Az antennák a vezeték nélküli kommunikációs rendszerek fontos alkotóelemei. Felelősek a rádiójelek továbbításáért és fogadásáért, amelyeket különféle alkalmazásokhoz használnak, ideértve a Wi-Fi-t, a Bluetooth-t, a mobilhálózatokat és a műholdas kommunikációt. Az antenna sávszélessége egy kritikus paraméter, amely meghatározza annak teljesítményét és alkalmasságát az egyes alkalmazásokhoz. Ez a cikk feltárja a patch antennák sávszélességének növelésére szolgáló stratégiákat, amelyeket alacsony profiljuk és könnyű gyártásuk miatt széles körben használnak.
A patch antennák és a sávszélességek megismerése a sávszélesség -okok fokozására szolgáló sávszélesség -stratégiák növelésében
A patch antennák és a sávszélesség megértése
A patch antennák egy olyan típusú mikroszalag -antenna, amely egy dielektromos szubsztrát egyik oldalán egy sugárzó foltból és a másik oldalon alapvető síkból áll. Ezeket a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben széles körben használják alacsony profiljuk, könnyű és könnyű gyártásuk miatt. A patch antennákat különféle formákban lehet megtervezni, például téglalap alakú, kör alakú és elliptikus, hogy megfeleljenek az egyes alkalmazásoknak.
A patch antenna sávszélességét úgy definiálják, mint az antenna hatékonyan működését. Általában azt a különbségként mérik, hogy a felső és az alsó frekvenciapontok között az antenna visszatérési vesztesége meghaladja a 10 dB -t. A magasabb sávszélesség lehetővé teszi az antenna számára, hogy szélesebb frekvenciatartományon működjön, ami elengedhetetlen a modern kommunikációs rendszerekhez, amelyek magas adatsebességet igényelnek és több frekvenciasávot igényelnek.
A patch antennák keskeny sávszélességükről ismertek, amely általában kevesebb, mint a középső frekvencia 5% -a. Ez a korlátozás elsősorban a sugárzó tapasz kis méretének köszönhető, ami kiváló minőségű tényezőt (Q) és következésképpen keskeny sávszélességet eredményez. Számos tényező befolyásolja a patch antennák sávszélességét, beleértve a dielektromos szubsztrátot, a tapasz méretét és alakját, valamint az etetési mechanizmust.
Kihívások a sávszélesség növelésében
A patch antennák sávszélességének növelése kihívást jelentő feladat a sávszélesség, a nyereség, a hatékonyság és a méret közötti velejáró kompromisszumok miatt. A patch antennák keskeny sávszélessége elsősorban kiváló minőségű tényezőjüknek (Q) annak köszönhető, amely az antennában tárolt energia mértéke az elveszett energiához viszonyítva. A magasabb Q érték keskenyebb sávszélességet eredményez, míg az alacsonyabb Q érték szélesebb sávszélességhez vezet.
Számos tényező járul hozzá a patch antennák magas Q -jához, beleértve a dielektromos szubsztrátot, a tapasz méretét és alakját, valamint az etetési mechanizmust. A dielektromos szubsztrát megválasztása kritikus, mivel meghatározza az antenna tényleges dielektromos állandóját és veszteség érintését. Előnyben részesítik az alacsony veszteséget érintő és magas dielektromos állandóval rendelkező szubsztrátokat, de ezek gyakran kisebb méretű és magasabb Q -t eredményeznek.
A tapasz mérete és alakja szintén jelentős szerepet játszik a sávszélesség meghatározásában. A nagyobb foltok általában alacsonyabb Q és szélesebb sávszélességűek, de kevésbé alkalmasak kompakt alkalmazásokra. Az etetési mechanizmus, például a koaxiális szonda, a mikroszalagvonal vagy a rekeszcsatlakozás, további veszteségek és rezonanciák bevezetésével is befolyásolhatja a sávszélességet.
Ezen tényezők mellett a tömbkonfigurációban lévő több folt közötti kölcsönös kapcsolás szintén befolyásolhatja a sávszélességet. A szomszédos foltok közötti kölcsönhatás a tényleges dielektromos állandó és a sugárzási mintázat változásához vezethet, ami befolyásolhatja az antenna tömb teljes teljesítményét.
Tervezési stratégiák a sávszélesség javításához
Számos tervezési stratégiát lehet alkalmazni a patch antennák sávszélességének fokozására. Ezek a stratégiák magukban foglalják a vastag dielektromos szubsztrátok használatát, a parazita elemek beépítését, a rekeszcsatlakozást és a multi-rezonáns technikák alkalmazását.
