Piirilevyihin upotetut antennit ovat yleinen ratkaisu langattomissa laitteissa. Ne on helppo suunnitella ja valmistaa, ja ne voidaan sijoittaa minne tahansa piirilevylle. Kuitenkin piirilevy-antennit ovat myös erittäin herkkiä ympäristölle, mikä voi vaikuttaa niiden suorituskykyyn. Tässä artikkelissa tarkastellaan sulautettujen FPC- ja PCB-patch-antennien toimintaperiaatteita, niiden etuja ja haittoja sekä mitä tulee ottaa huomioon suunniteltaessa langatonta laitetta, jossa on sulautettu antenni.
Mikä on patch-antenni? Patch-antennin toimintaperiaate Patch-antennien edut ja haitatTekijät, jotka on otettava huomioon suunniteltaessa patch-antennia Päätelmä
Mikä on patch-antenni?
Patch-antenni on eräänlainen antenni, joka koostuu litteästä, suorakaiteen muotoisesta metallista, joka on asennettu alustalle. Substraatti on yleensä valmistettu dielektrisestä materiaalista, kuten FR4 tai Rogers, mikä auttaa eristämään paikan maatasosta. Patch syötetään tyypillisesti mikroliuskajohdolla tai koaksiaalikaapelilla, ja se voi olla joko dipoli tai monopoli.
Patch-antennit ovat erittäin suosittuja, koska ne on helppo valmistaa ja ne voidaan tehdä hyvin pieniksi. Niitä käytetään usein langattomissa laitteissa, kuten matkapuhelimissa, tableteissa ja kannettavissa tietokoneissa. Patch-antenneja käytetään myös satelliittiviestinnässä ja GPS-järjestelmissä.
Patch-antennin toimintaperiaate
Kun patch-antenniin syötetään RF-signaalia, patchissa oleva virta saa patch-antennin säteilemään sähkömagneettisia aaltoja. Patch muoto ja koko määräävät taajuuden, jolla antenni resonoi. Laastari määrittää myös säteilyaaltojen polarisaation, joka voi olla joko lineaarinen tai pyöreä.
Myös alustamateriaali ja paksuus vaikuttavat antennin suorituskykyyn. Paksumpi substraatti johtaa pienempään resonanssitaajuuteen, kun taas ohuempi substraatti johtaa korkeampaan taajuuteen. Substraattimateriaalin dielektrisyysvakio vaikuttaa myös resonanssitaajuuteen ja antennin kaistanleveyteen.
Patch-antennit on tyypillisesti suunniteltu toimimaan tietyllä taajuudella, joka määräytyy paikan koon ja muodon mukaan. Taajuutta voidaan säätää muuttamalla mikroliuskan syöttölinjan pituutta tai lisäämällä syöttölinjaan viritysnapa.
Patch-antennien edut ja haitat
Edut
Patch-antennit ovat erittäin suosittuja, koska ne on helppo valmistaa ja ne voidaan tehdä hyvin pieniksi. Ne ovat myös erittäin monipuolisia ja niitä voidaan käyttää moniin eri sovelluksiin. Patch-antennit ovat myös suhteellisen edullisia muihin antenneihin verrattuna.
Haitat
Yksi patch-antennien suurimmista haitoista on, että ne ovat erittäin herkkiä ympäristölle. Antennin suorituskykyyn voivat vaikuttaa ympäröivät esineet, kuten seinät, huonekalut ja jopa ihmiset. Patch-antennit ovat myös erittäin herkkiä substraatissa käytetylle dielektriselle materiaalille. Jos substraatin dielektrisyysvakio ei sovi antennin resonanssitaajuuteen, suorituskyky heikkenee.
Tekijät, jotka on otettava huomioon suunniteltaessa patch-antennia
Patch-antennia suunniteltaessa on otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien toimintataajuus, kaistanleveys, vahvistus, tehokkuus ja säteilykuvio.
Toiminnan taajuus
Toimintataajuus on tärkein tekijä, joka on otettava huomioon suunniteltaessa patch-antennia. Laastarin koko ja muoto määräävät taajuuden, jolla antenni resonoi. Taajuutta voidaan säätää muuttamalla mikroliuskan syöttölinjan pituutta tai lisäämällä syöttölinjaan viritysnapa.
Kaistanleveys
Patch-antennin kaistanleveys on taajuusalue, jolla antenni toimii tehokkaasti. Kaistanleveys on tyypillisesti hyvin kapea, luokkaa 1-2%. Sitä voidaan kuitenkin lisätä käyttämällä paksumpaa alustaa tai lisäämällä antenniin loiselementtejä.
Saada
Patch-antennin vahvistus on mitta siitä, kuinka hyvin antenni säteilee tai vastaanottaa sähkömagneettisia aaltoja. Vahvistus on tyypillisesti erittäin korkea, luokkaa 10 dBi - 20 dBi. Sitä voidaan kuitenkin lisätä käyttämällä isompaa paikkaa tai lisäämällä heijastin antenniin.
Tehokkuus
Patch-antennin tehokkuus on mitta siitä, kuinka suuri osa tulotehosta muunnetaan säteilytehoksi. Hyötysuhde on tyypillisesti erittäin korkea, luokkaa 90-95%. Sitä voidaan kuitenkin pienentää käyttämällä häviöllistä substraattia tai lisäämällä antennin resistiivistä kuormitusta.
Säteilykuvio
Patch-antennin säteilykuvio on mitta siitä, kuinka antenni säteilee tai vastaanottaa sähkömagneettisia aaltoja eri suuntiin. Säteilykuvio on tyypillisesti hyvin ohjaava, mikä tarkoittaa, että antenni säteilee tai vastaanottaa parhaiten tiettyyn suuntaan. Siitä voidaan kuitenkin tehdä monisuuntaisempi käyttämällä isompaa paikkaa tai lisäämällä antenniin heijastin.
Johtopäätös
Patch-antennit ovat suosittu valinta langattomille laitteille, koska ne on helppo valmistaa ja niistä voidaan tehdä hyvin pieniä. Ne ovat kuitenkin myös erittäin herkkiä ympäristölle, mikä voi vaikuttaa niiden suorituskykyyn. Suunniteltaessa langatonta laitetta, jossa on sisäänrakennettu antenni, on tärkeää ottaa huomioon toimintataajuus, kaistanleveys, vahvistus, tehokkuus ja säteilykuvio. On myös tärkeää valita substraattimateriaali, joka on sovitettu antennin resonanssitaajuuteen. Kun nämä tekijät otetaan huomioon, on mahdollista suunnitella langaton laite, jossa on sisäänrakennettu antenni, joka toimii hyvin erilaisissa ympäristöissä.
