Un'antenna o un'antenna nell'ingegneria radiofonica è specializzata trasduttore , progettato da una serie di conduttori collegati elettricamente al trasmettitore o al ricevitore. La funzione principale di un'antenna è trasmettere e ricevere onde radio equamente in tutte le direzioni orizzontali. Le antenne sono disponibili in diversi tipi e forme. Le piccole antenne possono essere trovate sul tetto delle case per guardare la TV, mentre le grandi antenne catturano i segnali di diversi satelliti distanti milioni di chilometri. Le antenne si muovono verticalmente e orizzontalmente per catturare e trasmettere il segnale. Ci sono diversi tipi di antenne disponibili come apertura, filo, lente, riflettore, microstriscia, log periodico, array e molti altri. Questo articolo discute una panoramica di antenna a microstriscia .
Definizione di antenna a microstriscia
Un'antenna modellata semplicemente incidendo un pezzo di materiale conduttivo sopra una superficie dielettrica è chiamata antenna a microstriscia o antenna patch. Sul piano terra di questa antenna a microstriscia è montato il materiale dielettrico, dove questo piano sostiene l'intera struttura. Inoltre l'eccitazione di questa antenna può essere fornita tramite linee di alimentazione collegate al patch. Generalmente, queste antenne sono considerate antenne a basso profilo utilizzate in applicazioni di frequenza a microonde con frequenza superiore a 100 MHz.
La microstriscia/patch dell'antenna può essere selezionata tra rettangolare, quadrata, ellittica e circolare per facilitare l'analisi e la fabbricazione. Alcune antenne a microstriscia non utilizzano un substrato dielettrico ma sono realizzate con una patch metallica montata su un piano di terra con distanziatori dielettrici; quindi la formazione risultante è meno forte ma la sua larghezza di banda è più ampia.
Costruzione di antenne a microstriscia
La progettazione dell'antenna a microstriscia può essere eseguita con l'aiuto di una striscia metallica estremamente sottile disponendola su un piano di massa tra un materiale dielettrico. In questo caso il materiale dielettrico è un substrato utilizzato per separare la striscia dal piano di massa. Una volta eccitata questa antenna, le onde generate nel dielettrico subiscono riflessioni e l'energia emessa dai bordi della toppa metallica è molto bassa. Queste forme di antenna sono identificate dalla forma della patch metallica disposta sul materiale dielettrico.
Generalmente, la striscia/patch e le linee di alimentazione vengono fotoincise sulla superficie del substrato. Esistono diverse forme di antenne a microstriscia come quadrata, dipolo, rettangolare, circolare, ellittica e dipolo. Sappiamo che i cerotti possono essere formati in varie forme ma, a causa della facilità di fabbricazione, vengono normalmente utilizzati cerotti di forma circolare, quadrata e rettangolare.
Le antenne a microstriscia possono anche essere formate con un gruppo di vari patch sopra un substrato dielettrico. Per fornire eccitazione all'antenna a microstriscia vengono utilizzate linee di alimentazione singole o numerose. Quindi la presenza di array di elementi a microstriscia fornisce una migliore direttività, un guadagno elevato e una maggiore portata di trasmissione con basse interferenze.
Funzionamento dell'antenna a microstriscia
Un'antenna a microstriscia funziona come; ogni volta che la corrente attraverso una linea di alimentazione arriva alla striscia dell'antenna a microstriscia, vengono prodotte onde elettromagnetiche. Quindi queste onde del cerotto inizieranno a irradiarsi dal lato della larghezza. Tuttavia, quando lo spessore della striscia è molto piccolo, le onde prodotte nel substrato verranno riflesse attraverso il bordo della striscia. La struttura a strisce costanti lungo tutta la lunghezza non consente l'emissione di radiazioni.
La bassa capacità radiante dell'antenna a microstriscia consente di coprire solo le trasmissioni di onde su piccole distanze come negozi, luoghi interni o uffici locali. Quindi questa trasmissione delle onde inefficiente non è accettabile in una località centralizzata in un’area molto vasta. Di solito, la copertura emisferica è data da un'antenna patch con un angolo di 30⁰ – 180⁰ ad una distanza dalla montatura.
Specifiche dell'antenna a microstriscia
Le specifiche dell'antenna a microstriscia includono quanto segue.
- La sua frequenza di risonanza è 1.176 GHz.
- La gamma di frequenza dell'antenna a microstriscia va da 2,26 GHz a 2,38 GHz.
- La costante dielettrica del substrato è 5,9.
