Antenner er viktige komponenter i trådløse kommunikasjonssystemer. De er ansvarlige for å overføre og motta radiosignaler, som brukes til forskjellige applikasjoner, inkludert Wi-Fi, Bluetooth, cellulære nettverk og satellittkommunikasjon. Båndbredden til en antenne er en kritisk parameter som bestemmer ytelsen og egnetheten for spesifikke applikasjoner. Denne artikkelen vil utforske strategier for å øke båndbredden til patchantenner, som er mye brukt på grunn av deres lave profil og enkel fabrikasjon.
Forstå patchantenner og deres båndbredde til å øke båndbredde -designstrategier for å forbedre båndbreddekonklusjonen
Forstå lappantenner og deres båndbredde
Patchantenner er en type mikrostripantenne som består av en utstrålende lapp på den ene siden av et dielektrisk underlag og et bakkeplan på den andre siden. De er mye brukt i trådløse kommunikasjonssystemer på grunn av deres lave profil, lette og enkle fabrikasjoner. Patchantenner kan utformes i forskjellige former, for eksempel rektangulære, sirkulære og elliptiske, for å passe til spesifikke applikasjoner.
Båndbredden til en lappantenne er definert som frekvensområdet som antennen opererer effektivt. Det måles vanligvis som forskjellen mellom øvre og nedre frekvenspunkter hvor antennens avkastningstap er større enn 10 dB. En høyere båndbredde gjør at antennen kan fungere over et bredere spekter av frekvenser, noe som er viktig for moderne kommunikasjonssystemer som krever høye datahastigheter og støtter flere frekvensbånd.
Lappantenner er kjent for sin smale båndbredde, som vanligvis er mindre enn 5% av midtfrekvensen. Denne begrensningen skyldes først og fremst den lille størrelsen på den utstrålende lappen, noe som resulterer i en faktor av høy kvalitet (Q) og følgelig smal båndbredde. Flere faktorer påvirker båndbredden til lappantenner, inkludert det dielektriske underlaget, lappens størrelse og form og fôringsmekanismen.
Utfordringer med å øke båndbredden
Å øke båndbredden til lappantenner er en utfordrende oppgave på grunn av de iboende avveiningene mellom båndbredde, gevinst, effektivitet og størrelse. Den smale båndbredden til lappantenner skyldes først og fremst deres høykvalitetsfaktor (Q), som er et mål på energien som er lagret i antennen i forhold til energien som går tapt. En høyere Q -verdi resulterer i smalere båndbredde, mens en lavere Q -verdi fører til bredere båndbredde.
Flere faktorer bidrar til den høye Q av lappantenner, inkludert det dielektriske underlaget, lappens størrelse og form og fôringsmekanismen. Valget av dielektrisk underlag er kritisk, ettersom det bestemmer den effektive dielektriske konstanten og tapet av antennen. Substrater med lavt tap tangent og høy dielektrisk konstant er å foretrekke, men de resulterer ofte i mindre størrelse og høyere Q.
Størrelsen og formen på lappen spiller også en betydelig rolle i å bestemme båndbredden. Større lapper har en tendens til å ha lavere Q og bredere båndbredde, men de er mindre egnet for kompakte applikasjoner. Fôringsmekanismen, for eksempel koaksial sonde, mikrostripelinje eller blenderåpningskobling, kan også påvirke båndbredden ved å innføre ytterligere tap og resonanser.
I tillegg til disse faktorene, kan den gjensidige koblingen mellom flere lapper i en array -konfigurasjon også påvirke båndbredden. Samspillet mellom tilstøtende lapper kan føre til endringer i det effektive dielektriske konstanten og strålingsmønsteret, noe som kan påvirke den generelle ytelsen til antenne -arrayen.
Designstrategier for å forbedre båndbredden
Flere designstrategier kan brukes for å forbedre båndbredden til lappantenner. Disse strategiene inkluderer bruk av tykke dielektriske underlag, inkorporerer parasittiske elementer, bruker blenderkobling og bruk av multironantteknikker.
