Antennit ovat langattomien viestintäjärjestelmien tärkeitä komponentteja. Ne vastaavat radiosignaalien lähettämisestä ja vastaanottamisesta, joita käytetään erilaisiin sovelluksiin, mukaan lukien Wi-Fi, Bluetooth, matkapuhelinverkot ja satelliittiviestintä. Antennin kaistanleveys on kriittinen parametri, joka määrittää sen suorituskyvyn ja soveltuvuuden tiettyihin sovelluksiin. Tässä artikkelissa tutkitaan strategioita patch -antennien kaistanleveyden lisäämiseksi, joita käytetään laajasti niiden alhaisen profiilin ja valmistuksen helppouden vuoksi.
Patch -antennien ja niiden kaistanleveyden ymmärtäminen kaistanleveyden lisäämisessä kaistanleveyden lisäämiseksi
Patch -antennien ja heidän kaistanleveyden ymmärtäminen
Patch -antennit ovat eräänlainen mikrolaite -antenni, joka koostuu säteilevästä laastarista dielektrisen substraatin toisella puolella ja toisella puolella olevasta maatasosta. Niitä käytetään laajasti langattoissa viestintäjärjestelmissä niiden matalan profiilin, kevyen ja helpon valmistuksen vuoksi. Patch -antennit voidaan suunnitella eri muodoissa, kuten suorakaiteen muotoisia, pyöreitä ja elliptisiä, tiettyjen sovellusten sopimaan.
Patch -antennin kaistanleveys määritellään taajuusalueeksi, jolla antenni toimii tehokkaasti. Se mitataan tyypillisesti erona ylemmän ja alemman taajuuspisteiden välillä, joissa antennin tuottohäviö on suurempi kuin 10 dB. Suurempi kaistanleveys antaa antennin toimia laajemmalla taajuusalueella, mikä on välttämätöntä nykyaikaisissa viestintäjärjestelmissä, jotka vaativat korkeaa tiedonsiirtoa ja tukevat useita taajuuskaistat.
Patch -antennit tunnetaan kapeasta kaistanleveydestään, joka on tyypillisesti alle 5% keskitaajuudesta. Tämä rajoitus johtuu pääasiassa säteilevän laastarin pienestä koosta, mikä johtaa korkealaatuiseen tekijään (Q) ja siten kapeaan kaistanleveyteen. Useat tekijät vaikuttavat laastari -antennien kaistanleveyteen, mukaan lukien dielektrinen substraatti, laastarin koko ja muoto sekä syöttömekanismi.
Haasteet kaistanleveyden lisäämisessä
Patch-antennien kaistanleveyden lisääminen on haastava tehtävä johtuen kaistanleveyden, voiton, tehokkuuden ja koon luontaisten kompromissien vuoksi. Patch -antennien kapea kaistanleveys johtuu pääasiassa niiden korkealaatuisesta tekijästä (Q), joka on antenniin varastoidun energian mitta suhteessa menetettyyn energiaan. Suurempi Q -arvo johtaa kapeampaan kaistanleveyteen, kun taas alempi Q -arvo johtaa laajempaan kaistanleveyteen.
Useat tekijät edistävät patch -antennien korkeaa Q, mukaan lukien dielektrinen substraatti, laastarin koko ja muoto sekä syöttömekanismi. Dielektrisen substraatin valinta on kriittinen, koska se määrittelee antennin tehokkaan dielektrisen vakio- ja häviötangentin. Substraatit, joilla on alhainen häviö Tangentti ja korkea dielektrisyysvakio, ovat parempia, mutta ne johtavat usein pienempiin ja korkeampiin Q.
Laastarin koolla ja muodolla on myös merkittävä rooli kaistanleveyden määrittämisessä. Suuremmissa laastarissa on yleensä alhaisempi Q ja laajempi kaistanleveys, mutta ne ovat vähemmän sopivia pienikokoisiin sovelluksiin. Syöttömekanismi, kuten koaksiaalikoetteri, mikrolinja tai aukon kytkentä, voivat myös vaikuttaa kaistanleveyteen aiheuttamalla lisätappioita ja resonansseja.
Näiden tekijöiden lisäksi useiden laastarien välinen keskinäinen kytkentä taulukon kokoonpanossa voi myös vaikuttaa kaistanleveyteen. Vierekkäisten laastarien välinen vuorovaikutus voi johtaa muutoksiin efektiivisessä dielektrisissä vakiossa ja säteilykuviossa, mikä voi vaikuttaa antenniryhmän yleiseen suorituskykyyn.
Suunnittelustrategiat kaistanleveyden parantamiseksi
Patch -antennien kaistanleveyden parantamiseksi voidaan käyttää useita suunnittelustrategioita. Näihin strategioihin sisältyy paksujen dielektristen substraattien käyttäminen, loisten elementtien sisällyttäminen, aukon kytkentäkäyttöön ja moniresonanttien tekniikoiden käyttämiseen.
