A PCB-kbe beágyazott antennák általános megoldást jelentenek a vezeték nélküli eszközökben. Könnyen megtervezhetők és gyárthatók, és bárhol elhelyezhetők a PCB-n. A PCB-be ágyazott antennák azonban nagyon érzékenyek a környezetre is, ami befolyásolhatja a teljesítményüket. Ez a cikk megvizsgálja az FPC és PCB beágyazott patch antennák működési elveit, előnyeiket és hátrányaikat, valamint azt, hogy mit kell figyelembe venni beágyazott antennával rendelkező vezeték nélküli eszköz tervezésekor.
Mi az a patch antenna?A patch antenna működési elveA patch antennák előnyei és hátrányai A patch antenna tervezésénél figyelembe veendő tényezők Következtetés
Mi az a patch antenna?
A patch antenna egy olyan antenna, amely egy hordozóra szerelt lapos, téglalap alakú fém patchból áll. A hordozó általában dielektromos anyagból, például FR4-ből vagy Rogers-ből készül, ami segít elszigetelni a foltot az alaplaptól. A foltot jellemzően mikroszalagos vezeték vagy koaxiális kábel táplálja, és lehet dipólus vagy monopólus.
A patch antennák nagyon népszerűek, mert könnyen gyárthatók és nagyon kicsire is tehetők. Gyakran használják vezeték nélküli eszközökben, például mobiltelefonokban, táblagépekben és laptopokban. A patch-antennákat a műholdas kommunikációban és a GPS-rendszerekben is használják.
A patch antenna működési elve
Amikor egy patch antennát RF jellel táplálnak, a patch árama elektromágneses hullámokat sugároz ki. A folt alakja és mérete határozza meg, hogy az antenna milyen frekvencián fog rezonálni. A patch meghatározza a kisugárzott hullámok polarizációját is, amely lehet lineáris vagy kör alakú.
A hordozó anyaga és vastagsága is befolyásolja az antenna teljesítményét. A vastagabb hordozó alacsonyabb rezonanciafrekvenciát, míg a vékonyabb hordozó magasabb frekvenciát eredményez. A hordozóanyag dielektromos állandója szintén befolyásolja a rezonanciafrekvenciát és az antenna sávszélességét.
A patch antennákat általában úgy tervezték, hogy meghatározott frekvencián működjenek, amelyet a patch mérete és alakja határoz meg. A frekvencia módosítható a mikroszalag adagolóvezeték hosszának változtatásával vagy egy hangolócsonk hozzáadásával az adagolóvezetékhez.
A patch antennák előnyei és hátrányai
Előnyök
A patch antennák nagyon népszerűek, mert könnyen gyárthatók és nagyon kicsire is tehetők. Ezenkívül nagyon sokoldalúak és sokféle alkalmazásra használhatók. A patch antennák is viszonylag olcsók más típusú antennákhoz képest.
Hátrányok
A patch antennák egyik fő hátránya, hogy nagyon érzékenyek a környezetre. Az antenna teljesítményét befolyásolhatják a környező tárgyak, például falak, bútorok, sőt emberek is. A patch antennák nagyon érzékenyek a hordozóhoz használt dielektromos anyagra is. Ha a hordozó dielektromos állandója nem illeszkedik az antenna rezonanciafrekvenciájához, a teljesítmény leromlik.
Tényezők, amelyeket figyelembe kell venni a patch antenna tervezésekor
A patch antenna tervezésekor számos tényezőt figyelembe kell venni, beleértve a működési frekvenciát, a sávszélességet, az erősítést, a hatékonyságot és a sugárzási mintát.
Működési gyakoriság
A működési gyakoriság a legfontosabb tényező, amelyet figyelembe kell venni a patch antenna tervezésekor. A folt mérete és alakja határozza meg, hogy az antenna milyen frekvencián fog rezonálni. A frekvencia módosítható a mikroszalag adagolóvezeték hosszának változtatásával vagy egy hangolócsonk hozzáadásával az adagolóvezetékhez.
Sávszélesség
A patch antenna sávszélessége az a frekvenciatartomány, amelyen az antenna hatékonyan fog működni. A sávszélesség jellemzően nagyon szűk, 1% és 2% közötti nagyságrendű. Ez azonban növelhető vastagabb hordozó használatával vagy parazita elemek hozzáadásával az antennához.
Nyereség
A patch antenna erősítése annak mértéke, hogy az antenna milyen jól sugároz vagy fogadja az elektromágneses hullámokat. Az erősítés jellemzően nagyon magas, 10 dBi és 20 dBi közötti nagyságrendű. Ez azonban növelhető egy nagyobb patch használatával, vagy egy reflektor hozzáadásával az antennához.
Hatékonyság
A patch antenna hatékonysága annak mértéke, hogy a bemeneti teljesítmény mennyit alakítanak át kisugárzott teljesítménygé. A hatásfok jellemzően nagyon magas, 90-95% nagyságrendű. Ez azonban csökkenthető veszteséges hordozó használatával vagy az antenna rezisztív terhelésének hozzáadásával.
Sugárzási minta
A patch antenna sugárzási mintája annak mértéke, hogy az antenna hogyan sugároz vagy fogad különböző irányú elektromágneses hullámokat. A sugárzási mintázat jellemzően nagyon direktív, ami azt jelenti, hogy az antenna egy adott irányba fog a legjobban sugározni vagy fogadni. Azonban egy nagyobb patch használatával, vagy egy reflektor hozzáadásával az antenna mindenirányúsá tehető.
Következtetés
A patch antennák népszerű választás a vezeték nélküli eszközökhöz, mivel könnyen gyárthatók, és nagyon kicsire is tehetők. Ugyanakkor nagyon érzékenyek a környezetre is, ami befolyásolhatja teljesítményüket. A beágyazott antennával rendelkező vezeték nélküli eszköz tervezésénél fontos figyelembe venni a működési frekvenciát, a sávszélességet, az erősítést, a hatékonyságot és a sugárzási mintát. Fontos az is, hogy olyan hordozóanyagot válasszunk, amely illeszkedik az antenna rezonanciafrekvenciájához. Ezen tényezők figyelembe vételével beépített antennával rendelkező vezeték nélküli eszköz tervezhető, amely számos környezetben jól működik.
