نحوه افزایش پهنای باند آنتن پچ

آنتن ها مؤلفه های مهم سیستم های ارتباطی بی سیم هستند. آنها مسئول انتقال و دریافت سیگنال های رادیویی هستند که برای برنامه های مختلف از جمله Wi-Fi ، بلوتوث ، شبکه های سلولی و ارتباطات ماهواره ای استفاده می شود. پهنای باند آنتن یک پارامتر مهم است که عملکرد و مناسب بودن آن را برای برنامه های خاص تعیین می کند. در این مقاله استراتژی هایی برای افزایش پهنای باند آنتن های پچ ، که به دلیل کمبود مشخصات و سهولت ساخت آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد ، مورد بررسی قرار می گیرد.

درک آنتن های پچ و پهنای باند آنها در افزایش استراتژی های پهنای باند برای تقویت پهنای باند کانکسیون

درک آنتن های پچ و پهنای باند آنها

آنتن های پچ نوعی آنتن ریزگرد است که از یک وصله تابش در یک طرف یک بستر دی الکتریک و یک هواپیمای زمینی در طرف دیگر تشکیل شده است. آنها به دلیل کمبود مشخصات ، سبک وزن و سهولت ساخت ، در سیستم های ارتباطی بی سیم مورد استفاده قرار می گیرند. آنتن های پچ را می توان به شکل های مختلفی از جمله مستطیل شکل ، دایره ای و بیضوی طراحی کرد تا متناسب با برنامه های خاص باشد.

پهنای باند آنتن پچ به عنوان دامنه فرکانس که آنتن به طور مؤثر عمل می کند تعریف شده است. این به طور معمول به عنوان تفاوت بین نقاط فرکانس بالا و پایین که از دست دادن بازده آنتن بیشتر از 10 دسی بل است اندازه گیری می شود. پهنای باند بالاتر به آنتن اجازه می دهد تا از طریق طیف وسیع تری از فرکانس ها کار کند ، که برای سیستم های ارتباطی مدرن که به نرخ داده های بالا نیاز دارند و از باند های فرکانس چندگانه پشتیبانی می کنند ، ضروری است.

آنتن های پچ به دلیل پهنای باند باریک خود شناخته شده اند ، که به طور معمول کمتر از 5 ٪ فرکانس مرکز است. این محدودیت در درجه اول به دلیل اندازه کوچک وصله تابش است که منجر به یک عامل با کیفیت بالا (Q) و در نتیجه پهنای باند باریک می شود. عوامل مختلفی بر پهنای باند آنتن های پچ ، از جمله بستر دی الکتریک ، اندازه و شکل پچ و مکانیسم تغذیه تأثیر می گذارد.

چالش های افزایش پهنای باند

افزایش پهنای باند آنتن های پچ به دلیل تجارت ذاتی بین پهنای باند ، افزایش ، کارآیی و اندازه ، یک کار چالش برانگیز است. پهنای باند باریک آنتن های پچ در درجه اول به دلیل فاکتور با کیفیت بالا (Q) است که اندازه گیری انرژی ذخیره شده در آنتن نسبت به انرژی از دست رفته است. مقدار q بالاتر منجر به پهنای باند باریک تر می شود ، در حالی که مقدار Q پایین تر منجر به پهنای باند گسترده تر می شود.

عوامل مختلفی به Q بالا آنتن های پچ ، از جمله بستر دی الکتریک ، اندازه و شکل پچ و مکانیسم تغذیه کمک می کند. انتخاب بستر دی الکتریک بسیار مهم است ، زیرا مماس ثابت دی الکتریک و ضرر آنتن را تعیین می کند. بسترهای دارای ضخامت کم مماس و ثابت دی الکتریک بالا ترجیح داده می شوند ، اما اغلب منجر به اندازه کوچکتر و q بالاتر می شوند.

اندازه و شکل پچ نیز نقش مهمی در تعیین پهنای باند دارد. تکه های بزرگتر تمایل به پایین آمدن Q و پهنای باند گسترده تر دارند ، اما برای برنامه های جمع و جور کمتر مناسب هستند. مکانیسم تغذیه ، مانند کاوشگر کواکسیال ، خط میکرواستریپ یا اتصال دیافراگم نیز می تواند با معرفی تلفات و رزونانس اضافی بر پهنای باند تأثیر بگذارد.

علاوه بر این عوامل ، اتصال متقابل بین چند تکه در یک پیکربندی آرایه نیز می تواند بر پهنای باند تأثیر بگذارد. تعامل بین تکه های مجاور می تواند منجر به تغییر در الگوی ثابت و تابش دی الکتریک مؤثر شود ، که می تواند بر عملکرد کلی آرایه آنتن تأثیر بگذارد.

استراتژی های طراحی برای افزایش پهنای باند

چندین استراتژی طراحی را می توان برای تقویت پهنای باند آنتن های پچ استفاده کرد. این استراتژی ها شامل استفاده از بسترهای دی الکتریک ضخیم ، ترکیب عناصر انگلی ، استفاده از اتصال دیافراگم و استفاده از تکنیک های چند رزونانس است.