- L'altezza del substrato dielettrico è 635um.
- Il metodo di alimentazione è un'alimentazione a linea microstrip.
- La tangente della perdita è 0,00 12.
- Il conduttore è d'argento.
- Lo spessore del conduttore è 25um.
- La sua larghezza di banda è di ± 10 GHz.
- Il suo guadagno è superiore a 5 dB.
- Il suo rapporto assiale è inferiore a 4 dB.
- La sua perdita di ritorno è migliore di 15 dB.
Tipi di antenne a microstriscia
Sono disponibili diversi tipi di antenne a microstriscia, discusse di seguito.
Antenna patch a microstriscia
Questi tipi di antenne sono antenne a basso profilo in cui un patch metallico è disposto a livello del suolo attraverso un materiale dielettrico intermedio comprendente una striscia (o) antenna patch. Queste antenne sono antenne di dimensioni estremamente ridotte con bassa radiazione. Questa antenna include una zona radiante su una faccia di un substrato dielettrico e sull'altro lato ha un piano di massa.
Generalmente il cerotto è realizzato con materiale conduttore come oro o rame. Questi tipi di antenne possono essere formati con un metodo a microstriscia semplicemente fabbricandoli su un PCB. Queste antenne vengono utilizzate in applicazioni di frequenza a microonde con frequenza superiore a 100 MHz.
Antenna dipolo a microstriscia
La microstriscia antenna a dipolo è un sottile conduttore a microstriscia ed è posizionato sulla parte effettiva del substrato ed è completamente ricoperto di metallo su una faccia nota come piano di terra. Queste antenne vengono utilizzate nei dispositivi di comunicazione digitale come computer e nodi per WLAN. La larghezza di questo tipo di antenna è ridotta, quindi può essere utilizzata nel punto di ingresso del sistema WLAN.
Antenna con slot stampato
L'antenna con slot stampato svolge un ruolo chiave nel migliorare la larghezza di banda dell'antenna con schemi di radiazione in entrambe le direzioni. La sensibilità di questa antenna è bassa rispetto alle normali antenne. Queste antenne sono necessarie lungo tutta la linea di alimentazione che è disposta in senso inverso rispetto al substrato e verticalmente rispetto all'asse della fessura prevista sopra il cerotto.
Antenna a onda viaggiante a microstriscia
Le antenne a onda viaggiante a microstrip sono progettate principalmente con una lunga linea di microstrip di larghezza sufficiente per supportare la connettività TE. Questi tipi di antenne a microchip sono progettati in modo tale che il raggio principale si trovi all'interno di qualsiasi percorso dalla bordata alla fine del fuoco.
Metodi di alimentazione dell'antenna a microstriscia
L'antenna a microstriscia prevede due modalità di alimentazione; alimentazione a contatto e alimentazione senza contatto, discussi di seguito.
Contattando Feed
La potenza nell'alimentazione di contatto è fornita direttamente all'elemento radiante. Quindi questo può essere fatto con una linea/microstriscia coassiale. Questo tipo di metodo di alimentazione è nuovamente classificato in due tipi; Alimentazione a microstriscia e alimentazione coassiale discusse di seguito.
Alimentazione a microstriscia
L’alimentazione della microstrip è una striscia conduttrice di larghezza molto ridotta rispetto alla larghezza dell’elemento radiante. La linea di alimentazione fornisce un'incisione semplice sopra il substrato poiché la striscia ha dimensioni più sottili. Il vantaggio di questo tipo di disposizione di alimentazione è; che il feed può essere inciso sopra un substrato simile per offrire una struttura planare. La linea di alimentazione verso la struttura viene fornita al centro, sfalsata o inserita. Lo scopo principale del taglio inserito all'interno del patch è quello di adattare l'impedenza della linea di alimentazione al patch senza richiedere alcun elemento di adattamento aggiuntivo.
Alimentazione coassiale
Questo metodo di alimentazione è il tipo utilizzato più frequentemente ed è un metodo di alimentazione non planare in cui viene utilizzato un cavo coassiale z per alimentare la patch. Questa modalità di alimentazione è affidata all'antenna a microstrip in modo tale che il conduttore interno sia direttamente collegato al patch mentre il conduttore esterno sia collegato al piano di massa.
L'impedenza cambierà con la differenza nella disposizione dell'alimentazione coassiale. Una volta collegata la linea di alimentazione in un punto qualsiasi della patch, ciò aiuta l'adattamento dell'impedenza. Tuttavia, la linea di alimentazione che collega tutto il piano di terra è un po' dura perché sarà necessario praticare un foro nel substrato. Questo metodo di alimentazione è molto semplice da realizzare e presenta meno radiazioni spurie. Ma il suo principale svantaggio è che è collegato a un connettore del piano di terra.
