Una antena o antena en enginyeria de ràdio és un especialitzat transductor , dissenyat per una matriu de conductors connectats elèctricament al transmissor o receptor. La funció principal d'una antena és transmetre i rebre ones de ràdio per igual dins de totes les direccions horitzontals. Les antenes estan disponibles en diferents tipus i formes. Les antenes petites es poden trobar al terrat de les cases per veure la televisió i les grans antenes capturen senyals de diferents satèl·lits que es troben a milions de quilòmetres. Les antenes es mouen verticalment i horitzontalment per capturar i transmetre el senyal. N'hi ha diferents tipus d'antenes disponible com obertura, cable, lent, reflector, microstrip, registre periòdic, matriu i molts més. Aquest article tracta una visió general de antena microstrip .
Definició de l'antena microstrip
Una antena que es configura simplement gravant un tros de material conductor per sobre d'una superfície dielèctrica s'anomena antena microstrip o antena de pegat. Al pla de terra d'aquesta antena microstrip, es munta el material dielèctric, on aquest pla suporta tota l'estructura. A més, l'excitació a aquesta antena es pot proporcionar amb línies d'alimentació connectades al pegat. En general, aquestes antenes es consideren antenes de perfil baix que s'utilitzen en aplicacions de freqüència de microones que tenen una freqüència superior a 100 MHz.
La micro-tira/pegat de l'antena es pot seleccionar per ser rectangular, quadrada, el·líptica i circular per facilitar l'anàlisi i la fabricació. Algunes antenes de microstrip no utilitzen un substrat dielèctric però estan fetes amb un pegat metàl·lic que es munta en un pla de terra amb separadors dielèctrics; així la formació resultant és menys forta però el seu ample de banda és més ampli.
Construcció d'antenes microstrip
El disseny de l'antena de microstrip es pot fer amb l'ajut d'una tira metàl·lica extremadament fina col·locant-la en un pla de terra entre un material dielèctric. Aquí, el material dielèctric és un substrat utilitzat per separar la cinta del pla de terra. Un cop excitada aquesta antena, les ones generades al dielèctric pateixen reflexos i l'energia emesa per les vores del pegat metàl·lic és molt baixa. Aquestes formes d'antena s'identifiquen per la forma del pegat metàl·lic disposat al material dielèctric.
En general, la tira/pegat i les línies d'alimentació estan fotogravades a la superfície del substrat. Hi ha diferents formes d'antena microstrip com ara quadrada, dipol, rectangular, circular, el·líptica i dipol. Sabem que els pegats es poden formar de diverses formes, però, a causa de la facilitat de fabricació, normalment s'utilitzen pegats de forma circular, quadrada i rectangular.
Les antenes de microstrip també es poden formar amb un grup de diversos pegats sobre un substrat dielèctric. S'utilitzen línies d'alimentació simples o nombroses per donar excitació a l'antena microstrip. Així, la presència de matrius d'elements microstrip proporciona una millor directivitat, un gran guany i un major rang de transmissió amb baixa interferència.
Funcionament de l'antena Microstrip
Una antena microstrip funciona com; sempre que el corrent d'una línia d'alimentació arriba a la banda de l'antena de microstrip, es produeixen ones electromagnètiques. Així, aquestes ones del pegat començaran a irradiar des del costat de l'amplada. Tanmateix, quan el gruix de la cinta és molt petit, les ones produïdes al substrat es reflectiran a través de la vora de la cinta. L'estructura de banda constant al llarg de la longitud no permet l'emissió de radiació.
La baixa capacitat de radiació de l'antena microstrip permet cobrir només transmissions d'ones amb distàncies petites com botigues, ubicacions interiors o oficines locals. Per tant, aquesta transmissió d'ones ineficient no és acceptable en una localitat centralitzada en una àrea molt gran. Normalment, la cobertura hemisfèrica ve donada per una antena de pegat a un angle de 30⁰ – 180⁰ a una distància de la muntura.
Especificacions de l'antena microstrip
Les especificacions de l'antena microstrip inclouen les següents.
- La seva freqüència de ressonància és d'1,176 GHz.
- El rang de freqüència de l'antena microstrip és de 2,26 GHz a 2,38 GHz.
- La constant dielèctrica del substrat és 5,9.
