Antennas is belangrike komponente van draadlose kommunikasiestelsels. Hulle is verantwoordelik vir die oordrag en ontvang van radiosignale wat gebruik word vir verskillende toepassings, insluitend Wi-Fi, Bluetooth, sellulêre netwerke en satellietkommunikasie. Die bandwydte van 'n antenna is 'n kritieke parameter wat die werkverrigting en geskiktheid daarvan vir spesifieke toepassings bepaal. In hierdie artikel word strategieë ondersoek om die bandwydte van Patch -antennas te verhoog, wat wyd gebruik word as gevolg van hul lae profiel en gemak van vervaardiging.
Begrip
Begrip van pleister -antennas en hul bandwydte
Patchantennas is 'n soort mikrostrookantenna wat bestaan uit 'n stralende pleister aan die een kant van 'n diëlektriese substraat en 'n grondvlak aan die ander kant. Dit word wyd gebruik in draadlose kommunikasiestelsels as gevolg van hul lae profiel, liggewig en gemaklike vervaardiging. Patchantennas kan in verskillende vorms ontwerp word, soos reghoekig, sirkelvormig en ellipties, om by spesifieke toepassings te pas.
Die bandwydte van 'n pleisterantenna word gedefinieer as die frekwensiegebied waaroor die antenna effektief werk. Dit word tipies gemeet as die verskil tussen die boonste en onderste frekwensiepunte waarop die opbrengsverlies van die antenna groter is as 10 dB. Met 'n hoër bandwydte kan die antenna oor 'n groter verskeidenheid frekwensies werk, wat noodsaaklik is vir moderne kommunikasiestelsels wat hoë datasyfers benodig en verskeie frekwensiebande ondersteun.
Patchantennas is bekend vir hul smal bandwydte, wat tipies minder as 5% van die middelfrekwensie is. Hierdie beperking is hoofsaaklik te danke aan die klein grootte van die stralende pleister, wat lei tot 'n hoë kwaliteit faktor (Q) en gevolglik smal bandbreedte. Verskeie faktore beïnvloed die bandwydte van pleister -antennas, insluitend die diëlektriese substraat, die grootte en vorm van die pleister en die voedingsmeganisme.
Uitdagings in die toenemende bandwydte
Die verhoging van die bandwydte van Patch-antennas is 'n uitdagende taak as gevolg van die inherente inruilings tussen bandwydte, wins, doeltreffendheid en grootte. Die smal bandwydte van pleisterantennas is hoofsaaklik te danke aan hul hoë kwaliteit faktor (q), wat 'n maatstaf is van die energie wat in die antenna gestoor word relatief tot die verlore energie. 'N Hoër Q -waarde lei tot nouer bandwydte, terwyl 'n laer Q -waarde tot breër bandwydte lei.
Verskeie faktore dra by tot die hoë Q van pleister -antennas, insluitend die diëlektriese substraat, die grootte en vorm van die pleister en die voedingsmeganisme. Die keuse van diëlektriese substraat is van kritieke belang, aangesien dit die effektiewe diëlektriese konstante en verlies -raaklyn van die antenna bepaal. Substrate met 'n lae verlies raaklyn en hoë diëlektriese konstante word verkies, maar dit lei dikwels tot kleiner grootte en hoër Q.
Die grootte en vorm van die pleister speel ook 'n belangrike rol in die bepaling van die bandwydte. Groter kolle is geneig om laer Q en breër bandwydte te hê, maar dit is minder geskik vir kompakte toepassings. Die voedingsmeganisme, soos koaksiale sonde, mikrostriplyn of diafragma -koppeling, kan ook die bandwydte beïnvloed deur addisionele verliese en resonansies in te voer.
Benewens hierdie faktore, kan die onderlinge koppeling tussen veelvuldige kolle in 'n skikkingskonfigurasie ook die bandwydte beïnvloed. Die interaksie tussen aangrensende kolle kan lei tot veranderinge in die effektiewe diëlektriese konstante en stralingspatroon, wat die algehele prestasie van die antenna -skikking kan beïnvloed.
Ontwerpstrategieë vir die verbetering van bandwydte
Verskeie ontwerpstrategieë kan gebruik word om die bandwydte van Patch -antennas te verbeter. Hierdie strategieë sluit in die gebruik van dik diëlektriese substrate, die inkorporering van parasitiese elemente, gebruik van diafragma-koppeling en die gebruik van multi-resonante tegnieke.