Alimentazione senza contatto
L'alimentazione viene fornita all'elemento radiante dalla linea di alimentazione con accoppiamento elettromagnetico. Questi metodi di alimentazione sono disponibili in tre tipi; accoppiamento con apertura, accoppiamento di prossimità e alimentazione con linea diramata.
Alimentazione accoppiata ad apertura
La tecnica di alimentazione ad apertura comprende due substrati dielettrici come il substrato dielettrico dell'antenna e un substrato dielettrico di alimentazione che sono divisi semplicemente attraverso un piano di massa e presentano uno spazio vuoto nel mezzo. La toppa metallica si trova sopra il substrato dell'antenna mentre il piano di massa si trova su un'altra faccia del dielettrico dell'antenna. Per garantire l'isolamento, la linea di alimentazione e il dielettrico di alimentazione si trovano su un altro lato del piano di massa.
Questa tecnica di alimentazione fornisce un'eccezionale purezza di polarizzazione che non è ottenibile con altre tecniche di alimentazione. L'alimentazione a coppia di aperture fornisce un'elevata larghezza di banda ed è estremamente utile nelle applicazioni in cui non vogliamo utilizzare cavi da un singolo strato all'altro. Lo svantaggio principale di questa tecnica di alimentazione è che necessita di una fabbricazione multistrato.
Alimentazione accoppiata di prossimità
L'alimentazione accoppiata a prossimità è detta anche alimentazione indiretta laddove il piano di massa non è presente. Rispetto ad un'antenna di alimentazione accoppiata ad apertura, è molto semplice da produrre. Sulla faccia conduttiva dell'antenna c'è una fessura e l'accoppiamento è dato da una linea a microstriscia.
Questo metodo di alimentazione fornisce basse radiazioni spurie e un'enorme larghezza di banda. La linea di alimentazione in questo metodo si trova tra due substrati dielettrici. Il bordo della linea di alimentazione è disposto in un punto in cui l'impedenza di ingresso dell'antenna a microstriscia è di 50 ohm. Questa tecnica di alimentazione ha migliorato l'efficienza della larghezza di banda rispetto agli altri tipi di metodi. Lo svantaggio principale di questa tecnica è; che la fabbricazione multistrato è possibile e fornisce una scarsa purezza di polarizzazione.
Avanzamento linea di diramazione
Nella tecnica di alimentazione a linea diramata, una striscia conduttrice è collegata direttamente al bordo della pezza della microstriscia. Rispetto al cerotto, la larghezza della striscia conduttrice è minore. Il vantaggio principale di questa tecnica di alimentazione è; che il feed sia inciso su un substrato simile per dare una struttura planare.
È possibile integrare un taglio inserito nella patch per ottenere un eccellente adattamento di impedenza senza la necessità di alcun elemento di adattamento aggiuntivo. Ciò può essere ottenuto controllando correttamente la posizione dell'inserto, altrimenti possiamo tagliare lo slot e inciderlo dalla toppa con una dimensione adeguata. Inoltre, questa tecnica di alimentazione viene utilizzata e chiamata tecnica di alimentazione della linea ramificata.
Schema di radiazione dell'antenna a microstriscia
La rappresentazione grafica delle proprietà di radiazione dell’antenna è nota come diagramma di radiazione che spiega come l’antenna emette energia nello spazio. La variazione della potenza in funzione dell’angolo di arrivo viene monitorata nel campo lontano dell’antenna.
Il diagramma di radiazione dell'antenna a microstriscia è ampio e ha meno potenza di radiazione e frequenza BW stretta. Di seguito è mostrato il diagramma di radiazione dell'antenna a microstriscia che ha una direttività minore. Utilizzando queste antenne, è possibile formare un array per avere una direttività superiore.
Caratteristiche
IL Caratteristiche dell'antenna a microstriscia include il seguente.
- La patch dell'antenna a microstriscia dovrebbe essere una regione conduttiva estremamente sottile.
- Rispetto ad una toppa, il piano terra dovrebbe avere dimensioni abbastanza grandi.
- La fotoincisione sul substrato viene eseguita per costruire l'elemento radiante e le linee di alimentazione.
- Un substrato dielettrico spesso con una costante dielettrica compresa tra 2,2 e 12 offre prestazioni eccellenti di un'antenna.
