Principi rada FPC i PCB ugrađenih patch antena

Ugrađene antene u PCB-u uobičajeno su rješenje u bežičnim uređajima. Lako ih je dizajnirati i proizvesti i mogu se postaviti bilo gdje na PCB. Međutim, PCB ugrađene antene također su vrlo osjetljive na okoliš, što može utjecati na njihovu izvedbu. Ovaj članak će istražiti načela rada FPC i PCB ugrađenih patch antena, njihove prednosti i nedostatke te što treba uzeti u obzir pri projektiranju bežičnog uređaja s ugrađenom antenom.

Što je patch antena? Princip rada patch antene. Prednosti i nedostaci patch antena Čimbenici koje treba uzeti u obzir pri projektiranju patch antene Zaključak

Što je patch antena?

Patch antena je vrsta antene koja se sastoji od ravnog, pravokutnog metalnog patcha postavljenog na podlogu. Supstrat je obično izrađen od dielektričnog materijala, kao što je FR4 ili Rogers, koji pomaže u izolaciji zakrpe od uzemljene ravnine. Patch se obično napaja mikrotrakastom linijom ili koaksijalnim kabelom, a može biti ili dipol ili monopol.

Patch antene su vrlo popularne jer su jednostavne za proizvodnju i mogu se napraviti vrlo male. Često se koriste u bežičnim uređajima, poput mobitela, tableta i prijenosnih računala. Patch antene također se koriste u satelitskim komunikacijama i GPS sustavima.

Princip rada patch antene

Kada se patch antena napaja RF signalom, struja na patchu uzrokuje da patch zrači elektromagnetske valove. Oblik i veličina zakrpe određuju frekvenciju na kojoj će antena rezonirati. Flaster također određuje polarizaciju izračenih valova, koja može biti linearna ili kružna.

Materijal i debljina podloge također utječu na performanse antene. Deblji supstrat rezultirat će nižom rezonantnom frekvencijom, dok će tanji supstrat rezultirati višom frekvencijom. Dielektrična konstanta materijala supstrata također će utjecati na rezonantnu frekvenciju i širinu pojasa antene.

Patch antene su obično dizajnirane za rad na određenoj frekvenciji, koja je određena veličinom i oblikom patcha. Frekvencija se može podesiti promjenom duljine mikrotrakaste dovodne linije ili dodavanjem priključka za ugađanje dovodnoj liniji.

Prednosti i nedostaci patch antena

Prednosti

Patch antene su vrlo popularne jer su jednostavne za proizvodnju i mogu se napraviti vrlo male. Također su vrlo svestrani i mogu se koristiti za razne primjene. Patch antene su također relativno jeftine u usporedbi s drugim vrstama antena.

Nedostaci

Jedan od glavnih nedostataka patch antena je da su vrlo osjetljive na okoliš. Na performanse antene mogu utjecati okolni objekti, kao što su zidovi, namještaj, pa čak i ljudi. Patch antene također su vrlo osjetljive na dielektrični materijal koji se koristi za supstrat. Ako dielektrična konstanta supstrata nije usklađena s rezonantnom frekvencijom antene, učinak će biti smanjen.

Čimbenici koje treba uzeti u obzir pri projektiranju patch antene

Postoji niz čimbenika koje treba uzeti u obzir pri projektiranju patch antene, uključujući frekvenciju rada, propusnost, pojačanje, učinkovitost i uzorak zračenja.

Učestalost rada

Učestalost rada najvažniji je čimbenik koji treba uzeti u obzir pri projektiranju patch antene. Veličina i oblik zakrpe odredit će frekvenciju na kojoj će antena rezonirati. Frekvencija se može podesiti promjenom duljine mikrotrakaste dovodne linije ili dodavanjem priključka za ugađanje dovodnoj liniji.

Širina pojasa

Širina pojasa patch antene je raspon frekvencija na kojima će antena učinkovito raditi. Širina pojasa je obično vrlo uzak, reda veličine od 1% do 2%. Međutim, može se povećati korištenjem deblje podloge ili dodavanjem parazitnih elemenata na antenu.

dobitak

Dobitak patch antene mjera je toga koliko dobro će antena zračiti ili primati elektromagnetske valove. Dobitak je obično vrlo visok, reda veličine od 10 dBi do 20 dBi. Međutim, može se povećati upotrebom veće zakrpe ili dodavanjem reflektora na antenu.

Učinkovitost

Učinkovitost patch antene mjera je koliko se ulazne snage pretvara u snagu zračenja. Učinkovitost je obično vrlo visoka, reda veličine od 90% do 95%. Međutim, može se smanjiti korištenjem supstrata s gubicima ili dodavanjem otpornog opterećenja na antenu.

Uzorak zračenja

Uzorak zračenja patch antene mjera je načina na koji će antena zračiti ili primati elektromagnetske valove u različitim smjerovima. Uzorak zračenja obično je vrlo usmjeren, što znači da će antena najbolje zračiti ili primati u određenom smjeru. Međutim, može se učiniti višesmjernim korištenjem većeg dijela ili dodavanjem reflektora na antenu.

Zaključak

Prespojne antene popularan su izbor za bežične uređaje jer ih je lako proizvesti i mogu se napraviti vrlo male. Međutim, oni su također vrlo osjetljivi na okoliš, što može utjecati na njihovu izvedbu. Prilikom projektiranja bežičnog uređaja s ugrađenom antenom, važno je uzeti u obzir frekvenciju rada, propusnost, pojačanje, učinkovitost i uzorak zračenja. Također je važno odabrati materijal supstrata koji odgovara rezonantnoj frekvenciji antene. Uzimajući u obzir ove faktore, moguće je dizajnirati bežični uređaj s ugrađenom antenom koji će dobro funkcionirati u različitim okruženjima.