با استفاده از بسترهای دی الکتریک ضخیم: یکی از ساده ترین راه ها برای افزایش پهنای باند آنتن پچ استفاده از یک بستر دی الکتریک ضخیم تر است. یک بستر ضخیم تر عامل Q آنتن را کاهش می دهد و در نتیجه پهنای باند گسترده تری ایجاد می شود. با این حال ، این رویکرد ممکن است منجر به افزایش اندازه و کاهش راندمان شود ، که ممکن است برای همه برنامه ها مناسب نباشد.

ترکیب عناصر انگلی: عناصر انگلی مانند کارگردانان و بازتابنده ها می توانند برای تقویت پهنای باند آن به آنتن پچ اضافه شوند. این عناصر به طور مستقیم به خط خوراک وصل نمی شوند بلکه از طریق اتصال الکترومغناطیسی با پچ تابش در تعامل هستند. با طراحی دقیق طول و فاصله عناصر انگلی ، پهنای باند آنتن را می توان افزایش داد. این روش معمولاً در آنتن های Yagi-Uda استفاده می شود ، جایی که از چندین کارگردان برای افزایش پهنای باند و افزایش استفاده می شود.

استفاده از اتصال دیافراگم: جفت دیافراگم تکنیکی است که شامل تغذیه آنتن پچ از طریق شکاف یا دیافراگم در صفحه زمین است. این روش می تواند به کاهش فاکتور Q و افزایش پهنای باند آنتن کمک کند. اتصال دیافراگم همچنین باعث بهبود انزوا بین خط خوراک و پچ تابش می شود که می تواند باعث کاهش جفت ناخواسته و بهبود عملکرد آنتن شود.

با استفاده از تکنیک های چند رزونانس: تکنیک های چند رزونانس شامل طراحی آنتن پچ برای پشتیبانی از فرکانس های رزونانس متعدد است. این امر می تواند با استفاده از ترکیبی از اشکال مختلف پچ ، مانند تکه های انباشته یا تکه های تعبیه شده یا با معرفی عناصر رزونانس اضافی مانند شکافها یا شکافها در پچ حاصل شود. با تنظیم دقیق فرکانس های رزونانس ، می توان پهنای باند آنتن را افزایش داد. این روش معمولاً در آنتن های پهنای باند مانند آنتن های UWB (Ultra-Wideband) استفاده می شود ، که از طریق محدوده فرکانس 3.1 تا 10.6 گیگاهرتز کار می کنند.

روش مؤثر دیگر برای افزایش پهنای باند آنتن های پچ استفاده از پیکربندی چند لایه یا انباشته است. در این روش ، چندین تکه به صورت عمودی انباشته می شوند ، که توسط بسترهای دی الکتریک با مجوزهای مختلف از هم جدا می شوند. تعامل بین تکه ها و لایه های دی الکتریک می تواند رزونانس اضافی ایجاد کند و در نتیجه پهنای باند گسترده تری ایجاد شود. این تکنیک به ویژه برای برنامه هایی که به آنتن های جمع و جور با پهنای باند گسترده نیاز دارند ، مفید است.

علاوه بر این ، استفاده از تکنیک های تغذیه ای غیر یکنواخت همچنین می تواند به افزایش پهنای باند آنتن های پچ کمک کند. با استفاده از یک خط خوراک مخرب یا چند بخش ، تطبیق امپدانس بین خط خوراک و آنتن می تواند در محدوده فرکانس وسیع تری بهبود یابد. این روش می تواند با سایر تکنیک های تقویت پهنای باند ، مانند عناصر انگلی یا اتصال دیافراگم ، برای دستیابی به پهنای باند حتی بیشتر ترکیب شود.

پایان

افزایش پهنای باند آنتن های پچ یک هدف چالش برانگیز اما قابل دستیابی است. با استفاده از استراتژی های مختلف طراحی ، مانند استفاده از بسترهای ضخیم دی الکتریک ، ترکیب عناصر انگلی ، استفاده از اتصال دیافراگم و استفاده از تکنیک های چند رزونانس ، پهنای باند آنتن های پچ را می توان به طور قابل توجهی افزایش داد. این تکنیک ها می توانند به صورت جداگانه یا در ترکیب برای دستیابی به پهنای باند مورد نظر برای برنامه های خاص استفاده شوند.

توجه به این نکته حائز اهمیت است که افزایش پهنای باند آنتن های پچ ممکن است به هزینه سایر پارامترهای عملکرد مانند افزایش ، کارآیی و اندازه باشد. بنابراین ، باید به الزامات خاص برنامه و معاملات مربوط به طراحی توجه داشته باشید. با متعادل کردن این عوامل ، می توان آنتن های پچ را با پهنای باند مورد نظر و ویژگی های عملکرد برای طیف گسترده ای از سیستم های ارتباطی بی سیم طراحی کرد.