- Gli array di elementi a microstriscia nel design dell'antenna a microstriscia offrono una direttività superiore.
- Le antenne a microstriscia offrono un'ampiezza del fascio abbagliante.
- Questa antenna fornisce fattori di qualità estremamente elevata perché un fattore Q elevato si traduce in una bassa efficienza e una larghezza di banda ridotta. Ma questo può essere compensato semplicemente aumentando la larghezza del substrato. Tuttavia, l'aumento della larghezza oltre un determinato limite causerà un'inutile perdita di potenza.
Vantaggi e svantaggi
IL vantaggi dell'antenna a microstriscia include il seguente.
- Le antenne a microstriscia sono molto piccole.
- Il peso di queste antenne è inferiore.
- La procedura di fabbricazione fornita da questa antenna è semplice.
- La sua installazione è molto semplice grazie alle sue dimensioni e volume ridotti.
- Offre una semplice integrazione con altri dispositivi.
- Questa antenna può eseguire operazioni a doppia e tripla frequenza.
- Questi array di antenne possono essere costruiti facilmente.
- Questa antenna fornisce un'elevata robustezza sopra superfici resistenti.
- È semplice da fabbricare, personalizzare e modificare.
- Questa antenna ha una costruzione semplice ed economica.
- In questa antenna è possibile ottenere la polarizzazione lineare e circolare.
- È appropriato per antenne array.
- È compatibile con i circuiti integrati a microonde monolitici.
- La larghezza di banda può essere ampliata semplicemente migliorando la larghezza del materiale dielettrico.
IL svantaggi delle antenne a microstriscia include il seguente.
- Questa antenna fornisce meno guadagno.
- L'efficienza di questo tipo di antenna è bassa a causa delle perdite del conduttore e del dielettrico.
- Questa antenna ha un'elevata gamma di radiazioni a polarizzazione incrociata.
- La capacità di gestione della potenza di questa antenna è bassa.
- Ha una larghezza di banda di impedenza inferiore.
- La struttura di questa antenna si irradia da feed e altri punti di giunzione.
- Questa antenna mostra prestazioni estremamente sensibili ai fattori ecologici.
- Queste antenne sono più inclini alla radiazione di alimentazione contraffatta.
- Questa antenna ha più perdite di conduttore e dielettrico.
Applicazioni
IL usa o applicazioni delle antenne a microstriscia include il seguente.
- Le antenne a microstriscia sono applicabili in diversi campi; nei missili, satelliti , veicoli spaziali, aerei, sistemi di comunicazione wireless, telefoni cellulari, telerilevamento e radar.
- Queste antenne sono utilizzate nelle comunicazioni wireless. per mostrare la compatibilità con dispositivi portatili come telefoni cellulari e cercapersone.
- Questi sono usati sui missili come antenne di comunicazione.
- Queste antenne hanno dimensioni ridotte, quindi utilizzate nelle applicazioni di comunicazione a microonde e satellitare.
- GPS è uno dei principali vantaggi delle antenne a microstriscia perché facilita il tracciamento di veicoli e marines.
- Questi sono usati nell'array a fasi radar per gestire la tolleranza della larghezza di banda pari a una certa percentuale.
Come migliorare la larghezza di banda dell'antenna a microstriscia?
La larghezza di banda di un'antenna a microstriscia può essere migliorata mediante diverse tecniche come l'aumento dello spessore del substrato con una bassa costante dielettrica, il taglio delle fessure, l'alimentazione della sonda tramite il taglio delle tacche e diverse forme di antenna
Perché le antenne a microstriscia irradiano?
Le antenne patch a microstriscia si irradiano principalmente a causa dei campi marginali tra il bordo della patch e il piano di massa.
Come aumentare il guadagno dell'antenna a microstriscia?
Il guadagno dell'antenna a microstriscia può essere aumentato con una zona parassita e un traferro tra la zona di alimentazione e il piano di terra.
Quindi, questo è una panoramica dell'antenna a microstriscia , lavoro e sue applicazioni. Questa antenna è un'invenzione piuttosto moderna che consente una comoda integrazione di un'antenna e di altri circuiti di pilotaggio di un sistema di comunicazione su un comune PCB (o) un chip semiconduttore. Questi sono ampiamente utilizzati in una vasta gamma di attuali sistemi a microonde nella gamma dei gigahertz. I principali vantaggi di questa antenna sono; leggerezza, basso costo, forme conformi e compatibilità con i circuiti integrati a microonde monolitici e ibridi. Ecco una domanda per te: cos'è a antenna a dipolo ?
