Arbetsprinciper för FPC och PCB inbyggda patchantenner

Inbyggda antenner i PCB är en vanlig lösning i trådlösa enheter. De är lätta att designa och tillverka, och de kan placeras var som helst på kretskortet. PCB-inbäddade antenner är dock också mycket känsliga för miljön, vilket kan påverka deras prestanda. Den här artikeln kommer att utforska arbetsprinciperna för FPC- och PCB-inbäddade patch-antenner, deras för- och nackdelar, och vad du ska tänka på när du designar en trådlös enhet med en inbyggd antenn.

Vad är en patch-antenn? Arbetsprincipen för en patch-antenn Fördelar och nackdelar med patch-antenner Faktorer att tänka på när man designar en patch-antenn Slutsats

Vad är en patchantenn?

En patchantenn är en typ av antenn som består av en platt, rektangulär metallpatch monterad på ett substrat. Substratet är vanligtvis tillverkat av ett dielektriskt material, såsom FR4 eller Rogers, som hjälper till att isolera lappen från jordplanet. Patchen matas vanligtvis av en mikrostriplinje eller en koaxialkabel, och den kan vara antingen en dipol eller en monopol.

Patch-antenner är mycket populära eftersom de är lätta att tillverka och kan göras väldigt små. De används ofta i trådlösa enheter, såsom mobiltelefoner, surfplattor och bärbara datorer. Patch-antenner används också i satellitkommunikation och GPS-system.

Arbetsprincipen för en patchantenn

När en patchantenn matas med en RF-signal får strömmen på patchen att patchen utstrålar elektromagnetiska vågor. Formen och storleken på patchen bestämmer frekvensen vid vilken antennen kommer att resonera. Plåstret bestämmer också polariseringen av de utstrålade vågorna, som kan vara antingen linjära eller cirkulära.

Substratmaterialet och tjockleken påverkar också antennens prestanda. Ett tjockare substrat kommer att resultera i en lägre resonansfrekvens, medan ett tunnare substrat kommer att resultera i en högre frekvens. Substratmaterialets dielektriska konstant kommer också att påverka resonansfrekvensen och antennens bandbredd.

Patch-antenner är vanligtvis utformade för att fungera vid en specifik frekvens, som bestäms av storleken och formen på patchen. Frekvensen kan justeras genom att ändra längden på mikrostripmatningslinjen eller genom att lägga till en avstämningsstubb till matningslinjen.

Fördelar och nackdelar med patchantenner

Fördelar

Patch-antenner är mycket populära eftersom de är lätta att tillverka och kan göras väldigt små. De är också mycket mångsidiga och kan användas för en mängd olika applikationer. Patch-antenner är också relativt billiga jämfört med andra typer av antenner.

Nackdelar

En av de största nackdelarna med patchantenner är att de är mycket känsliga för miljön. Antennens prestanda kan påverkas av omgivande föremål, såsom väggar, möbler och till och med människor. Patch-antenner är också mycket känsliga för det dielektriska materialet som används för substratet. Om substratets dielektricitetskonstant inte är anpassad till antennens resonansfrekvens kommer prestandan att försämras.

Faktorer att tänka på när man designar en patchantenn

Det finns ett antal faktorer att ta hänsyn till när man designar en patchantenn, inklusive driftfrekvensen, bandbredden, förstärkningen, effektiviteten och strålningsmönstret.

Driftsfrekvens

Driftsfrekvensen är den viktigaste faktorn att tänka på när man designar en patchantenn. Storleken och formen på patchen avgör frekvensen vid vilken antennen kommer att resonera. Frekvensen kan justeras genom att ändra längden på mikrostripmatningslinjen eller genom att lägga till en avstämningsstubb till matningslinjen.

Bandbredd

Bandbredden för en patchantenn är det frekvensområde över vilka antennen kommer att fungera effektivt. Bandbredden är vanligtvis mycket smal, i storleksordningen 1 % till 2 %. Det kan dock ökas genom att använda ett tjockare substrat eller genom att lägga till parasitiska element till antennen.

Få

Förstärkningen av en patchantenn är ett mått på hur väl antennen kommer att utstråla eller ta emot elektromagnetiska vågor. Förstärkningen är vanligtvis mycket hög, i storleksordningen 10 dBi till 20 dBi. Det kan dock ökas genom att använda en större patch eller genom att lägga till en reflektor till antennen.

Effektivitet

Effektiviteten hos en patchantenn är ett mått på hur mycket av ineffekten som omvandlas till utstrålad effekt. Verkningsgraden är vanligtvis mycket hög, i storleksordningen 90% till 95%. Det kan dock minskas genom att använda ett förlustsubstrat eller genom att lägga till resistiv belastning på antennen.

Strålningsmönster

Strålningsmönstret för en patchantenn är ett mått på hur antennen kommer att utstråla eller ta emot elektromagnetiska vågor i olika riktningar. Strålningsmönstret är vanligtvis mycket riktat, vilket innebär att antennen kommer att stråla eller ta emot bäst i en specifik riktning. Den kan dock göras mer rundstrålande genom att använda en större patch eller genom att lägga till en reflektor till antennen.

Slutsats

Patchantenner är ett populärt val för trådlösa enheter eftersom de är lätta att tillverka och kan göras mycket små. Men de är också mycket känsliga för miljön, vilket kan påverka deras prestanda. När du designar en trådlös enhet med en inbyggd antenn är det viktigt att ta hänsyn till driftfrekvensen, bandbredden, förstärkningen, effektiviteten och strålningsmönstret. Det är också viktigt att välja ett substratmaterial som är anpassat till antennens resonansfrekvens. Genom att ta hänsyn till dessa faktorer är det möjligt att designa en trådlös enhet med en inbyggd antenn som kommer att fungera bra i en mängd olika miljöer.