Werkingsprincipes van FPC en PCB ingebedde patchantennes

Ingebouwde antennes in PCB's zijn een veel voorkomende oplossing in draadloze apparaten. Ze zijn eenvoudig te ontwerpen en te vervaardigen en kunnen overal op de printplaat worden geplaatst. PCB-ingebedde antennes zijn echter ook erg gevoelig voor de omgeving, wat hun prestaties kan beïnvloeden. In dit artikel worden de werkingsprincipes van FPC- en PCB-ingebedde patchantennes onderzocht, hun voor- en nadelen, en waar u rekening mee moet houden bij het ontwerpen van een draadloos apparaat met een ingebouwde antenne.

Wat is een patchantenne? Werkingsprincipe van een patchantenneVoor- en nadelen van patchantennesFactoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van een patchantenneConclusie

Wat is een patchantenne?

Een patchantenne is een type antenne dat bestaat uit een platte, rechthoekige metalen patch die op een substraat is gemonteerd. Het substraat is meestal gemaakt van een diëlektrisch materiaal, zoals FR4 of Rogers, dat helpt de patch te isoleren van het aardvlak. De patch wordt doorgaans gevoed door een microstriplijn of een coaxkabel, en kan een dipool of een monopool zijn.

Patchantennes zijn erg populair omdat ze eenvoudig te vervaardigen zijn en zeer klein gemaakt kunnen worden. Ze worden vaak gebruikt in draadloze apparaten, zoals mobiele telefoons, tablets en laptops. Patchantennes worden ook gebruikt in satellietcommunicatie- en GPS-systemen.

Werkingsprincipe van een patchantenne

Wanneer een patchantenne wordt gevoed met een RF-signaal, zorgt de stroom op de patch ervoor dat de patch elektromagnetische golven uitstraalt. De vorm en grootte van de patch bepalen de frequentie waarop de antenne zal resoneren. De patch bepaalt ook de polarisatie van de uitgestraalde golven, die lineair of circulair kunnen zijn.

Het substraatmateriaal en de dikte hebben ook invloed op de prestaties van de antenne. Een dikker substraat zal resulteren in een lagere resonantiefrequentie, terwijl een dunner substraat zal resulteren in een hogere frequentie. De diëlektrische constante van het substraatmateriaal zal ook de resonantiefrequentie en de bandbreedte van de antenne beïnvloeden.

Patchantennes zijn doorgaans ontworpen om op een specifieke frequentie te werken, die wordt bepaald door de grootte en vorm van de patch. De frequentie kan worden aangepast door de lengte van de microstrip-toevoerlijn te veranderen of door een afstemstub aan de toevoerlijn toe te voegen.

Voor- en nadelen van patchantennes

Voordelen

Patchantennes zijn erg populair omdat ze eenvoudig te vervaardigen zijn en zeer klein gemaakt kunnen worden. Ze zijn ook zeer veelzijdig en kunnen voor verschillende toepassingen worden gebruikt. Patchantennes zijn ook relatief goedkoop in vergelijking met andere soorten antennes.

Nadelen

Een van de belangrijkste nadelen van patchantennes is dat ze erg gevoelig zijn voor de omgeving. De prestaties van de antenne kunnen worden beïnvloed door omringende objecten, zoals muren, meubels en zelfs mensen. Patchantennes zijn ook erg gevoelig voor het diëlektrische materiaal dat voor het substraat wordt gebruikt. Als de diëlektrische constante van het substraat niet overeenkomt met de resonantiefrequentie van de antenne, zullen de prestaties verslechteren.

Factoren waarmee u rekening moet houden bij het ontwerpen van een patchantenne

Er zijn een aantal factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van een patchantenne, waaronder de werkingsfrequentie, de bandbreedte, de versterking, de efficiëntie en het stralingspatroon.

Frequentie van gebruik

De werkingsfrequentie is de belangrijkste factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van een patchantenne. De grootte en vorm van de patch bepalen de frequentie waarop de antenne zal resoneren. De frequentie kan worden aangepast door de lengte van de microstrip-toevoerlijn te veranderen of door een afstemstub aan de toevoerlijn toe te voegen.

Bandbreedte

De bandbreedte van een patchantenne is het frequentiebereik waarover de antenne effectief zal werken. De bandbreedte is doorgaans erg smal, in de orde van 1% tot 2%. Het kan echter worden vergroot door een dikker substraat te gebruiken of door parasitaire elementen aan de antenne toe te voegen.

Verdienen

De versterking van een patchantenne is een maatstaf voor hoe goed de antenne elektromagnetische golven zal uitstralen of ontvangen. De versterking is doorgaans erg hoog, in de orde van 10 dBi tot 20 dBi. Het kan echter worden vergroot door een grotere patch te gebruiken of door een reflector aan de antenne toe te voegen.

Efficiëntie

De efficiëntie van een patchantenne is een maatstaf voor hoeveel van het ingangsvermogen wordt omgezet in uitgestraald vermogen. De efficiëntie is doorgaans zeer hoog, in de orde van 90% tot 95%. Deze kan echter worden verminderd door gebruik te maken van een substraat met verlies of door resistieve belasting aan de antenne toe te voegen.

Stralingspatroon

Het stralingspatroon van een patchantenne is een maatstaf voor hoe de antenne elektromagnetische golven in verschillende richtingen zal uitstralen of ontvangen. Het stralingspatroon is doorgaans zeer directief, wat betekent dat de antenne het beste in een specifieke richting zal uitstralen of ontvangen. Het kan echter meer omnidirectioneel worden gemaakt door een grotere patch te gebruiken of door een reflector aan de antenne toe te voegen.

Conclusie

Patchantennes zijn een populaire keuze voor draadloze apparaten, omdat ze eenvoudig te vervaardigen en zeer klein te maken zijn. Ze zijn echter ook erg gevoelig voor de omgeving, wat hun prestaties kan beïnvloeden. Bij het ontwerpen van een draadloos apparaat met een ingebouwde antenne is het belangrijk om rekening te houden met de werkingsfrequentie, de bandbreedte, de versterking, de efficiëntie en het stralingspatroon. Ook is het belangrijk om een ​​substraatmateriaal te kiezen dat is afgestemd op de resonantiefrequentie van de antenne. Door met deze factoren rekening te houden, is het mogelijk een draadloos apparaat met een ingebouwde antenne te ontwerpen dat goed presteert in verschillende omgevingen.