasta antena radi kao; kad god struja kroz napojnu liniju dođe do trake mikrotrakaste antene, tada se proizvode elektromagnetski valovi. Dakle, ovi valovi iz mrlje će početi zračiti sa strane širine. Međutim, kada je debljina trake vrlo mala, valovi proizvedeni u podlozi će se reflektirati kroz rub trake. Konstantna trakasta struktura duž duljine ne dopušta emisiju zračenja.
Niska sposobnost zračenja mikrotrakaste antene omogućuje pokrivanje samo prijenosa valova s malim udaljenostima poput trgovina, unutarnjih lokacija ili lokalnih ureda. Dakle, ovaj neučinkovit prijenos valova nije prihvatljiv u centraliziranoj lokaciji na vrlo velikom području. Obično se hemisferna pokrivenost daje patch antenom pod kutom od 30⁰ – 180⁰ na udaljenosti od nosača.
Specifikacije mikrotrakaste antene
Specifikacije mikrotrakaste antene uključuju sljedeće.
- Njegova rezonantna frekvencija je 1,176 GHz.
- Frekvencijski raspon mikrotrakaste antene je od 2,26 GHz do 2,38 GHz.
- Dielektrična konstanta supstrata je 5,9.
- Visina dielektrične podloge je 635 um.
- Metoda napajanja je mikrotrakasti vod.
- Tangens gubitka je 0,00 12.
- Provodnik je srebrni.
- Debljina vodiča je 25um.
- Njegova propusnost je ± 10 GHz.
- Njegovo pojačanje je iznad 5dB.
- Njegov aksijalni omjer je ispod 4dB.
- Njegov povratni gubitak bolji je od 15 dB.
Vrste mikrotrakastih antena
Dostupni su različiti tipovi mikrotrakastih antena o kojima se govori u nastavku.
Mikrotrakasta patch antena
Ovi tipovi antena su niskoprofilne antene kod kojih je metalni dio postavljen na razini tla kroz dielektrični materijal između koji se sastoji od trake (ili) antene. Ove antene su izuzetno male antene s niskim zračenjem. Ova antena uključuje dio koji zrači na jednoj strani dielektrične podloge, a na drugoj strani ima ravninu uzemljenja.
Općenito, flaster je napravljen od vodljivog materijala poput zlata ili bakra. Ovi tipovi antena mogu se oblikovati mikrotrakastom metodom jednostavnom izradom na tiskanoj ploči. Ove se antene koriste u aplikacijama s mikrovalnom frekvencijom koja ima frekvenciju veću od 100 MHz.
Mikrotrakasta dipolna antena
Mikrotrakasta dipolna antena je tanki mikrotrakasti vodič i postavlja se na stvarni dio podloge i potpuno je prekriven metalom s jedne strane poznat kao uzemljena ploča. Ove se antene koriste u digitalnim komunikacijskim uređajima poput računala i čvorova za WLAN. Širina ovog tipa antene je mala pa se može koristiti na ulaznoj točki WLAN sustava.
Otisnuta antena s prorezom
Antena s otisnutim prorezima igra ključnu ulogu u poboljšanju propusnosti antene s uzorcima zračenja u oba smjera. Osjetljivost ove antene je niska u usporedbi s normalnim antenama. Ove antene su potrebne u cijeloj dovodnoj liniji koja je postavljena obrnuto u odnosu na podlogu i okomito na os utora koja se nalazi iznad zakrpe.
Mikrotrakasta antena putujućeg vala
Mikrotrakaste antene putujućih valova uglavnom su dizajnirane s dugom mikrotrakastom linijom dovoljne širine za podržavanje TE povezivanja. Ovi tipovi mikročip antena dizajnirani su na takav način da glavni snop leži unutar bilo koje rute od bočne do krajnje paljbe.
Metode napajanja mikrotrakaste antene
Mikrotrakasta antena ima dva načina napajanja; kontaktnu hranu i beskontaktnu hranu o kojima se govori u nastavku.
Kontaktiranje Feeda
Snaga u dovodu u kontakt dolazi izravno do elementa koji zrači. Dakle, to se može učiniti s koaksijalnim vodom/mikrotrakom. Ova vrsta načina hranjenja opet se klasificira u dvije vrste; Mikrotrakasto napajanje i koaksijalno napajanje o kojima se govori u nastavku.
Microstrip Feed
Mikrotrakasti dovod je vodljiva traka vrlo male širine od širine elementa koji zrači. Linija za uvlačenje omogućuje jednostavno jetkanje iznad podloge jer traka ima tanje dimenzije. Prednost ove vrste rasporeda hrane je; da se dovod može urezati na vrhu slične podloge kako bi se ponudila ravna struktura. Dovodna linija prema strukturi nalazi se u sredini, pomaknuto ili umetnuto. Glavna svrha umetnutog reza unutar zakrpe je uskladiti impedanciju dovodne linije s zakrpom bez potrebe za dodatnim elementom za usklađivanje.
