Antenele încorporate în PCB-uri sunt o soluție comună în dispozitivele fără fir. Sunt ușor de proiectat și fabricat și pot fi plasate oriunde pe PCB. Cu toate acestea, antenele încorporate PCB sunt, de asemenea, foarte sensibile la mediu, ceea ce le poate afecta performanța. Acest articol va explora principiile de funcționare ale antenelor cu patch-uri încorporate FPC și PCB, avantajele și dezavantajele acestora și ce trebuie luat în considerare atunci când proiectați un dispozitiv fără fir cu o antenă încorporată.
Ce este o antenă patch?Principiul de funcționare al unei antene patch Avantajele și dezavantajele antenelor patch Factori de luat în considerare la proiectarea unei antene patchConcluzie
Ce este o antenă cu patch?
O antenă cu patch este un tip de antenă care constă dintr-un petic metalic plat, dreptunghiular, montat pe un substrat. Substratul este de obicei realizat dintr-un material dielectric, cum ar fi FR4 sau Rogers, care ajută la izolarea plasturelui de planul de masă. Patch-ul este alimentat de obicei printr-o linie microstrip sau un cablu coaxial și poate fi fie un dipol, fie un monopol.
Antenele patch sunt foarte populare deoarece sunt ușor de fabricat și pot fi făcute foarte mici. Ele sunt adesea folosite în dispozitive fără fir, cum ar fi telefoanele mobile, tabletele și laptopurile. Antenele patch sunt, de asemenea, utilizate în comunicațiile prin satelit și sistemele GPS.
Principiul de funcționare al unei antene patch
Atunci când o antenă de patch este alimentată cu un semnal RF, curentul de pe patch face ca patch-ul să radieze unde electromagnetice. Forma și dimensiunea plasturelui determină frecvența la care antena va rezona. Patch-ul determină, de asemenea, polarizarea undelor radiate, care pot fi fie liniare, fie circulare.
Materialul substratului și grosimea afectează, de asemenea, performanța antenei. Un substrat mai gros va avea ca rezultat o frecvență de rezonanță mai mică, în timp ce un substrat mai subțire va avea ca rezultat o frecvență mai mare. Constanta dielectrică a materialului substrat va afecta, de asemenea, frecvența de rezonanță și lățimea de bandă a antenei.
Antenele cu patch sunt de obicei proiectate pentru a funcționa la o anumită frecvență, care este determinată de dimensiunea și forma patch-ului. Frecvența poate fi ajustată prin schimbarea lungimii liniei de alimentare cu microstrip sau prin adăugarea unui cioț de reglare la linia de alimentare.
Avantajele și dezavantajele antenelor patch
Avantaje
Antenele patch sunt foarte populare deoarece sunt ușor de fabricat și pot fi făcute foarte mici. De asemenea, sunt foarte versatile și pot fi folosite pentru o varietate de aplicații. Antenele cu patch sunt, de asemenea, relativ ieftine în comparație cu alte tipuri de antene.
Dezavantaje
Unul dintre principalele dezavantaje ale antenelor patch este acela că sunt foarte sensibile la mediu. Performanța antenei poate fi afectată de obiectele din jur, cum ar fi pereții, mobilierul și chiar oamenii. Antenele patch sunt, de asemenea, foarte sensibile la materialul dielectric folosit pentru substrat. Dacă constanta dielectrică a substratului nu este potrivită cu frecvența de rezonanță a antenei, performanța va fi degradată.
Factori de luat în considerare atunci când proiectați o antenă cu patch
Există o serie de factori de luat în considerare atunci când proiectați o antenă cu patch, inclusiv frecvența de funcționare, lățimea de bandă, câștigul, eficiența și modelul de radiație.
Frecvența de funcționare
Frecvența de funcționare este cel mai important factor de luat în considerare atunci când proiectați o antenă patch. Mărimea și forma patch-ului vor determina frecvența la care antena va rezona. Frecvența poate fi ajustată prin schimbarea lungimii liniei de alimentare cu microstrip sau prin adăugarea unui cioț de reglare la linia de alimentare.
Lățimea de bandă
Lățimea de bandă a unei antene patch este gama de frecvențe pe care antena va funcționa eficient. Lățimea de bandă este de obicei foarte îngustă, de ordinul 1% până la 2%. Cu toate acestea, poate fi mărită prin utilizarea unui substrat mai gros sau prin adăugarea de elemente parazite la antenă.
Câştig
Câștigul unei antene patch este o măsură a cât de bine va radia sau va primi antena unde electromagnetice. Câștigul este de obicei foarte mare, de ordinul 10 dBi până la 20 dBi. Cu toate acestea, poate fi mărită prin utilizarea unui plasture mai mare sau prin adăugarea unui reflector la antenă.
Eficienţă
Eficiența unei antene patch este o măsură a cât de mult din puterea de intrare este convertită în putere radiată. Eficiența este de obicei foarte mare, de ordinul 90% până la 95%. Cu toate acestea, poate fi redus prin utilizarea unui substrat cu pierderi sau prin adăugarea de încărcare rezistivă la antenă.
Model de radiație
Modelul de radiație al unei antene patch este o măsură a modului în care antena va radia sau va primi unde electromagnetice în direcții diferite. Modelul de radiație este de obicei foarte direct, ceea ce înseamnă că antena va radia sau va primi cel mai bine într-o direcție specifică. Cu toate acestea, poate fi făcut mai omnidirecțional prin utilizarea unui patch mai mare sau prin adăugarea unui reflector la antenă.
Concluzie
Antenele patch sunt o alegere populară pentru dispozitivele fără fir, deoarece sunt ușor de fabricat și pot fi făcute foarte mici. Cu toate acestea, sunt și foarte sensibili la mediu, ceea ce le poate afecta performanța. Când proiectați un dispozitiv fără fir cu o antenă încorporată, este important să luați în considerare frecvența de funcționare, lățimea de bandă, câștigul, eficiența și modelul de radiație. De asemenea, este important să alegeți un material substrat care să se potrivească cu frecvența de rezonanță a antenei. Luând în considerare acești factori, este posibil să proiectați un dispozitiv fără fir cu o antenă încorporată care va funcționa bine într-o varietate de medii.
