Vgrajene antene v PCB so pogosta rešitev v brezžičnih napravah. Enostavno jih je oblikovati in izdelati ter jih je mogoče namestiti kamor koli na PCB. Vendar so antene, vgrajene v tiskano vezje, tudi zelo občutljive na okolje, kar lahko vpliva na njihovo delovanje. Ta članek bo raziskal načela delovanja vgrajenih patch anten FPC in PCB, njihove prednosti in slabosti ter kaj je treba upoštevati pri načrtovanju brezžične naprave z vgrajeno anteno.
Kaj je patch antena? Načelo delovanja patch antene. Prednosti in slabosti patch anten Dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju patch antene Zaključek
Kaj je patch antena?
Patch antena je vrsta antene, ki je sestavljena iz ploščate, pravokotne kovinske zaplate, nameščene na podlago. Substrat je običajno narejen iz dielektričnega materiala, kot je FR4 ali Rogers, ki pomaga izolirati obliž od ozemljitvene plošče. Obliž se običajno napaja preko mikrotrakastega voda ali koaksialnega kabla in je lahko dipol ali monopol.
Patch antene so zelo priljubljene, ker jih je enostavno izdelati in jih je mogoče narediti zelo majhne. Pogosto se uporabljajo v brezžičnih napravah, kot so mobilni telefoni, tablice in prenosniki. Patch antene se uporabljajo tudi v satelitskih komunikacijah in sistemih GPS.
Načelo delovanja patch antene
Ko se antena napaja z RF signalom, tok na obližu povzroči, da obliž seva elektromagnetne valove. Oblika in velikost zaplate določata frekvenco, pri kateri bo antena resonirala. Obliž določa tudi polarizacijo sevanih valov, ki je lahko linearna ali krožna.
Material in debelina podlage prav tako vplivata na delovanje antene. Debelejši substrat bo povzročil nižjo resonančno frekvenco, medtem ko bo tanjši substrat povzročil višjo frekvenco. Dielektrična konstanta substratnega materiala bo vplivala tudi na resonančno frekvenco in pasovno širino antene.
Patch antene so običajno zasnovane za delovanje na določeni frekvenci, ki je določena z velikostjo in obliko patcha. Frekvenco lahko prilagodite tako, da spremenite dolžino mikrotrakastega dovodnega voda ali tako, da na dovodni vod dodate nastavitveni nastavek.
Prednosti in slabosti patch anten
Prednosti
Patch antene so zelo priljubljene, ker jih je enostavno izdelati in jih je mogoče narediti zelo majhne. Prav tako so zelo vsestranski in se lahko uporabljajo za različne namene. Patch antene so tudi relativno poceni v primerjavi z drugimi vrstami anten.
Slabosti
Ena od glavnih pomanjkljivosti patch anten je, da so zelo občutljive na okolje. Na delovanje antene lahko vplivajo okoliški predmeti, kot so stene, pohištvo in celo ljudje. Patch antene so tudi zelo občutljive na dielektrični material, uporabljen za substrat. Če se dielektrična konstanta podlage ne ujema z resonančno frekvenco antene, bo zmogljivost slabša.
Dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju patch antene
Pri načrtovanju patch antene je treba upoštevati številne dejavnike, vključno s frekvenco delovanja, pasovno širino, ojačanjem, učinkovitostjo in vzorcem sevanja.
Pogostost delovanja
Pogostost delovanja je najpomembnejši dejavnik, ki ga je treba upoštevati pri načrtovanju patch antene. Velikost in oblika obliža določata frekvenco, pri kateri bo antena odmevala. Frekvenco lahko prilagodite tako, da spremenite dolžino mikrotrakastega dovodnega voda ali tako, da na dovodni vod dodate nastavitveno nastavko.
Pasovna širina
Pasovna širina patch antene je razpon frekvenc, v katerem bo antena učinkovito delovala. Pasovna širina je običajno zelo ozka, od 1 do 2 %. Lahko pa ga povečamo z uporabo debelejše podlage ali z dodajanjem parazitskih elementov anteni.
Dobiček
Dobiček patch antene je merilo, kako dobro bo antena sevala ali sprejemala elektromagnetne valove. Dobiček je običajno zelo visok, reda velikosti od 10 dBi do 20 dBi. Vendar ga je mogoče povečati z uporabo večjega obliža ali z dodajanjem reflektorja na anteno.
Učinkovitost
Učinkovitost patch antene je merilo, koliko vhodne moči se pretvori v sevano moč. Učinkovitost je običajno zelo visoka, od 90 % do 95 %. Vendar ga je mogoče zmanjšati z uporabo substrata z izgubami ali z dodajanjem uporovne obremenitve anteni.
Vzorec sevanja
Sevalni vzorec patch antene je merilo, kako bo antena sevala ali sprejemala elektromagnetne valove v različnih smereh. Vzorec sevanja je običajno zelo usmerjen, kar pomeni, da bo antena najbolje sevala ali sprejemala v določeni smeri. Lahko pa jo naredite bolj vsesmerno z uporabo večjega obliža ali z dodajanjem reflektorja anteni.
Zaključek
Patch antene so priljubljena izbira za brezžične naprave, ker jih je enostavno izdelati in jih je mogoče narediti zelo majhne. Vendar so tudi zelo občutljivi na okolje, kar lahko vpliva na njihovo delovanje. Pri načrtovanju brezžične naprave z vgrajeno anteno je pomembno upoštevati frekvenco delovanja, pasovno širino, ojačanje, učinkovitost in vzorec sevanja. Pomembno je tudi, da izberete material substrata, ki se ujema z resonančno frekvenco antene. Z upoštevanjem teh dejavnikov je mogoče oblikovati brezžično napravo z vgrajeno anteno, ki bo dobro delovala v različnih okoljih.
