Anteny wbudowane w płytki drukowane są powszechnym rozwiązaniem w urządzeniach bezprzewodowych. Są łatwe w projektowaniu i produkcji i można je umieścić w dowolnym miejscu na płytce drukowanej. Jednak anteny wbudowane w PCB są również bardzo wrażliwe na środowisko, co może mieć wpływ na ich wydajność. W tym artykule omówione zostaną zasady działania anten krosowych wbudowanych w FPC i PCB, ich zalety i wady oraz kwestie, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu urządzenia bezprzewodowego z wbudowaną anteną.
Co to jest antena krosowa? Zasada działania anteny krosowej. Zalety i wady anten krosowych. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu anteny krosowej. Wnioski
Co to jest antena krosowa?
Antena krosowa to rodzaj anteny składającej się z płaskiej, prostokątnej metalowej łatki zamontowanej na podłożu. Podłoże jest zwykle wykonane z materiału dielektrycznego, takiego jak FR4 lub Rogers, który pomaga odizolować plaster od płaszczyzny uziemienia. Łatka jest zwykle zasilana linią mikropaskową lub kablem koncentrycznym i może być dipolem lub monopolem.
Anteny krosowe są bardzo popularne, ponieważ są łatwe w produkcji i mogą być bardzo małe. Są często używane w urządzeniach bezprzewodowych, takich jak telefony komórkowe, tablety i laptopy. Anteny krosowe znajdują również zastosowanie w komunikacji satelitarnej i systemach GPS.
Zasada działania anteny krosowej
Kiedy antena krosowa jest zasilana sygnałem RF, prąd płynący przez plaster powoduje, że plaster emituje fale elektromagnetyczne. Kształt i rozmiar plastra określa częstotliwość, z jaką antena będzie rezonować. Plaster określa również polaryzację emitowanych fal, która może być liniowa lub kołowa.
Materiał i grubość podłoża również wpływają na działanie anteny. Grubsze podłoże będzie skutkować niższą częstotliwością rezonansową, natomiast cieńsze podłoże będzie skutkować wyższą częstotliwością. Stała dielektryczna materiału podłoża będzie również wpływać na częstotliwość rezonansową i szerokość pasma anteny.
Anteny krosowe są zazwyczaj zaprojektowane do pracy z określoną częstotliwością, która jest określona przez rozmiar i kształt plastra. Częstotliwość można regulować, zmieniając długość linii zasilającej mikropaski lub dodając króciec dostrajający do linii zasilającej.
Zalety i wady anten krosowych
Zalety
Anteny krosowe są bardzo popularne, ponieważ są łatwe w produkcji i mogą być bardzo małe. Są one również bardzo wszechstronne i można je stosować do różnych zastosowań. Anteny krosowe są również stosunkowo niedrogie w porównaniu do innych typów anten.
Wady
Jedną z głównych wad anten krosowych jest to, że są one bardzo wrażliwe na środowisko. Na działanie anteny mogą wpływać otaczające obiekty, takie jak ściany, meble, a nawet ludzie. Anteny krosowe są również bardzo wrażliwe na materiał dielektryczny zastosowany w podłożu. Jeśli stała dielektryczna podłoża nie jest dopasowana do częstotliwości rezonansowej anteny, wydajność ulegnie pogorszeniu.
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu anteny krosowej
Projektując antenę krosową, należy wziąć pod uwagę wiele czynników, w tym częstotliwość działania, szerokość pasma, wzmocnienie, wydajność i charakterystykę promieniowania.
Częstotliwość operacji
Częstotliwość pracy jest najważniejszym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu anteny krosowej. Rozmiar i kształt plastra określi częstotliwość, z jaką antena będzie rezonować. Częstotliwość można regulować, zmieniając długość linii zasilającej mikropaski lub dodając króciec dostrajający do linii zasilającej.
Przepustowość łącza
Szerokość pasma anteny krosowej to zakres częstotliwości, w którym antena będzie działać skutecznie. Szerokość pasma jest zazwyczaj bardzo wąska, rzędu 1% do 2%. Można go jednak zwiększyć stosując grubsze podłoże lub dodając do anteny elementy pasożytnicze.
Osiągać
Zysk anteny krosowej jest miarą tego, jak dobrze antena będzie emitować lub odbierać fale elektromagnetyczne. Wzmocnienie jest zazwyczaj bardzo duże, rzędu 10 dBi do 20 dBi. Można ją jednak zwiększyć stosując większą łatę lub dodając do anteny odbłyśnik.
Efektywność
Sprawność anteny krosowej jest miarą tego, jaka część mocy wejściowej jest przekształcana w moc wypromieniowaną. Wydajność jest zazwyczaj bardzo wysoka, rzędu 90% do 95%. Można go jednak zmniejszyć, stosując podłoże stratne lub dodając obciążenie rezystancyjne do anteny.
Wzór promieniowania
Charakterystyka promieniowania anteny krosowej jest miarą tego, jak antena będzie emitować lub odbierać fale elektromagnetyczne w różnych kierunkach. Charakter promieniowania jest zazwyczaj bardzo dyrektywny, co oznacza, że antena będzie najlepiej promieniować lub odbierać w określonym kierunku. Można jednak uczynić go bardziej dookólnym, używając większego łaty lub dodając reflektor do anteny.
Wniosek
Anteny krosowe są popularnym wyborem w przypadku urządzeń bezprzewodowych, ponieważ są łatwe w produkcji i mogą być bardzo małe. Są jednak również bardzo wrażliwe na środowisko, które może mieć wpływ na ich wydajność. Projektując urządzenie bezprzewodowe z wbudowaną anteną, należy wziąć pod uwagę częstotliwość działania, szerokość pasma, wzmocnienie, wydajność i charakterystykę promieniowania. Istotny jest także dobór materiału podłoża dopasowanego do częstotliwości rezonansowej anteny. Uwzględniając te czynniki, możliwe jest zaprojektowanie urządzenia bezprzewodowego z wbudowaną anteną, które będzie dobrze działać w różnych środowiskach.