Ved hjelp av tykke dielektriske underlag: En av de enkleste måtene å øke båndbredden til en lappantenne er å bruke et tykkere dielektrisk underlag. Et tykkere underlag reduserer q -faktoren til antennen, noe som resulterer i bredere båndbredde. Imidlertid kan denne tilnærmingen føre til økt størrelse og redusert effektivitet, som kanskje ikke er egnet for alle applikasjoner.
Innlemme parasittiske elementer: Parasittiske elementer, for eksempel regissører og reflekser, kan legges til lappantennen for å forbedre båndbredden. Disse elementene er ikke direkte koblet til fôringslinjen, men samhandler med den utstrålende lappen gjennom elektromagnetisk kobling. Ved å designe lengden og avstanden til de parasittiske elementene nøye, kan båndbredden til antennen økes. Denne teknikken brukes ofte i Yagi-Uda-antenner, der flere styremedlemmer brukes til å øke båndbredden og forsterkningen.
Bruk av blenderåpning: blenderåpning er en teknikk som innebærer å mate lappantennen gjennom en spor eller blenderåpning i bakkeplanet. Denne metoden kan bidra til å redusere Q -faktoren og øke båndbredden til antennen. Blenderåpningskobling gir også forbedret isolasjon mellom fôrlinjen og den utstrålende lappen, som kan redusere uønsket kobling og forbedre antennens ytelse.
Bruke multironantteknikker: Multiresonant-teknikker involverer å designe patchantennen for å støtte flere resonansfrekvenser. Dette kan oppnås ved å bruke en kombinasjon av forskjellige lappformer, for eksempel stablede lapper eller innebygde lapper, eller ved å introdusere flere resonanselementer, for eksempel spor eller hakk, i lappen. Ved å stille inn resonansfrekvensene nøye, kan båndbredden til antennen økes. Denne tilnærmingen brukes ofte i bredbåndantenner, for eksempel UWB (Ultra-Wideband) -antenner, som fungerer over et frekvensområde fra 3,1 til 10,6 GHz.
En annen effektiv metode for å øke båndbredden til patchantenner er å bruke en flerlags eller stablet konfigurasjon. I denne tilnærmingen er flere lapper stablet vertikalt, atskilt med dielektriske underlag med forskjellige permittiviteter. Samspillet mellom lappene og de dielektriske lagene kan skape ytterligere resonanser, noe som resulterer i bredere båndbredde. Denne teknikken er spesielt nyttig for applikasjoner som krever kompakte antenner med bred båndbredde.
I tillegg kan bruk av ikke-ensartede fôringsteknikker også bidra til å øke båndbredden til lappantenner. Ved å bruke en avsmalnet eller flerseksjonsfôrlinje, kan impedansmatchingen mellom fôrlinjen og antennen forbedres over et bredere frekvensområde. Denne tilnærmingen kan kombineres med andre båndbreddeforbedringsteknikker, for eksempel parasittiske elementer eller blenderåpningskobling, for å oppnå enda større båndbredde.
Konklusjon
Å øke båndbredden til lappantenner er et utfordrende, men oppnåelig mål. Ved å benytte forskjellige designstrategier, for eksempel å bruke tykke dielektriske underlag, inkorporere parasittiske elementer, bruke blenderåpningskobling og bruke multiresonantteknikker, kan båndbredden til patchantenner forbedres betydelig. Disse teknikkene kan brukes individuelt eller i kombinasjon for å oppnå ønsket båndbredde for spesifikke applikasjoner.
Det er viktig å merke seg at å øke båndbredden til lappantenner kan komme på bekostning av andre ytelsesparametere, for eksempel forsterkning, effektivitet og størrelse. Derfor bør det tas nøye hensyn til de spesifikke kravene i applikasjonen og avveiningene som er involvert i designen. Ved å balansere disse faktorene er det mulig å designe lappantenner med ønsket båndbredde og ytelsesegenskaper for et bredt spekter av trådløse kommunikasjonssystemer.