- L'alçada del substrat dielèctric és de 635um.
- El mètode d'alimentació és una línia d'alimentació de microstrip.
- La tangent de pèrdua és 0,00 12.
- El conductor és de plata.
- El gruix del conductor és de 25um.
- El seu ample de banda és de ± 10 GHz.
- El seu guany és superior als 5 dB.
- La seva relació axial és inferior a 4 dB.
- La seva pèrdua de retorn és millor que 15 dB.
Tipus d'antenes de microstrip
Hi ha diferents tipus d'antenes microstrip disponibles que es comenten a continuació.
Antena Microstrip Patch
Aquests tipus d'antenes són antenes de perfil baix on un pegat metàl·lic està disposat a nivell del terra a través d'un material dielèctric entremig que inclou una banda (o) antena de pegat. Aquestes antenes són antenes de mida extremadament reduïda amb poca radiació. Aquesta antena inclou un pegat radiant en una cara d'un substrat dielèctric i a l'altre costat, té un pla de terra.
Generalment, el pegat està fet amb material conductor com l'or o el coure. Aquests tipus d'antenes es poden formar amb un mètode de microstrip simplement fabricant-se en un PCB. Aquestes antenes s'utilitzen en aplicacions de freqüència de microones que tenen una freqüència superior a 100 MHz.
Antena dipol microstrip
La microtira antena dipol és un conductor de microstrip prim i es col·loca a la part real del substrat i està cobert totalment de metall en una cara coneguda com el pla de terra. Aquestes antenes s'utilitzen en dispositius de comunicació digital com ordinadors i nodes per a WLAN. L'amplada d'aquest tipus d'antena és petita, de manera que es pot utilitzar al punt d'entrada del sistema WLAN.
Antena de ranura impresa
L'antena de ranura impresa té un paper clau a l'hora de millorar l'amplada de banda de l'antena amb patrons de radiació en ambdues direccions. La sensibilitat d'aquesta antena és baixa en comparació amb les antenes normals. Aquestes antenes són necessàries al llarg d'una línia d'alimentació que es disposa al revés del substrat i verticalment a l'eix de la ranura proporcionat per sobre del pegat.
Antena Microstrip d'ona viatgera
Les antenes d'ona mòbil Microstrip estan dissenyades principalment amb una llarga línia Microstrip amb una amplada suficient per suportar la connectivitat TE. Aquests tipus d'antenes de microxip estan dissenyades de manera que el feix principal es troba dins de qualsevol ruta des del foc fins al final.
Mètodes d'alimentació de l'antena Microstrip
L'antena microstrip té dos mètodes d'alimentació; feed de contacte i feed sense contacte que es comenten a continuació.
Contacte amb Feed
La potència en l'alimentació de contacte es proporciona directament a l'element radiant. Així que això es pot fer amb una línia coaxial/microstrip. Aquest tipus de mètode d'alimentació es torna a classificar en dos tipus; Alimentació microstrip i alimentació coaxial que es comenten a continuació.
Alimentació de microtira
Microstrip feed és una tira conductora amb una amplada molt petita que l'amplada de l'element radiant. La línia d'alimentació proporciona un gravat senzill per sobre del substrat perquè la tira té dimensions més primes. El benefici d'aquest tipus d'arranjament d'alimentació és; que l'alimentació es pugui gravar a sobre d'un substrat similar per oferir una estructura plana. La línia d'alimentació cap a l'estructura es proporciona al mig, desplaçada o inserida. L'objectiu principal del tall d'inserció dins del pedaç és fer coincidir la impedància de la línia d'alimentació amb el pegat sense necessitat de cap element de concordança addicional.
Alimentació coaxial
Aquest mètode d'alimentació és el tipus més utilitzat i és un mètode d'alimentació no plana on s'utilitza un cable coaxial z per alimentar el pegat. Aquest mètode d'alimentació es dóna a l'antena microstrip de manera que el conductor interior està connectat directament al pegat, mentre que el conductor extern està connectat al pla de terra.
