Антенны являются важными компонентами систем беспроводной связи. Они отвечают за передачу и получение радиосигналов, которые используются для различных приложений, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовые сети и спутниковую связь. Пропускная способность антенны является критическим параметром, который определяет его производительность и пригодность для конкретных приложений. В этой статье будут изучаться стратегии увеличения полосы пропускания патч -антенн, которые широко используются из -за их низкой профиля и простоты изготовления.
Понимание патч -антенн и их полосы пропускания в растущих стратегиях полосы пропускания для повышения пропускной способности
Понимание патч -антенн и их пропускную способность
Патч -антенны представляют собой тип микрополосковой антенны, которая состоит из излучающего патча на одной стороне диэлектрической подложки и плоскости заземления на другой стороне. Они широко используются в беспроводных системах связи из -за их низкого профиля, легкого и простоты изготовления. Платаные антенны могут быть спроектированы в различных формах, таких как прямоугольная, круговая и эллиптическая, в соответствии с конкретными приложениями.
Пропускная пропускная способность патч -антенны определяется как частотный диапазон, в котором антенна работает эффективно. Обычно он измеряется как разница между верхней и нижней частотой точками, при которых потери доходности антенны превышают 10 дБ. Более высокая пропускная способность позволяет антенне работать на более широком диапазоне частот, что важно для современных систем связи, которые требуют высоких скоростей передачи данных и поддерживают множество полос частот.
Патч -антенны известны своей узкой пропускной способностью, которая обычно составляет менее 5% от центральной частоты. Это ограничение в первую очередь связано с небольшим размером излучающего патча, что приводит к высококачественному коэффициенту (Q) и, следовательно, узкой полосой пропускной способности. Несколько факторов влияют на полосу пропускания патч -антенн, в том числе диэлектрический субстрат, размер и форму патча и механизм кормления.
Проблемы в увеличении пропускной способности
Увеличение полосы пропускания патч-антенн является сложной задачей из-за неотъемлемых компромиссов между пропускной способностью, приростом, эффективностью и размером. Узкая полоса пропускания патч -антенн в первую очередь связана с их высоким качественным фактором (Q), который является мерой энергии, хранящейся в антенне, относительно потерянной энергии. Более высокое значение Q приводит к более узкой полосе пропускания, в то время как более низкое значение Q приводит к более широкой пропускной способности.
Несколько факторов способствуют высокой Q антенн патч, включая диэлектрический субстрат, размер и форму пластыря и механизм кормления. Выбор диэлектрического субстрата имеет решающее значение, поскольку он определяет эффективную диэлектрическую постоянную и касательную потерю антенны. Субстраты с низкой страной и высокой диэлектрической постоянной являются предпочтительными, но они часто приводят к меньшему размеру и более высокому Q.
Размер и форма патча также играет значительную роль в определении полосы пропускания. Большие патчи имеют тенденцию иметь более низкую Q и более широкую пропускную способность, но они менее подходят для компактных приложений. Механизм кормления, такой как коаксиальный зонд, микрополосковая линия или связь с апертурой, также может повлиять на пропускную способность путем введения дополнительных потерь и резонансов.
В дополнение к этим факторам, взаимная связь между несколькими патчами в конфигурации массива также может повлиять на пропускную способность. Взаимодействие между соседними пятнами может привести к изменениям в эффективной диэлектрической постоянной и радиационной паттерне, что может повлиять на общую производительность антеннного массива.
Стратегии дизайна для улучшения пропускной способности
Несколько стратегий дизайна могут быть использованы для улучшения полосы пропускания патч -антенн. Эти стратегии включают в себя использование толстых диэлектрических субстратов, включение паразитических элементов, использование муфты диафрагмы и использование многорезонантных методов.
Использование толстых диэлектрических субстратов: одним из самых простых способов увеличения полосы пропускания патч -антенны является использование более толстого диэлектрического субстрата. Более толстый субстрат уменьшает Q -фактор антенны, что приводит к более широкой пропускной способности. Однако этот подход может привести к увеличению размеров и снижению эффективности, что может не подходить для всех применений.
Включение паразитических элементов: в патч -антенну можно добавить паразитарные элементы, такие как директора и отражатели, чтобы усилить его полосу пропускания. Эти элементы не подключены напрямую с линией подачи, но взаимодействуют с излучающим пятном посредством электромагнитной связи. Тщательно проектируя длину и расстояние паразитических элементов, полоса пропускания антенны может быть увеличена. Этот метод обычно используется в антеннах YAGI-IDA, где несколько директоров используются для увеличения пропускной способности и усиления.
Использование связи с диафрагмой: связь с диафрагмой - это метод, который включает в себя кормление патч -антенны через слот или апертуру в плоскости земли. Этот метод может помочь уменьшить коэффициент Q и увеличить полосу пропускания антенны. Связание с диафрагмой также обеспечивает улучшенную изоляцию между линией подачи и излучающим пластырем, что может уменьшить нежелательную связь и улучшить производительность антенны.
Использование многорезонантных методов: многорезонансные методы включают в себя проектирование патч-антенны для поддержки нескольких резонансных частот. Это может быть достигнуто с использованием комбинации различных форм патча, таких как укладываемые пятна или встроенные пятна, или введя дополнительные резонансные элементы, такие как слоты или вырезы, в патч. Тщательно настраивая резонансные частоты, полоса пропускания антенны может быть увеличена. Этот подход обычно используется в широкополосных антеннах, таких как антенны UWB (ультра обширная), которые работают в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц.
Другим эффективным методом увеличения полосы пропускания патч-антенн является использование многослойной или уклаженной конфигурации. В этом подходе несколько патчей сложены по вертикали, разделенные диэлектрическими субстратами с различной дипломатизмами. Взаимодействие между патчами и диэлектрическими слоями может создавать дополнительные резонансы, что приводит к более широкой полосе пропускания. Этот метод особенно полезен для приложений, требующих компактных антенн с широкой пропускной способностью.
Кроме того, использование неравномерных методов кормления также может помочь увеличить полосу пропускания патч-антенн. Используя коническую или многофункциональную линию подачи, сопоставление импеданса между линией подачи и антенной может быть улучшено в более широком диапазоне частот. Этот подход может сочетаться с другими методами усиления полосы пропускания, такими как паразитарные элементы или связь с диафрагмой, для достижения еще большей пропускной способности.
Заключение
Увеличение полосы пропускания патч -антенн является сложной, но достижимой целью. Используя различные стратегии проектирования, такие как использование толстых диэлектрических субстратов, включение паразитических элементов, использование апертурной связи и использование многорезонантных методов, полоса пропускания патч-антенн может быть значительно улучшена. Эти методы могут использоваться индивидуально или в сочетании для достижения желаемой полосы пропускания для конкретных применений.
Важно отметить, что увеличение полосы пропускания патч -антенн может быть затрат на другие параметры производительности, такие как прирост, эффективность и размер. Следовательно, тщательное рассмотрение следует уделять конкретным требованиям приложения и компромиссов, участвующих в дизайне. Балансируя эти факторы, можно разработать патч -антенны с желаемой полосой и характеристиками производительности для широкого спектра беспроводных систем связи.
