Microstrip-antenne: Konstruksjon, bruk, typer, fôringsmetoder og dens bruksområder

En antenne eller antenne i radioteknikk er spesialisert svingeren , designet av en rekke ledere som er koblet elektrisk til senderen eller mottakeren. Hovedfunksjonen til en antenne er å sende og motta radiobølger likt innenfor alle horisontale retninger. Antenner er tilgjengelige i forskjellige typer og former. De små antennene kan bli funnet på taket av boliger for å se på TV og store antenner fanger opp signaler fra forskjellige satellitter som er borte millioner av miles. Antenner beveger seg vertikalt og horisontalt for å fange opp og overføre signalet. Det er forskjellige typer antenner tilgjengelig som blenderåpning, wire, linse, reflektor, mikrostrip, log periodic, array og mange flere. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over mikrostrip antenne .

Microstrip Antenne Definisjon

En antenne som er formet ved ganske enkelt å etse ut et stykke ledende materiale over en dielektrisk overflate kalles en mikrostripantenne eller en patchantenne. På jordplanet til denne mikrostripantennen er det dielektriske materialet montert, hvor dette planet støtter hele strukturen. I tillegg kan eksitasjonen til denne antennen forsynes med matelinjer som er koblet til lappen. Generelt regnes disse antennene som lavprofilantenner som brukes i mikrobølgefrekvensapplikasjoner som har over 100 MHz frekvens.

Antennes mikrostrip/lapp kan velges til å være rektangulær, firkantet, elliptisk og sirkulær for enkel analyse og fabrikasjon. Noen mikrostrip-antenner bruker ikke et dielektrisk substrat, men de er laget med en metalllapp som er montert på et jordplan med dielektriske avstandsstykker; dermed er den resulterende formasjonen mindre sterk, men dens båndbredde er bredere.

Mikrostrip-antennekonstruksjon

Microstrip-antennedesign kan gjøres ved hjelp av en ekstremt tynn metallisk stripe ved å arrangere den på et jordplan mellom et dielektrisk materiale. Her er det dielektriske materialet et substrat som brukes for å skille stripen fra jordplanet. Når denne antennen er opphisset, gjennomgår de genererte bølgene i dielektriske refleksjoner og energien som sendes ut fra metallflekkene er svært lav. Disse antenneformene identifiseres av den metalliske lappformen anordnet på det dielektriske materialet.

Generelt er stripen/lappen og matelinjene foto-etset på overflaten av substratet. Det er forskjellige mikrostrip-antenneformer som kvadratisk, dipol, rektangulær, sirkulær, elliptisk og dipol. Vi vet at lapper kan formes i forskjellige former, men på grunn av den enkle fabrikasjonen, brukes normalt sirkulære, firkantede og rektangulære lapper.

Mikrostrip-antenner kan også dannes med en gruppe forskjellige flekker over et dielektrisk substrat. Enten enkle eller flere matelinjer brukes for å gi eksitasjon til mikrostrip-antennen. Så tilstedeværelsen av mikrostrip-elementmatriser gir bedre retningsevne, høy forsterkning og økt overføringsområde med lav interferens.

Virker av Microstrip-antenne

En mikrostripantenne fungerer som; hver gang strøm gjennom en matelinje kommer til mikrostrip-antennens stripe, produseres elektromagnetiske bølger. Så disse bølgene fra lappen vil begynne å stråle fra breddesiden. Men når strimmeltykkelsen er veldig liten, vil bølgene som produseres i underlaget bli reflektert gjennom strimmelkanten. Den konstante stripestrukturen langs lengden tillater ikke stråling.

Mikrostrip-antennens lave utstrålingsevne gjør det mulig å dekke kun bølgeoverføringer med små avstander som butikker, innendørs lokasjoner eller lokale kontorer. Så denne ineffektive bølgeoverføringen er ikke akseptabel i en sentralisert lokalitet i et veldig stort område. Vanligvis er halvkuleformet dekning gitt av en patch-antenne i en 30⁰ – 180⁰ vinkel i avstand fra festet.

Mikrostrip-antennespesifikasjoner

Mikrostrip-antennespesifikasjonene inkluderer følgende.