La impedància canviarà amb la diferència en la disposició de l'alimentació coaxial. Una vegada que la línia d'alimentació està connectada a qualsevol lloc del pegat, ajuda a fer coincidir la impedància. Tanmateix, la línia d'alimentació que es connecta a tot el pla de terra és una mica dura perquè caldrà perforar un forat dins del substrat. Aquest mètode d'alimentació és molt senzill de fabricar i té menys radiació espúria. Però, el seu principal inconvenient és que està connectat a un connector del pla de terra.
Feed sense contacte
La potència es dóna a l'element radiant des de la línia d'alimentació amb acoblament electromagnètic. Aquests mètodes d'alimentació estan disponibles en tres tipus; obertura acoblada, proximitat acoblada i alimentació de branca.
Alimentació acoblada d'obertura
La tècnica d'alimentació d'obertura inclou dos substrats dielèctrics com el substrat dielèctric d'antena i un substrat dielèctric d'alimentació que es divideixen simplement a través d'un pla de terra i tenen un buit al mig. El pegat metàl·lic es troba per sobre del substrat de l'antena, mentre que el pla de terra es troba en una altra cara del dielèctric de l'antena. Per proporcionar aïllament, la línia d'alimentació i el dielèctric d'alimentació es troben a un altre costat del pla de terra.
Aquesta tècnica d'alimentació proporciona una puresa de polarització excepcional que no és possible amb altres tècniques d'alimentació. L'alimentació de parella d'obertura proporciona una amplada de banda elevada i és molt útil en aplicacions on no volem utilitzar cables d'una sola capa a una altra. El principal inconvenient d'aquesta tècnica d'alimentació és que necessita una fabricació multicapa.
Feed acoblat de proximitat
L'alimentació acoblada per proximitat també s'anomena alimentació indirecta quan no hi ha el pla de terra. En comparació amb una antena d'alimentació acoblada per obertura, és molt senzill de fabricar. A la cara conductora de l'antena, hi ha una ranura i s'acobla amb una línia de microstrip.
Aquest mètode d'alimentació proporciona baixa radiació espúria i un gran ample de banda. La línia d'alimentació d'aquest mètode es troba entre dos substrats dielèctrics. La vora de la línia d'alimentació es disposa en algun punt allà on la impedància d'entrada de l'antena de microstrip és de 50 ohms. Aquesta tècnica d'alimentació ha millorat l'eficiència de l'ample de banda en comparació amb els altres tipus de mètodes. El principal inconvenient d'aquesta tècnica és; que la fabricació multicapa és possible i proporciona poca puresa de polarització.
Alimentació de la branca
En la tècnica d'alimentació de la línia de branca, una tira conductora es connecta directament a la vora del pegat de la microtira. En comparació amb el pegat, l'amplada de la tira conductora és més petita. El principal benefici d'aquesta tècnica d'alimentació és; que l'alimentació estigui gravada sobre un substrat similar per donar una estructura plana.
Es pot integrar un tall d'inserció al pegat per obtenir una excel·lent concordança d'impedància sense la necessitat de cap element de concordança addicional. Això es pot aconseguir controlant correctament la posició d'inserció, en cas contrari, podem tallar la ranura i gravar-la del pegat amb una mida adequada. A més, aquesta tècnica d'alimentació s'utilitza i s'anomena tècnica d'alimentació de branca.
Patró de radiació de l'antena de microcinta
La representació gràfica de les propietats de radiació de l'antena es coneix com a patró de radiació que explica com l'antena emet energia a l'espai. La variació de la potència com a funció de l'angle d'arribada es controla al camp llunyà de l'antena.
El patró de radiació de l'antena microstrip és ampli i té menys potència de radiació i freqüència estreta BW. El patró de radiació de l'antena microstrip es mostra a sota del qual té menor directivitat. Mitjançant l'ús d'aquestes antenes, es pot formar una matriu per tenir una directivitat superior.
Característiques
El Característiques de l'antena microstrip incloure el següent.
- El pegat de l'antena microstrip hauria de ser una regió conductora extremadament fina.
- En comparació amb un pegat, el pla de terra hauria de tenir unes dimensions bastant extremadament grans.
- El fotogravat al substrat es fa per construir l'element radiant i les línies d'alimentació.
- Un substrat dielèctric gruixut per la constant dielèctrica en el rang de 2,2 a 12 ofereix un rendiment excel·lent d'una antena.
- Les matrius d'elements microstrip en el disseny de l'antena microstrip ofereixen una directivitat superior.
