PCB-desse sisseehitatud antennid on traadita seadmetes levinud lahendus. Neid on lihtne kujundada ja valmistada ning neid saab paigutada trükkplaadile kõikjale. Siiski on PCB sisseehitatud antennid ka väga tundlikud keskkonna suhtes, mis võib mõjutada nende jõudlust. See artikkel uurib FPC ja PCB sisseehitatud plaastriantennide tööpõhimõtteid, nende plusse ja miinuseid ning seda, mida tuleb arvesse võtta sisseehitatud antenniga traadita seadme kujundamisel.
Mis on plaasterantenn?Paisterantenni tööpõhimõteTappantennide eelised ja puudusedTegurid, mida tuleb plaastantenni projekteerimisel arvesse võttaJäreldus
Mis on patch-antenn?
Plaasterantenn on teatud tüüpi antenn, mis koosneb aluspinnale paigaldatud lamedast ristkülikukujulisest metallist plaastrist. Põhimik on tavaliselt valmistatud dielektrilisest materjalist, nagu FR4 või Rogers, mis aitab plaastrit alusplaadist isoleerida. Plaastrit toidetakse tavaliselt mikroribaliini või koaksiaalkaabli kaudu ning see võib olla kas dipool või monopool.
Patch-antennid on väga populaarsed, kuna neid on lihtne valmistada ja neid saab teha väga väikeseks. Neid kasutatakse sageli juhtmeta seadmetes, nagu mobiiltelefonid, tahvelarvutid ja sülearvutid. Patch-antenne kasutatakse ka satelliitsides ja GPS-süsteemides.
Patch-antenni tööpõhimõte
Kui plaastriantenni toidetakse RF-signaaliga, paneb plaastril olev vool kiirgama elektromagnetlaineid. Plaastri kuju ja suurus määravad sageduse, millega antenn resoneerib. Plaaster määrab ka kiirgavate lainete polarisatsiooni, mis võib olla kas lineaarne või ringikujuline.
Substraadi materjal ja paksus mõjutavad ka antenni jõudlust. Paksem substraat toob kaasa madalama resonantssageduse, õhem substraat aga kõrgema sageduse. Substraadi materjali dielektriline konstant mõjutab ka antenni resonantssagedust ja ribalaiust.
Plaastriantennid on tavaliselt ette nähtud töötama kindlal sagedusel, mille määrab plaastri suurus ja kuju. Sagedust saab reguleerida muutes mikroriba etteandeliini pikkust või lisades etteandeliinile häälestusjupi.
Plaastriantennide eelised ja puudused
Eelised
Patch-antennid on väga populaarsed, kuna neid on lihtne valmistada ja neid saab teha väga väikeseks. Need on ka väga mitmekülgsed ja neid saab kasutada mitmesugusteks rakendusteks. Patch-antennid on ka suhteliselt odavad võrreldes muud tüüpi antennidega.
Puudused
Patch-antennide üks peamisi puudusi on see, et need on keskkonna suhtes väga tundlikud. Antenni jõudlust võivad mõjutada ümbritsevad objektid, nagu seinad, mööbel ja isegi inimesed. Patch-antennid on väga tundlikud ka substraadi jaoks kasutatava dielektrilise materjali suhtes. Kui substraadi dielektriline konstant ei ole vastavuses antenni resonantssagedusega, halveneb jõudlus.
Tegurid, mida tuleb plaastriantenni kujundamisel arvestada
Plaastriantenni projekteerimisel tuleb arvestada mitmete teguritega, sealhulgas töösagedus, ribalaius, võimendus, efektiivsus ja kiirgusmuster.
Toimimise sagedus
Töösagedus on kõige olulisem tegur, mida tuleb patch-antenni projekteerimisel arvestada. Plaastri suurus ja kuju määravad sageduse, millega antenn resoneerib. Sagedust saab reguleerida muutes mikroriba etteandeliini pikkust või lisades etteandeliinile häälestusjupi.
Ribalaius
Plaastriantenni ribalaius on sagedusvahemik, mille jooksul antenn tõhusalt töötab. Ribalaius on tavaliselt väga kitsas, suurusjärgus 1% kuni 2%. Seda saab aga suurendada, kasutades paksemat substraati või lisades antennile parasiitelemente.
Kasu
Plaastriantenni võimendus näitab, kui hästi antenn kiirgab või võtab vastu elektromagnetlaineid. Võimendus on tavaliselt väga suur, suurusjärgus 10 dBi kuni 20 dBi. Seda saab aga suurendada, kasutades suuremat plaastrit või lisades antennile reflektori.
Tõhusus
Patch-antenni efektiivsus näitab, kui suur osa sisendvõimsusest muudetakse kiirgusvõimsuseks. Tõhusus on tavaliselt väga kõrge, suurusjärgus 90% kuni 95%. Seda saab aga vähendada, kasutades kadudega substraati või lisades antennile takistusliku koormuse.
Kiirgusmuster
Plaastriantenni kiirgusmuster näitab, kuidas antenn kiirgab või võtab vastu elektromagnetlaineid erinevates suundades. Kiirgusmuster on tavaliselt väga suunav, mis tähendab, et antenn kiirgab või võtab kõige paremini vastu kindlas suunas. Küll aga saab seda muuta igasuunalisemaks, kasutades suuremat plaastrit või lisades antennile helkuri.
Järeldus
Patch-antennid on juhtmevabade seadmete jaoks populaarne valik, kuna neid on lihtne valmistada ja neid saab teha väga väikeseks. Kuid nad on ka väga tundlikud keskkonna suhtes, mis võib mõjutada nende jõudlust. Sisseehitatud antenniga juhtmevaba seadme kavandamisel on oluline arvestada töösagedust, ribalaiust, võimendust, efektiivsust ja kiirgusmustrit. Samuti on oluline valida substraadi materjal, mis on sobitatud antenni resonantssagedusega. Neid tegureid arvesse võttes on võimalik luua sisseehitatud antenniga traadita seade, mis toimib hästi erinevates keskkondades.