Koaksijalno napajanje
Ova metoda dodavanja je najčešće korištena vrsta i neplanarna metoda dodavanja gdje se z koaksijalni kabel koristi za napajanje zakrpe. Ova metoda napajanja je data mikrotrakastoj anteni na takav način da je unutarnji vodič izravno spojen na spoj dok je vanjski vodič spojen na ravninu uzemljenja.
Impedancija će se promijeniti s razlikom u rasporedu koaksijalnog napajanja. Jednom kada se dovodni vod spoji bilo gdje u spoju, pomaže pri usklađivanju impedancije. Međutim, dovodna linija koja se povezuje kroz uzemljenu ravninu je malo teška jer je potrebno izbušiti rupu unutar podloge. Ova metoda hranjenja je vrlo jednostavna za izradu i ima manje lažnog zračenja. No, njegov glavni nedostatak je što je spojen na konektor za uzemljenje.
Feed bez kontakta
Snaga se daje elementu koji zrači iz napojne linije s elektromagnetskom spregom. Ove metode hranjenja dostupne su u tri vrste; spojen otvorom blende, spojen blizinom i uvlačenje linije grane.
Aperture Coupled Feed
Tehnika dovođenja otvora uključuje dva dielektrična supstrata poput dielektričnog supstrata antene i dielektričnog supstrata dovoda koji su jednostavno podijeljeni kroz uzemljenu ravninu i imaju razmak u sredini. Metalni dio nalazi se iznad supstrata antene, dok se uzemljena ploča nalazi na drugoj strani dielektrika antene. Kako bi se osigurala izolacija, dovodni vod i dovodni dielektrik nalaze se na drugoj strani uzemljene ploče.
Ova tehnika dodavanja osigurava izvanrednu čistoću polarizacije koja je nedostižna drugim tehnikama dodavanja. Feed par otvora blende pruža visoku propusnost i izuzetno je koristan u aplikacijama u kojima ne želimo koristiti žice od jednog sloja do drugog. Glavni nedostatak ove tehnike hranjenja je što zahtijeva višeslojnu izradu.
Proximity Coupled Feed
Proximity-coupled feed se također naziva neizravni feed gdje uzemljena ravnina nije prisutna. U usporedbi s fid antenom povezanom s otvorom, vrlo je jednostavna za proizvodnju. Na vodljivoj strani antene nalazi se utor i spajanje je omogućeno mikrotrakastom linijom.
Ova metoda napajanja pruža nisku lažnu radijaciju i veliku propusnost. Dovodni vod u ovoj metodi nalazi se između dvije dielektrične podloge. Rub dovodne linije je postavljen na nekoj točki gdje god je ulazna impedancija mikrotrakaste antene 50 ohma. Ova tehnika dodavanja ima poboljšanu učinkovitost propusnosti u usporedbi s drugim vrstama metoda. Glavni nedostatak ove tehnike je; da je višeslojna izrada moguća i daje lošu čistoću polarizacije.
Feed linije grane
U tehnici dovoda grane, vodljiva traka izravno je spojena na rub mikrotrake. U usporedbi s flasterom, širina vodljive trake je manja. Glavna prednost ove tehnike hranjenja je; da se dovod urezuje na sličnu podlogu kako bi se dobila ravna struktura.
Umetnuti rez može se integrirati u zakrpu kako bi se postiglo izvrsno usklađivanje impedancije bez potrebe za dodatnim elementom za usklađivanje. To se može postići pravilnim kontroliranjem položaja umetka, inače možemo izrezati utor i izrezati ga iz zakrpe odgovarajuće veličine. Nadalje, ova tehnika hranjenja se koristi i naziva tehnika hranjenja grananjem.
Dijagram zračenja mikrotrakaste antene
Grafički prikaz svojstava zračenja antene poznat je kao uzorak zračenja koji objašnjava kako antena emitira energiju u svemir. Varijacija snage kao funkcija dolaznog kuta prati se u udaljenom polju antene.
Uzorak zračenja mikrotrakaste antene je širok i ima manju snagu zračenja i usku frekvenciju BW. Ispod je prikazan uzorak zračenja mikrotrakaste antene koja ima manju usmjerenost. Korištenjem ovih antena može se formirati niz koji ima bolju usmjerenost.
Karakteristike
The karakteristike mikrotrakaste antene uključuju sljedeće.
- Mikrotrakasta antena treba biti izuzetno tanko vodljivo područje.
- U usporedbi s zakrpom, uzemljena ploča trebala bi imati prilično velike dimenzije.