Paksujen dielektristen substraattien käyttäminen: Yksi yksinkertaisimmista tavoista lisätä laastariantennin kaistanleveyttä on käyttää paksumpaa dielektristä substraattia. Paksempi substraatti vähentää antennin Q -tekijää, mikä johtaa laajempaan kaistanleveyteen. Tämä lähestymistapa voi kuitenkin johtaa lisääntyneeseen kokoon ja vähentyneeseen tehokkuuteen, mikä ei ehkä sovellu kaikkiin sovelluksiin.
Parasiittisten elementtien sisällyttäminen: Parasiittiset elementit, kuten ohjaajat ja heijastimet, voidaan lisätä laastariantenniin kaistanleveyden parantamiseksi. Nämä elementit eivät ole suoraan kytkettynä syöttölinjaan, vaan ne ovat vuorovaikutuksessa säteilevän laastarin kanssa sähkömagneettisen kytkennän kautta. Suunnittelemalla huolellisesti loisten pituuden ja etäisyyden, antennin kaistanleveyttä voidaan lisätä. Tätä tekniikkaa käytetään yleisesti Yagi-uda-antenneissa, joissa useita ohjaajia käytetään kaistanleveyden ja voiton lisäämiseen.
Aukon kytkentä: Aukon kytkentä on tekniikka, johon sisältyy laastari -antennin syöttäminen maatason raon tai aukon kautta. Tämä menetelmä voi auttaa vähentämään Q -tekijää ja lisäämään antennin kaistanleveyttä. Aukon kytkentä tarjoaa myös paremman eristyksen syöttölinjan ja säteilevän laastarin välillä, mikä voi vähentää ei -toivottua kytkemistä ja parantaa antennin suorituskykyä.
Moniresonanttien tekniikoiden käyttäminen: Moniresonanttitekniikat sisältävät laastari-antennin suunnittelun useiden resonanssitaajuuksien tukemiseksi. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä erilaisten laastarien, kuten pinottujen laastarien tai sulautettujen laastarien, yhdistelmää tai ottamalla käyttöön lisäresonanssielementtejä, kuten rakoja tai lovia, laastariin. Virittämällä resonanssitaajuudet huolellisesti antennin kaistanleveyttä voidaan lisätä. Tätä lähestymistapaa käytetään yleisesti laajakaistaantenneissa, kuten UWB (ultrakaatana) antenneissa, jotka toimivat taajuusalueella 3,1-10,6 GHz.
Toinen tehokas menetelmä laastari-antennien kaistanleveyden lisäämiseksi on käyttää monikerroksista tai pinottua kokoonpanoa. Tässä lähestymistavassa useita laastarit pinotaan pystysuunnassa, erotettuna dielektrisillä substraateilla, joilla on erilaiset lupat. Laastarien ja dielektristen kerrosten välinen vuorovaikutus voi luoda ylimääräisiä resonansseja, mikä johtaa laajempaan kaistanleveyteen. Tämä tekniikka on erityisen hyödyllinen sovelluksissa, jotka vaativat kompakteja antenneja laajalla kaistanleveydellä.
Lisäksi epäyhtenäisten ruokintatekniikoiden käyttö voi myös auttaa lisäämään laastari-antennien kaistanleveyttä. Käyttämällä kapenevaa tai moniosaista syöttölinjaa, syöttölinjan ja antennin välistä impedanssin sovittamista voidaan parantaa laajemmalla taajuusalueella. Tämä lähestymistapa voidaan yhdistää muihin kaistanleveyden parannustekniikoihin, kuten loisten elementteihin tai aukon kytkemiseen, kaistanleveyden saavuttamiseksi.
Johtopäätös
Patch -antennien kaistanleveyden lisääminen on haastava, mutta saavutettavissa oleva tavoite. Käyttämällä erilaisia suunnittelustrategioita, kuten paksujen dielektristen substraattien käyttäminen, loisten elementtien sisällyttäminen, aukkojen kytkentä ja moniresonanttien tekniikoita käyttämällä, laastari-antennien kaistanleveys voidaan parantaa merkittävästi. Näitä tekniikoita voidaan käyttää erikseen tai yhdessä halutun kaistanleveyden saavuttamiseksi tietyille sovelluksille.
On tärkeää huomata, että laastari -antennien kaistanleveyden lisääminen voi tulla muiden suorituskykyparametrien, kuten voittojen, tehokkuuden ja koon, kustannuksella. Siksi hakemuksen erityisvaatimuksiin ja suunnitteluun osallistuviin kompromisseihin olisi harkittava huolellista harkintaa. Tasapainottamalla näitä tekijöitä on mahdollista suunnitella patch -antenneja halutulla kaistanleveydellä ja suorituskykyominaisuuksilla monille langattomille viestintäjärjestelmille.