- Les antenes de microstrip ofereixen una amplada de feix elevat.
- Aquesta antena proporciona factors de qualitat extremadament alta perquè un factor Q elevat produeix una baixa eficiència i una amplada de banda lleugera. Però, això es pot compensar simplement augmentant l'amplada del substrat. Tanmateix, l'augment d'amplada més enllà d'un límit determinat provocarà una pèrdua de potència innecessària.
Avantatges i inconvenients
El avantatges de l'antena microstrip incloure el següent.
- Les antenes de microstrip són molt petites.
- El pes d'aquestes antenes és menor.
- El procediment de fabricació proporcionat per aquesta antena és senzill.
- La seva instal·lació és molt fàcil per la seva petita mida i volum.
- Ofereix una integració senzilla per altres dispositius.
- Aquesta antena pot realitzar operacions de doble i triple freqüència.
- Aquestes matrius d'antenes es poden construir fàcilment.
- Aquesta antena proporciona una gran quantitat de robustesa per sobre de superfícies fortes.
- És senzill de fabricar, personalitzar i modificar.
- Aquesta antena té una construcció senzilla i de baix cost.
- En aquesta antena, es pot aconseguir la polarització lineal i circular.
- És adequat per a antenes de matriu.
- És compatible amb circuits integrats de microones monolítics.
- L'amplada de banda es pot ampliar simplement millorant l'amplada del material dielèctric.
El desavantatges de les antenes microstrip incloure el següent.
- Aquesta antena proporciona menys guany.
- L'eficiència d'aquest tipus d'antena és baixa a causa de les pèrdues de conductors i dielèctriques.
- Aquesta antena té un alt rang de radiació de polarització creuada.
- La capacitat de maneig de potència d'aquesta antena és baixa.
- Té menys ample de banda d'impedància.
- L'estructura d'aquesta antena s'irradia des de canals i altres punts d'unió.
- Aquesta antena mostra un rendiment extremadament sensible als factors ecològics.
- Aquestes antenes són més propenses a la radiació d'alimentació forjada.
- Aquesta antena té més pèrdues conductores i dielèctriques.
Aplicacions
El utilitza o aplicacions d'antenes microstrip incloure el següent.
- Les antenes microstrip són aplicables en diferents camps; en míssils, satèl·lits , naus espacials, avions, sistemes de comunicació sense fil, telèfons mòbils, teledetecció i radars.
- Aquestes antenes s'utilitzen en comunicacions sense fil. per mostrar la compatibilitat amb dispositius portàtils com ara telèfons mòbils i buscapersones.
- S'utilitzen en míssils com a antenes de comunicació.
- Aquestes antenes tenen una mida petita, per la qual cosa s'utilitzen en aplicacions de comunicacions de microones i satèl·lit.
- GPS és un dels principals avantatges de les antenes microstrip perquè facilita el seguiment de vehicles i marines.
- S'utilitzen en matriu en fases radars per gestionar una tolerància d'ample de banda igual a un percentatge.
Com millorar l'ample de banda de l'antena Microstrip?
L'amplada de banda d'una antena de microstrip es pot millorar mitjançant diferents tècniques, com ara millorar el gruix del substrat amb una constant dielèctrica baixa, tall de ranura, alimentació de la sonda a través de tall d'osques i diferents formes d'antena.
Per què irradien les antenes de microcinta?
Les antenes de pegat microstrip irradien principalment a causa dels camps marginals entre la vora del pegat i el pla de terra.
Com augmentar el guany de l'antena Microstrip?
El guany de l'antena microstrip es pot augmentar amb un pegat paràsit i un espai d'aire entre el pegat d'alimentació i el pla de terra.
Així, això és una visió general de l'antena microstrip , el treball i les seves aplicacions. Aquesta antena és una invenció bastant moderna que permet la integració còmoda d'una antena i altres circuits de conducció d'un sistema de comunicació en un PCB comú (o) un xip semiconductor. S'utilitzen àmpliament en una àmplia gamma de sistemes de microones actuals en el rang de gigahertz. Els principals avantatges d'aquesta antena són; lleugers, de baix cost, formes conformades i compatibilitat amb els circuits integrats de microones monolítics i híbrids. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és a antena dipol ?