- Foto-jetkanje na supstratu se radi za konstrukciju elementa koji zrači i dovodnih vodova.
- Debeli dielektrični supstrat s dielektričnom konstantom u rasponu od 2,2 do 12 nudi izvrsne performanse antene.
- Nizovi mikrotrakastih elemenata u dizajnu mikrotrakastih antena nude vrhunsku usmjerenost.
- Mikrotrakaste antene nude veliku širinu snopa.
- Ova antena pruža faktore izuzetno visoke kvalitete jer visoki Q faktor rezultira niskom učinkovitošću i malom propusnošću. No, to se može kompenzirati jednostavnim povećanjem širine podloge. Međutim, povećanje širine iznad određene granice uzrokovat će nepotreban gubitak snage.
Prednosti i nedostatci
The prednosti mikrotrakaste antene uključuju sljedeće.
- Mikrotrakaste antene su vrlo male.
- Težina ovih antena je manja.
- Postupak izrade ove antene je jednostavan.
- Njegova instalacija je vrlo jednostavna zbog male veličine i volumena.
- Nudi jednostavnu integraciju s drugim uređajima.
- Ova antena može raditi s dvostrukom i trostrukom frekvencijom.
- Ovi antenski nizovi mogu se lako konstruirati.
- Ova antena pruža veliku robusnost iznad jakih površina.
- Jednostavan je za izradu, prilagođavanje i modificiranje..
- Ova antena ima jednostavnu i jeftinu konstrukciju.
- U ovoj anteni moguće je postići linearnu i kružnu polarizaciju.
- Prikladan je za antenski niz.
- Kompatibilan je s monolitnim mikrovalnim integriranim sklopovima.
- Propusnost se može proširiti jednostavnim poboljšanjem širine dielektričnog materijala.
The nedostaci mikrotrakastih antena uključuju sljedeće.
- Ova antena daje manji dobitak.
- Učinkovitost ove vrste antene je niska zbog gubitaka vodiča i dielektrika.
- Ova antena ima veliki raspon zračenja unakrsne polarizacije.
- Kapacitet prijenosa snage ove antene je nizak.
- Ima manju propusnost impedancije.
- Struktura ove antene zrači iz izvora i drugih spojnih točaka.
- Ova antena pokazuje izuzetno osjetljive performanse prema ekološkim čimbenicima.
- Ove antene su sklonije krivotvorenom zračenju.
- Ova antena ima veće gubitke u vodiču i dielektriku.
Prijave
The koristi ili primjene mikrotrakastih antena uključuju sljedeće.
- Mikrotrakaste antene primjenjive su u različitim područjima; u projektilima, sateliti , svemirske letjelice, zrakoplovi, bežični komunikacijski sustavi, mobilni telefoni, daljinska detekcija i radari.
- Ove se antene koriste u bežičnim komunikacijama. za prikaz kompatibilnosti s ručnim uređajima kao što su mobilni telefoni i dojavljivači.
- Koriste se na projektilima kao komunikacijske antene.
- Ove antene su male veličine, pa se koriste u mikrovalnim i satelitskim komunikacijskim aplikacijama.
- GPS jedna je od glavnih prednosti mikrotrakastih antena jer omogućuje jednostavno praćenje vozila i marinaca.
- Oni se koriste u faznom nizu radari za rukovanje tolerancijom propusnosti koja je jednaka nekom postotku.
Kako poboljšati propusnost mikrotrakaste antene?
Propusnost mikrotrakaste antene može se poboljšati različitim tehnikama kao što je povećanje debljine supstrata s niskom dielektričnom konstantom, rezanje utora, uvlačenje sonde kroz rezanje ureza i različiti oblici antene
Zašto mikrotrakaste antene zrače?
Mikrotrakaste patch antene zrače uglavnom zbog obrubnih polja između ruba patcha i ravnine uzemljenja.
Kako povećati pojačanje mikrotrakaste antene?
Pojačanje mikrotrakaste antene može se povećati pomoću parazitne zakrpe i zračnog raspora između dovodne zakrpe i uzemljene ravnine.
Dakle, ovo je pregled mikrotrakaste antene , rad i njegove primjene. Ova antena je prilično moderan izum koji omogućuje prikladnu integraciju antene i drugih pogonskih sklopova komunikacijskog sustava na zajedničkom PCB-u (ili) poluvodičkom čipu. Oni se intenzivno koriste u širokom rasponu trenutnih mikrovalnih sustava u rasponu gigaherca. Glavne prednosti ove antene su; lagani, jeftini, konformni oblici i kompatibilnost s monolitnim i hibridnim mikrovalnim integriranim sklopovima. Evo pitanja za vas, Što je a dipolna antena ?
