Вбудовані антени в друковані плати є поширеним рішенням у бездротових пристроях. Їх легко спроектувати та виготовити, і їх можна розмістити будь-де на друкованій платі. Однак антени, вбудовані в друковану плату, також дуже чутливі до навколишнього середовища, що може вплинути на їхню роботу. У цій статті розглядатимуться принципи роботи вбудованих патч-антен FPC і PCB, їхні переваги та недоліки, а також те, що слід враховувати при розробці бездротового пристрою із вбудованою антеною.
Що таке патч-антена? Принцип роботи патч-антени. Переваги та недоліки патч-антен. Фактори, які слід враховувати при розробці патч-антени. Висновок
Що таке патч-антена?
Патч-антена — це тип антени, яка складається з плоскої прямокутної металевої накладки, встановленої на підкладці. Підкладка зазвичай виготовляється з діелектричного матеріалу, такого як FR4 або Rogers, який допомагає ізолювати патч від заземленої площини. Патч зазвичай подається через мікросмужкову лінію або коаксіальний кабель, і він може бути як дипольним, так і монопольним.
Патч-антени дуже популярні, тому що вони прості у виготовленні і можуть бути зроблені дуже маленькими. Вони часто використовуються в бездротових пристроях, таких як мобільні телефони, планшети та ноутбуки. Патч-антени також використовуються в системах супутникового зв'язку та GPS.
Принцип роботи патч-антени
Коли на патч-антену подається радіочастотний сигнал, струм на патчі змушує патч випромінювати електромагнітні хвилі. Форма та розмір ділянки визначають частоту, на якій антена буде резонувати. Пластир також визначає поляризацію випромінюваних хвиль, яка може бути лінійною або круговою.
Матеріал і товщина підкладки також впливають на продуктивність антени. Більш товста підкладка призведе до нижчої резонансної частоти, тоді як тонша підкладка призведе до більш високої частоти. Діелектрична проникність матеріалу підкладки також впливатиме на резонансну частоту та смугу пропускання антени.
Патч-антени зазвичай розроблені для роботи на певній частоті, яка визначається розміром і формою патча. Частоту можна регулювати, змінюючи довжину мікросмужкової лінії живлення або додаючи настроювальний штифт до лінії живлення.
Переваги та недоліки патч-антен
Переваги
Патч-антени дуже популярні, тому що вони прості у виготовленні і можуть бути зроблені дуже маленькими. Вони також дуже універсальні і можуть використовуватися для різних застосувань. Патч-антени також відносно недорогі порівняно з іншими типами антен.
Недоліки
Одним з головних недоліків патч-антен є те, що вони дуже чутливі до навколишнього середовища. На роботу антени можуть впливати навколишні предмети, наприклад стіни, меблі та навіть люди. Патч-антени також дуже чутливі до діелектричного матеріалу, який використовується для підкладки. Якщо діелектрична проникність підкладки не узгоджується з резонансною частотою антени, продуктивність буде погіршена.
Фактори, які слід враховувати при проектуванні патч-антени
Існує ряд факторів, які слід враховувати при проектуванні патч-антени, включаючи частоту роботи, смугу пропускання, посилення, ефективність і діаграму спрямованості.
Періодичність роботи
Частота роботи є найважливішим фактором, який слід враховувати при проектуванні патч-антени. Розмір і форма накладки визначатимуть частоту, на якій антена резонуватиме. Частоту можна регулювати, змінюючи довжину мікросмужкової лінії живлення або додаючи настроювальний штифт до лінії живлення.
Пропускна здатність
Смуга пропускання патч-антени — це діапазон частот, у якому антена буде ефективно працювати. Смуга пропускання зазвичай дуже вузька, приблизно від 1% до 2%. Однак його можна збільшити, використовуючи більш товсту підкладку або додаючи в антену паразитні елементи.
посилення
Коефіцієнт посилення патч-антени є показником того, наскільки добре антена випромінює або приймає електромагнітні хвилі. Посилення зазвичай дуже високе, порядку 10 дБі до 20 дБі. Однак його можна збільшити, використовуючи більшу накладку або додавши рефлектор до антени.
Ефективність
Ефективність патч-антени є мірою того, яка частина вхідної потужності перетворюється на потужність випромінювання. Ефективність зазвичай дуже висока, порядку 90% до 95%. Однак його можна зменшити, використовуючи підкладку з втратами або додавши резистивне навантаження на антену.
Діаграма спрямованості
Діаграма спрямованості патч-антени є мірою того, як антена буде випромінювати або приймати електромагнітні хвилі в різних напрямках. Діаграма спрямованості, як правило, дуже директивна, тобто антена буде випромінювати або приймати найкраще в певному напрямку. Однак його можна зробити більш всеспрямованим, використовуючи більшу накладку або додавши рефлектор до антени.
Висновок
Патч-антени є популярним вибором для бездротових пристроїв, оскільки вони прості у виготовленні та можуть бути дуже маленькими. Однак вони також дуже чутливі до навколишнього середовища, що може вплинути на їх продуктивність. Розробляючи бездротовий пристрій із вбудованою антеною, важливо враховувати робочу частоту, смугу пропускання, посилення, ефективність і діаграму спрямованості. Також важливо вибрати матеріал підкладки, який відповідає резонансній частоті антени. Беручи до уваги ці фактори, можна розробити бездротовий пристрій із вбудованою антеною, який добре працюватиме в різних середовищах.