Die gebruik van dik diëlektriese substrate: een van die eenvoudigste maniere om die bandwydte van 'n pleisterantenne te verhoog, is om 'n dikker diëlektriese substraat te gebruik. 'N Dikker substraat verminder die Q -faktor van die antenna, wat lei tot breër bandwydte. Hierdie benadering kan egter lei tot verhoogde grootte en verminderde doeltreffendheid, wat moontlik nie geskik is vir alle toepassings nie.
Parasitiese elemente inkorporeer: Parasitiese elemente, soos regisseurs en weerkaatsers, kan by die pleisterantenne gevoeg word om die bandwydte daarvan te verbeter. Hierdie elemente is nie direk aan die voerlyn gekoppel nie, maar is in wisselwerking met die stralende pleister deur elektromagnetiese koppeling. Deur die lengte en spasiëring van die parasitiese elemente noukeurig te ontwerp, kan die bandwydte van die antenna verhoog word. Hierdie tegniek word gereeld in Yagi-UDA-antennas gebruik, waar verskeie regisseurs gebruik word om bandwydte en wins te verhoog.
Gebruik van diafragma -koppeling: Apertuurkoppeling is 'n tegniek wat behels dat die pleisterantenne deur 'n gleuf of opening in die grondvlak gevoer word. Hierdie metode kan help om die Q -faktor te verminder en die bandwydte van die antenna te verhoog. Diafragma -koppeling bied ook verbeterde isolasie tussen die voerlyn en die stralende pleister, wat ongewenste koppeling kan verminder en die antenna se prestasie kan verbeter.
Die gebruik van multi-resonante tegnieke: Multi-resonant-tegnieke behels die ontwerp van die pleisterantenne om verskeie resonante frekwensies te ondersteun. Dit kan bereik word deur 'n kombinasie van verskillende pleistervorms te gebruik, soos opgestapelde kolle of ingebedde kolle, of deur addisionele resonante elemente, soos gleuwe of kerf, in die pleister in te voer. Deur die resonante frekwensies noukeurig in te stel, kan die bandwydte van die antenna verhoog word. Hierdie benadering word gereeld gebruik in breëbandantennas, soos die UWB (ultra-breëband) antennas, wat oor 'n frekwensiegebied van 3,1 tot 10,6 GHz werk.
'N Ander effektiewe metode om die bandwydte van Patch-antennas te verhoog, is om 'n multi-laag of gestapelde konfigurasie te gebruik. In hierdie benadering word verskeie kolle vertikaal opgestapel, geskei deur diëlektriese substraat met verskillende permittiviteite. Die interaksie tussen die kolle en die diëlektriese lae kan addisionele resonansies skep, wat 'n breër bandwydte tot gevolg het. Hierdie tegniek is veral nuttig vir toepassings wat kompakte antennas met 'n wye bandwydte benodig.
Daarbenewens kan die gebruik van nie-eenvormige voedingstegnieke ook help om die bandwydte van pleister-antennas te verhoog. Deur 'n tapse of multi-seksie-voerlyn te gebruik, kan die impedansie-ooreenstemming tussen die voerlyn en die antenna oor 'n groter frekwensiegebied verbeter word. Hierdie benadering kan gekombineer word met ander tegnieke vir verbetering van bandwydte, soos parasitiese elemente of diafragma -koppeling, om nog groter bandwydte te bewerkstellig.
Konklusie
Die verhoging van die bandwydte van Patch -antennas is 'n uitdagende, maar haalbare doel. Deur verskillende ontwerpstrategieë te gebruik, soos die gebruik van dik diëlektriese substrate, parasitiese elemente inkorporeer, openingskoppeling gebruik, en die gebruik van multi-resonante tegnieke, kan die bandwydte van die antennas van die pleister aansienlik verbeter word. Hierdie tegnieke kan individueel of in kombinasie gebruik word om die gewenste bandwydte vir spesifieke toepassings te bewerkstellig.
Dit is belangrik om daarop te let dat die verhoging van die bandwydte van Patch -antennas die koste van ander prestasieparameters, soos wins, doeltreffendheid en grootte, kan wees. Daarom moet die spesifieke vereistes van die aansoek en die inruilings wat by die ontwerp betrokke is, noukeurig oorweeg word. Deur hierdie faktore te balanseer, is dit moontlik om pleister -antennas te ontwerp met die gewenste bandwydte en prestasie -eienskappe vir 'n wye verskeidenheid draadlose kommunikasiestelsels.
