آنتن های تعبیه شده در PCB ها یک راه حل رایج در دستگاه های بی سیم است. طراحی و ساخت آنها آسان است و می توان آنها را در هر نقطه از PCB قرار داد. با این حال، آنتن های تعبیه شده PCB نیز نسبت به محیط بسیار حساس هستند که می تواند بر عملکرد آنها تأثیر بگذارد. در این مقاله اصول کار آنتنهای پچ تعبیهشده FPC و PCB، مزایا و معایب آنها و مواردی که هنگام طراحی یک دستگاه بیسیم با آنتن تعبیهشده باید در نظر گرفته شود، بررسی میشود.
آنتن پچ چیست؟ اصل کار آنتن پچ مزایا و معایب آنتن پچ عواملی که در طراحی آنتن پچ باید در نظر گرفت نتیجه گیری
پچ آنتن چیست؟
پچ آنتن نوعی آنتن است که از یک وصله فلزی مستطیلی و مسطح تشکیل شده است که بر روی یک زیرلایه نصب شده است. بستر معمولاً از مواد دی الکتریک مانند FR4 یا Rogers ساخته می شود که به جداسازی وصله از سطح زمین کمک می کند. این وصله معمولاً توسط یک خط میکرو نوار یا یک کابل کواکسیال تغذیه می شود و می تواند دوقطبی یا تک قطبی باشد.
آنتن های پچ بسیار محبوب هستند زیرا ساخت آنها آسان است و می توان آنها را بسیار کوچک ساخت. آنها اغلب در دستگاه های بی سیم مانند تلفن های همراه، تبلت ها و لپ تاپ ها استفاده می شوند. از آنتن های پچ نیز در ارتباطات ماهواره ای و سیستم های GPS استفاده می شود.
اصل کار یک آنتن پچ
هنگامی که یک آنتن پچ با سیگنال RF تغذیه می شود، جریان روی پچ باعث می شود که پچ امواج الکترومغناطیسی را ساطع کند. شکل و اندازه پچ فرکانس طنین انداز آنتن را تعیین می کند. پچ همچنین قطبش امواج تابش شده را تعیین می کند که می تواند خطی یا دایره ای باشد.
مواد و ضخامت بستر نیز بر عملکرد آنتن تأثیر می گذارد. یک بستر ضخیم تر باعث فرکانس تشدید کمتری می شود، در حالی که یک بستر نازک تر باعث فرکانس بالاتر می شود. ثابت دی الکتریک مواد زیرلایه نیز بر فرکانس تشدید و پهنای باند آنتن تأثیر می گذارد.
آنتنهای پچ معمولاً برای کار در فرکانس خاصی طراحی میشوند که بر اساس اندازه و شکل پچ تعیین میشود. فرکانس را می توان با تغییر طول خط تغذیه میکرواستریپ یا با افزودن یک خرد تنظیم به خط تغذیه تنظیم کرد.
مزایا و معایب آنتن های پچ
مزایا
آنتن های پچ بسیار محبوب هستند زیرا ساخت آنها آسان است و می توان آنها را بسیار کوچک ساخت. آنها همچنین بسیار متنوع هستند و می توانند برای برنامه های مختلف استفاده شوند. آنتن های پچ نیز در مقایسه با انواع دیگر آنتن ها نسبتا ارزان هستند.
معایب
یکی از معایب اصلی آنتن های پچ حساس بودن آنها به محیط است. عملکرد آنتن می تواند تحت تأثیر اشیاء اطراف مانند دیوارها، مبلمان و حتی افراد قرار گیرد. آنتن های پچ نیز به مواد دی الکتریک مورد استفاده برای زیرلایه بسیار حساس هستند. اگر ثابت دی الکتریک زیرلایه با فرکانس تشدید آنتن مطابقت نداشته باشد، عملکرد کاهش می یابد.
فاکتورهایی که باید در طراحی آنتن پچ در نظر گرفت
در طراحی آنتن پچ فاکتورهای زیادی وجود دارد که شامل فرکانس کارکرد، پهنای باند، بهره، بازده و الگوی تابش می شود.
فرکانس عملیات
فرکانس عملکرد مهمترین عاملی است که در طراحی آنتن پچ باید در نظر گرفته شود. اندازه و شکل پچ فرکانس طنین انداز آنتن را تعیین می کند. فرکانس را می توان با تغییر طول خط تغذیه میکرواستریپ یا با افزودن یک خرد تنظیم به خط تغذیه تنظیم کرد.
پهنای باند
پهنای باند یک آنتن پچ محدوده فرکانس هایی است که آنتن به طور موثر بر روی آن کار می کند. پهنای باند معمولاً بسیار باریک است، در حدود 1٪ تا 2٪. با این حال، می توان آن را با استفاده از یک بستر ضخیم تر یا با افزودن عناصر انگلی به آنتن افزایش داد.
به دست آوردن
بهره آنتن پچ معیاری است که نشان می دهد آنتن چقدر امواج الکترومغناطیسی را تابش یا دریافت می کند. بهره معمولاً بسیار زیاد است، در حدود 10 dBi تا 20 dBi. با این حال، می توان آن را با استفاده از یک پچ بزرگتر یا با افزودن یک بازتابنده به آنتن افزایش داد.
کارایی
کارایی یک آنتن پچ معیاری است که نشان می دهد چه مقدار از توان ورودی به توان تابشی تبدیل می شود. راندمان معمولاً بسیار بالا است، در حدود 90٪ تا 95٪. با این حال، می توان آن را با استفاده از یک بستر با اتلاف یا با اضافه کردن بار مقاومتی به آنتن کاهش داد.
الگوی تشعشع
الگوی تشعشع یک آنتن پچ معیاری است که نشان می دهد چگونه آنتن امواج الکترومغناطیسی را در جهات مختلف تابش یا دریافت می کند. الگوی تشعشع معمولاً بسیار هدایت کننده است، به این معنی که آنتن در یک جهت خاص تابش یا دریافت می کند. با این حال، می توان آن را با استفاده از یک پچ بزرگتر یا با افزودن یک بازتابنده به آنتن، همه جانبه تر کرد.
نتیجه گیری
آنتنهای پچ یک انتخاب محبوب برای دستگاههای بیسیم هستند زیرا ساخت آنها آسان است و میتوان آنها را بسیار کوچک ساخت. با این حال آنها نسبت به محیط نیز بسیار حساس هستند که می تواند بر عملکرد آنها تأثیر بگذارد. هنگام طراحی یک دستگاه بی سیم با آنتن تعبیه شده، مهم است که فرکانس عملکرد، پهنای باند، بهره، بازده و الگوی تابش را در نظر بگیرید. همچنین مهم است که مواد زیرلایه ای را انتخاب کنید که با فرکانس تشدید آنتن مطابقت داشته باشد. با در نظر گرفتن این عوامل می توان یک دستگاه بی سیم با آنتن تعبیه شده طراحی کرد که در محیط های مختلف عملکرد خوبی داشته باشد.