Vastag dielektromos szubsztrátok használata: A patch antenna sávszélességének növelésének egyik legegyszerűbb módja egy vastagabb dielektromos szubsztrát használata. A vastagabb szubsztrát csökkenti az antenna Q tényezőjét, ami szélesebb sávszélességet eredményez. Ez a megközelítés azonban megnövekedett mérethez és csökkent hatékonysághoz vezethet, ami nem megfelelő minden alkalmazáshoz.
Parazita elemek beépítése: A parazita elemek, például a rendezők és a reflektorok hozzáadhatók a patch antennához, hogy javítsák a sávszélességet. Ezek az elemek nem közvetlenül kapcsolódnak az adagolási vonalhoz, hanem az elektromágneses kapcsolás révén kölcsönhatásba lépnek a sugárzó tapaszhoz. A parazita elemek hosszának és távolságának gondos megtervezésével az antenna sávszélessége megnövekszik. Ezt a technikát általában a Yagi-uda antennákban használják, ahol több rendezőt használnak a sávszélesség és a nyereség növelésére.
A rekeszcsatlakozás alkalmazása: A rekeszcsatlakozás olyan módszer, amely magában foglalja a tapasz antenna etetését egy résen vagy rekeszen keresztül az alapsíkon. Ez a módszer hozzájárulhat a Q faktor csökkentéséhez és az antenna sávszélességének növeléséhez. A rekeszcsatlakozás javított elszigetelést is biztosít a takarmányvezeték és a sugárzó tapasz között, ami csökkentheti a nem kívánt csatolást és javíthatja az antenna teljesítményét.
Több rezonáns technikák használata: A multi-rezonáns technikák magukban foglalják a javítóantenna megtervezését a több rezonancia frekvenciát. Ez érhető el különböző tapaszformák, például egymásra rakott foltok vagy beágyazott foltok kombinációjával, vagy további rezonancia elemek, például résidők vagy bevágások bevezetésével érhető el a javításba. A rezonancia frekvenciák gondos hangolásával az antenna sávszélessége megnövelhető. Ezt a megközelítést általában szélessávú antennákban használják, például az UWB (ultra-széles sávú) antennákban, amelyek 3,1 és 10,6 GHz frekvenciatartományban működnek.
Egy másik hatékony módszer a patch antennák sávszélességének növelésére a többrétegű vagy egymásra rakott konfiguráció használata. Ebben a megközelítésben több foltot vertikálisan rakunk össze, és dielektromos szubsztrátokkal választanak el egymástól, eltérő megengedéssel. A foltok és a dielektromos rétegek közötti kölcsönhatás további rezonanciákat hozhat létre, ami szélesebb sávszélességet eredményez. Ez a technika különösen hasznos a széles sávszélességű kompakt antennákhoz.
Ezenkívül a nem egységes táplálkozási technikák alkalmazása szintén hozzájárulhat a patch antennák sávszélességének növeléséhez. A kúpos vagy többszörös betápláló vonal alkalmazásával a betápláló vonal és az antenna közötti impedancia-illesztés szélesebb frekvenciatartományban javítható. Ez a megközelítés kombinálható más sávszélesség -fokozási technikákkal, például parazita elemekkel vagy rekeszcsatlakozással, hogy még nagyobb sávszélességet érjen el.
Következtetés
A patch antennák sávszélességének növelése kihívást jelentő, de elérhető cél. Különböző tervezési stratégiák alkalmazásával, például vastag dielektromos szubsztrátok alkalmazásával, parazita elemek beépítésével, rekeszcsatlakozás alkalmazásával és multi-rezonáns technikák alkalmazásával, a patch antennák sávszélessége jelentősen javítható. Ezek a technikák külön -külön vagy kombinációban használhatók a kívánt sávszélesség eléréséhez az adott alkalmazásokhoz.
Fontos megjegyezni, hogy a patch antennák sávszélességének növelése más teljesítményparaméterek, például nyereség, hatékonyság és méret költségén állhat. Ezért alaposan figyelembe kell venni a kérelem konkrét követelményeit és a tervezésben részt vevő kompromisszumokat. Ezeknek a tényezőknek a kiegyensúlyozásával megtervezhető a patch antennák a kívánt sávszélességgel és a teljesítményjellemzőkkel a vezeték nélküli kommunikációs rendszerek széles skálájához.
