Arbeidsprinsipper for FPC og PCB Embedded Patch Antennas

Innebygde antenner i PCB er en vanlig løsning i trådløse enheter. De er enkle å designe og produsere, og de kan plasseres hvor som helst på kretskortet. Imidlertid er PCB innebygde antenner også svært følsomme for miljøet, noe som kan påvirke ytelsen deres. Denne artikkelen vil utforske arbeidsprinsippene for FPC og PCB innebygde patch-antenner, deres fordeler og ulemper, og hva du bør vurdere når du designer en trådløs enhet med en innebygd antenne.

Hva er en patch-antenne? Arbeidsprinsipp for en patch-antenne Fordeler og ulemper med patch-antenner Faktorer som må vurderes når man designer en patch-antenne Konklusjon

Hva er en patch-antenne?

En patchantenne er en type antenne som består av en flat, rektangulær metalllapp montert på et underlag. Substratet er vanligvis laget av et dielektrisk materiale, slik som FR4 eller Rogers, som hjelper til med å isolere lappen fra jordplanet. Patchen mates vanligvis av en mikrostriplinje eller en koaksialkabel, og den kan enten være en dipol eller en monopol.

Patch-antenner er veldig populære fordi de er enkle å produsere og kan gjøres veldig små. De brukes ofte i trådløse enheter, som mobiltelefoner, nettbrett og bærbare datamaskiner. Patch-antenner brukes også i satellittkommunikasjon og GPS-systemer.

Arbeidsprinsipp for en patch-antenne

Når en patch-antenne mates med et RF-signal, fører strømmen på patchen til at patchen utstråler elektromagnetiske bølger. Formen og størrelsen på lappen bestemmer frekvensen som antennen vil gi resonans. Patchen bestemmer også polarisasjonen til de utstrålte bølgene, som kan være enten lineære eller sirkulære.

Substratmaterialet og tykkelsen påvirker også antennens ytelse. Et tykkere substrat vil gi en lavere resonansfrekvens, mens et tynnere substrat vil gi en høyere frekvens. Den dielektriske konstanten til substratmaterialet vil også påvirke resonansfrekvensen og båndbredden til antennen.

Patch-antenner er vanligvis utformet for å fungere ved en spesifikk frekvens, som bestemmes av størrelsen og formen på patchen. Frekvensen kan justeres ved å endre lengden på mikrostrip-matelinjen eller ved å legge til en tuning-stubbe til matelinjen.

Fordeler og ulemper med patch-antenner

Fordeler

Patch-antenner er veldig populære fordi de er enkle å produsere og kan gjøres veldig små. De er også svært allsidige og kan brukes til en rekke bruksområder. Patch-antenner er også relativt rimelige sammenlignet med andre typer antenner.

Ulemper

En av de største ulempene med patch-antenner er at de er svært følsomme for miljøet. Ytelsen til antennen kan påvirkes av de omkringliggende gjenstandene, som vegger, møbler og til og med mennesker. Patch-antenner er også svært følsomme for det dielektriske materialet som brukes til underlaget. Hvis den dielektriske konstanten til substratet ikke er tilpasset resonansfrekvensen til antennen, vil ytelsen bli forringet.

Faktorer å vurdere når du designer en patch-antenne

Det er en rekke faktorer å vurdere når du designer en patch-antenne, inkludert operasjonsfrekvensen, båndbredden, forsterkningen, effektiviteten og strålingsmønsteret.

Driftsfrekvens

Driftsfrekvensen er den viktigste faktoren å vurdere når du designer en patchantenne. Størrelsen og formen på lappen vil bestemme frekvensen som antennen vil gi resonans ved. Frekvensen kan justeres ved å endre lengden på mikrostrip-matelinjen eller ved å legge til en tuning-stubbe til matelinjen.

Båndbredde

Båndbredden til en patch-antenne er rekkevidden av frekvenser som antennen vil fungere effektivt over. Båndbredden er vanligvis veldig smal, i størrelsesorden 1 % til 2 %. Den kan imidlertid økes ved å bruke et tykkere underlag eller ved å legge til parasittiske elementer til antennen.

Gevinst

Forsterkningen til en patch-antenne er et mål på hvor godt antennen vil utstråle eller motta elektromagnetiske bølger. Forsterkningen er vanligvis veldig høy, i størrelsesorden 10 dBi til 20 dBi. Den kan imidlertid økes ved å bruke en større lapp eller ved å legge til en reflektor på antennen.

Effektivitet

Effektiviteten til en patch-antenne er et mål på hvor mye av inngangseffekten som konverteres til utstrålt effekt. Effektiviteten er vanligvis svært høy, i størrelsesorden 90 % til 95 %. Imidlertid kan det reduseres ved å bruke et tapsgivende substrat eller ved å legge til resistiv belastning på antennen.

Strålingsmønster

Strålingsmønsteret til en patch-antenne er et mål på hvordan antennen vil utstråle eller motta elektromagnetiske bølger i forskjellige retninger. Strålingsmønsteret er typisk veldig retningsgivende, noe som betyr at antennen vil stråle eller motta best i en bestemt retning. Imidlertid kan den gjøres mer rundstrålende ved å bruke en større lapp eller ved å legge til en reflektor til antennen.

Konklusjon

Patch-antenner er et populært valg for trådløse enheter fordi de er enkle å produsere og kan gjøres veldig små. Imidlertid er de også svært følsomme for miljøet, noe som kan påvirke ytelsen deres. Når du designer en trådløs enhet med en innebygd antenne, er det viktig å vurdere operasjonsfrekvensen, båndbredden, forsterkningen, effektiviteten og strålingsmønsteret. Det er også viktig å velge et substratmateriale som er tilpasset resonansfrekvensen til antennen. Ved å ta hensyn til disse faktorene er det mulig å designe en trådløs enhet med en innebygd antenne som vil fungere godt i en rekke miljøer.