Антени є важливими компонентами систем бездротового зв'язку. Вони несуть відповідальність за передачу та отримання радіосигналів, які використовуються для різних програм, включаючи Wi-Fi, Bluetooth, стільникові мережі та супутникове спілкування. Пропускна здатність антени є критичним параметром, який визначає його продуктивність та придатність для конкретних застосувань. Ця стаття вивчить стратегії збільшення пропускної здатності антен патчів, які широко використовуються завдяки їх низькому профілю та простоті виготовлення.
Розуміння патч -антен та їхніх смугих штаб -халенгів у збільшенні стратегій Bandwidthdesign для вдосконалення смуг
Розуміння патчових антен та їх пропускної здатності
Патч -антени - це тип мікрострипної антени, яка складається з випромінювального пластиру з одного боку діелектричної підкладки та земної площини з іншого боку. Вони широко використовуються в системах бездротового зв'язку завдяки їх низькому профілю, легкій та простоті виготовлення. Патч -антени можуть бути розроблені в різних формах, таких як прямокутні, кругові та еліптичні, відповідно до конкретних застосувань.
Пропускна здатність патч -антени визначається як діапазон частот, над яким антена ефективно працює. Зазвичай він вимірюється як різниця між верхньою та нижньою частотною точкою, в яких втрата повернення антени перевищує 10 дБ. Більш висока пропускна здатність дозволяє антену працювати на більш широкому діапазоні частот, що є важливим для сучасних систем зв'язку, які потребують високої швидкості передачі даних та підтримують багаторазові діапазони.
Патч -антени відомі своєю вузькою пропускною здатністю, яка, як правило, менше 5% від центральної частоти. Це обмеження в першу чергу обумовлено невеликим розміром випромінюючого пластиру, що призводить до високого коефіцієнта якості (Q) і, отже, вузької пропускної здатності. Кілька факторів впливають на пропускну здатність антен патчів, включаючи діелектричну підкладку, розмір та форму пластиру та механізм подачі.
Проблеми з збільшенням пропускної здатності
Збільшення пропускної здатності патч-антен є складним завданням завдяки притаманним компромісам між пропускною здатністю, виграшем, ефективністю та розміром. Вузька пропускна здатність патч -антен в першу чергу обумовлена їх високим коефіцієнтом якості (Q), що є мірою енергії, що зберігається в антенні відносно втраченої енергії. Більш високе значення Q призводить до вузької пропускної здатності, тоді як нижче значення Q призводить до більш широкої пропускної здатності.
Кілька факторів сприяють високому Q патч -антен, включаючи діелектричну підкладку, розмір та форму пластиру та механізм подачі. Вибір діелектричного субстрату є критичним, оскільки він визначає ефективну діелектричну константу та дотичну втрату антени. Субстрати з дотичною та високою діелектричною константою є кращими, але вони часто призводять до менших розмірів і вищого Q.
Розмір і форма патча також відіграють значну роль у визначенні пропускної здатності. Більші патчі, як правило, мають нижчу Q і більш широку пропускну здатність, але вони менш придатні для компактних застосувань. Механізм годування, такий як коаксіальний зонд, лінія мікростірки або зв'язок діафрагми, також може впливати на пропускну здатність, вводячи додаткові втрати та резонанси.
На додаток до цих факторів, взаємне з'єднання між декількома патчами в конфігурації масиву також може вплинути на пропускну здатність. Взаємодія між сусідніми патчами може призвести до зміни ефективної діелектричної константи та схеми випромінювання, що може впливати на загальну продуктивність антенного масиву.
Стратегії проектування для підвищення пропускної здатності
Для підвищення пропускної здатності патч -антен можна використовувати кілька стратегій дизайну. Ці стратегії включають використання товстих діелектричних субстратів, включення паразитарних елементів, використання діафрагми та використання багаторазоносних прийомів.
Використання товстих діелектричних субстратів: Одним із найпростіших способів збільшити пропускну здатність антени патч є використання більш товстої діелектричної підкладки. Більш товстий субстрат зменшує коефіцієнт Q антени, що призводить до більш широкої пропускної здатності. Однак такий підхід може призвести до підвищення розміру та зниження ефективності, що може бути не підходить для всіх застосувань.
Включення паразитарних елементів: паразитарні елементи, такі як режисери та відбитки, можуть бути додані до патч -антени для підвищення пропускної здатності. Ці елементи безпосередньо підключені до лінії подачі, а взаємодіють з випромінюючим пластиром через електромагнітну муфту. Ретельно розробляючи довжину та відстань паразитичних елементів, пропускну здатність антени можна збільшити. Ця методика зазвичай використовується в антенах YAGI-UDA, де для збільшення пропускної здатності та посилення використовуються кілька режисерів.
Використання з’єднання діафрагми: з'єднання діафрагми - це техніка, яка передбачає подачу пластирної антени через слот або діафрагму в площині землі. Цей метод може допомогти зменшити фактор Q та збільшити пропускну здатність антени. З'єднання діафрагми також забезпечує вдосконалену ізоляцію між подачею та випромінювальною пластиром, що може зменшити небажане з'єднання та покращити продуктивність антени.
Використання мульти-резонансних методик: багаторазові методи включають проектування патч-антени для підтримки декількох резонансних частот. Цього можна досягти, використовуючи комбінацію різних форм патчів, таких як складені патчі або вбудовані патчі, або введення додаткових резонансних елементів, таких як слоти або виїмки, у патч. Ретельно налаштовуючи резонансні частоти, пропускну здатність антени можна збільшити. Цей підхід зазвичай використовується в широкосмугових антенах, таких як антени UWB (ультра широкосмугові), які працюють у діапазоні частот від 3,1 до 10,6 ГГц.
Ще одним ефективним методом збільшення пропускної здатності антен патчів є використання багатошарової або складеної конфігурації. У такому підході декілька патчів складаються вертикально, розділені діелектричними підкладками з різними дозволами. Взаємодія між патчами та діелектричними шарами може створити додаткові резонанси, що призводить до більш широкої пропускної здатності. Ця методика особливо корисна для додатків, що вимагають компактних антен з широкою пропускною здатністю.
Крім того, використання неоднорідних методів годування також може допомогти збільшити пропускну здатність патч-антен. Використовуючи конусну або багатосекційну подачу лінії, імпеданс відповідності між лінією подачі та антеною може бути покращений у більш широкому діапазоні частот. Цей підхід може поєднуватися з іншими методами підвищення пропускної здатності, такими як паразитарні елементи або з'єднання діафрагми, для досягнення ще більшої пропускної здатності.
Висновок
Збільшення пропускної здатності патч -антен є складною, але досяжною метою. Використовуючи різні стратегії проектування, такі як використання товстих діелектричних субстратів, включення паразитарних елементів, використання з'єднання діафрагми та використання мульти-резонансних методів, пропускна здатність антен патчів може бути значно посилена. Ці методи можуть використовуватися індивідуально або в поєднанні для досягнення бажаної пропускної здатності для конкретних додатків.
Важливо відзначити, що збільшення пропускної здатності антен патчів може бути вартістю інших параметрів продуктивності, таких як посилення, ефективність та розмір. Тому слід ретельно розглянути конкретні вимоги заявки та компроміси, що беруть участь у дизайні. Врівноважуючи ці фактори, можна розробити антени патча з бажаною пропускною здатністю та характеристиками продуктивності для широкого спектру систем бездротового зв'язку.
