Vestavěné antény v deskách plošných spojů jsou běžným řešením v bezdrátových zařízeních. Snadno se navrhují a vyrábějí a lze je umístit kdekoli na DPS. Antény vestavěné do PCB jsou však také velmi citlivé na prostředí, které může ovlivnit jejich výkon. Tento článek prozkoumá principy fungování FPC a PCB vestavěných patch antén, jejich výhody a nevýhody a co je třeba vzít v úvahu při navrhování bezdrátového zařízení s vestavěnou anténou.
Co je to flíčková anténa?Funkční princip flíčkové antényVýhody a nevýhody flíčkových anténFaktory, které je třeba vzít v úvahu při návrhu flíčkové antényZávěr
Co je to patch anténa?
Plochá anténa je typ antény, která se skládá z plochého obdélníkového kovového plátku namontovaného na substrátu. Substrát je obvykle vyroben z dielektrického materiálu, jako je FR4 nebo Rogers, který pomáhá izolovat záplatu od zemní plochy. Patch je typicky napájen mikropáskovým vedením nebo koaxiálním kabelem a může to být buď dipól nebo monopól.
Patch antény jsou velmi oblíbené, protože se snadno vyrábějí a mohou být velmi malé. Často se používají v bezdrátových zařízeních, jako jsou mobilní telefony, tablety a notebooky. Patch antény se také používají v satelitní komunikaci a systémech GPS.
Princip fungování flíčkové antény
Když je anténa napájena RF signálem, proud na náplasti způsobí, že náplast vyzařuje elektromagnetické vlny. Tvar a velikost pole určují frekvenci, na které bude anténa rezonovat. Patch také určuje polarizaci vyzařovaných vln, které mohou být buď lineární nebo kruhové.
Materiál substrátu a tloušťka také ovlivňují výkon antény. Silnější substrát bude mít za následek nižší rezonanční frekvenci, zatímco tenčí substrát bude mít za následek vyšší frekvenci. Dielektrická konstanta materiálu substrátu také ovlivní rezonanční frekvenci a šířku pásma antény.
Patch antény jsou typicky navrženy tak, aby fungovaly na specifické frekvenci, která je určena velikostí a tvarem patche. Frekvenci lze upravit změnou délky mikropáskového přívodního vedení nebo přidáním ladícího pahýlu k přívodnímu vedení.
Výhody a nevýhody patch antén
Výhody
Patch antény jsou velmi oblíbené, protože se snadno vyrábějí a mohou být velmi malé. Jsou také velmi univerzální a lze je použít pro různé aplikace. Patch antény jsou také relativně levné ve srovnání s jinými typy antén.
Nevýhody
Jednou z hlavních nevýhod patch antén je, že jsou velmi citlivé na okolní prostředí. Výkon antény může být ovlivněn okolními předměty, jako jsou stěny, nábytek a dokonce i lidé. Patch antény jsou také velmi citlivé na dielektrický materiál použitý pro substrát. Pokud dielektrická konstanta substrátu není přizpůsobena rezonanční frekvenci antény, výkon se sníží.
Faktory, které je třeba vzít v úvahu při navrhování patch antény
Při navrhování patch antény je třeba vzít v úvahu řadu faktorů, včetně provozní frekvence, šířky pásma, zisku, účinnosti a vyzařovacího diagramu.
Frekvence provozu
Frekvence provozu je nejdůležitějším faktorem, který je třeba vzít v úvahu při navrhování patch antény. Velikost a tvar pole určí frekvenci, na které bude anténa rezonovat. Frekvenci lze upravit změnou délky mikropáskového přívodního vedení nebo přidáním ladícího pahýlu k přívodnímu vedení.
Šířka pásma
Šířka pásma patch antény je rozsah frekvencí, ve kterých bude anténa efektivně fungovat. Šířka pásma je obvykle velmi úzká, řádově 1 % až 2 %. Lze ji však zvýšit použitím silnějšího substrátu nebo přidáním parazitních prvků do antény.
Získat
Zisk patch antény je měřítkem toho, jak dobře bude anténa vyzařovat nebo přijímat elektromagnetické vlny. Zisk je typicky velmi vysoký, řádově 10 dBi až 20 dBi. Lze ji však zvýšit použitím větší náplasti nebo přidáním reflektoru k anténě.
Účinnost
Účinnost patch antény je měřítkem toho, kolik vstupního výkonu je přeměněno na vyzářený výkon. Účinnost je typicky velmi vysoká, řádově 90 % až 95 %. Lze jej však snížit použitím ztrátového substrátu nebo přidáním odporového zatížení antény.
Radiační vzor
Vyzařovací diagram plošné antény je měřítkem toho, jak bude anténa vyzařovat nebo přijímat elektromagnetické vlny v různých směrech. Vyzařovací diagram je typicky velmi direktivní, což znamená, že anténa bude nejlépe vyzařovat nebo přijímat v určitém směru. Může však být více všesměrový použitím větší náplasti nebo přidáním reflektoru k anténě.
Závěr
Patch antény jsou oblíbenou volbou pro bezdrátová zařízení, protože se snadno vyrábějí a mohou být velmi malé. Jsou však také velmi citlivé na prostředí, které může ovlivnit jejich výkon. Při navrhování bezdrátového zařízení s vestavěnou anténou je důležité vzít v úvahu provozní frekvenci, šířku pásma, zisk, účinnost a vyzařovací diagram. Je také důležité vybrat materiál substrátu, který je přizpůsoben rezonanční frekvenci antény. Zohledněním těchto faktorů je možné navrhnout bezdrátové zařízení se zabudovanou anténou, které bude dobře fungovat v různých prostředích.