• Resonansfrekvensen er 1,176 GHz.
• Frekvensområdet til mikrostripantennen er fra 2,26 GHz til 2,38 GHz.
• Substratets dielektriske konstant er 5,9.
• Høyden til det dielektriske substratet er 635um.
• Fôringsmetoden er en mikrostrip-linjefôring.
• Taptangensen er 0,00 12.
• Lederen er sølv.
• Tykkelsen på lederen er 25um.
• Båndbredden er for ± 10 GHz.
• Forsterkningen er over 5dB.
• Dens aksiale forhold er under 4dB.
• Avkastningstapet er bedre enn 15dB.

Mikrostrip-antennetyper

Det er forskjellige typer mikrostrip-antenner tilgjengelig som diskuteres nedenfor.

Microstrip Patch-antenne

Disse antennetypene er lavprofilantenner der en metalllapp er anordnet på bakkenivå gjennom et dielektrisk materiale i mellom som består av en stripe (eller) Patch-antenne. Disse antennene er ekstremt små antenner med lav stråling. Denne antennen inkluderer en utstrålende lapp på den ene siden av et dielektrisk substrat og på den andre siden har den et jordingsplan.

Vanligvis er lappen laget av ledende materiale som gull eller kobber. Disse typene antenner kan dannes med en mikrostrip-metode ved ganske enkelt å fremstille på et PCB. Disse antennene brukes i mikrobølgefrekvensapplikasjoner som har høyere frekvens enn 100 MHz.

Microstrip dipolantenne

Mikrostripen dipol antenne er en tynn mikrostrip-leder og er plassert på selve delen av underlaget og den er dekket helt med metall på den ene siden kjent som jordplanet. Disse antennene brukes i digitale kommunikasjonsenheter som datamaskiner og noder for WLAN. Bredden på denne antennetypen er liten, så den kan brukes ved inngangspunktet til WLAN-systemet.

Trykt sporantenne

Trykt sporantenne spiller en nøkkelrolle i å forbedre antennens båndbredde med strålingsmønstre i begge retninger. Denne antennens følsomhet er lav sammenlignet med vanlige antenner. Disse antennene er påkrevd gjennom en matelinje som er anordnet reversert til substratet og vertikalt til sporaksen som er anordnet over lappen.

Microstrip Travelling Wave Antenne

Microstrip-antenner for reisebølge er hovedsakelig utformet med en lang Microstrip-linje med tilstrekkelig bredde for å støtte TE-tilkoblingen. Disse typene mikrobrikkeantenner er utformet på en slik måte at hovedstrålen ligger innenfor enhver rute fra bredside til endebrann.

Fôringsmetoder for mikrostripantenne

Mikrostripantennen har to matemetoder; kontaktfôr og ikke-kontaktfôr som er omtalt nedenfor.

Kontakter Feed

Kraften i å kontakte matingen tilføres direkte til det utstrålende elementet. Så dette kan gjøres med en koaksial linje/mikrostrip. Denne typen fôringsmetode er igjen klassifisert i to typer; Mikrostripmating og koaksialmating som er omtalt nedenfor.

Mikrostrip feed

Mikrostrip-mating er en ledende stripe med veldig liten bredde enn det utstrålende elementets bredde. Matelinjen gir enkel etsing over underlaget på grunn av at stripen har tynnere dimensjoner. Fordelen med denne typen fôrordning er; at fôret kan etses på toppen av et lignende substrat for å gi en plan struktur. Mateledningen mot strukturen er anordnet enten i midten, forskyvning eller innfelt. Hovedformålet med det innsatte kuttet i lappen er å matche impedansen til mateledningen til lappen uten å kreve noe ekstra matchende element.

Koaksial mating

Denne fôringsmetoden er den mest brukte typen og er en ikke-plan fôringsmetode der z koaksialkabel brukes for mating av lappen. Denne matemetoden er gitt til mikrostrip-antennen på en slik måte at den indre lederen er direkte koblet til lappen, mens den eksterne lederen er koblet til jordplanet.

Impedansen vil endres med forskjellen i arrangementet av koaksialmatingen. Når mateledningen er koblet til hvor som helst i lappen, hjelper det dermed impedanstilpasning. Imidlertid er mateledningen som forbinder gjennom jordplanet litt vanskelig fordi dette vil trenge å bore et hull i underlaget. Denne fôringsmetoden er veldig enkel å fremstille og har mindre falsk stråling. Men dens største ulempe er at den er koblet til en jordplankontakt.

Ikke-kontakt feed

Strømmen gis til det utstrålende elementet fra mateledningen med elektromagnetisk kobling. Disse fôringsmetodene finnes i tre typer; blenderkoplet, nærhetskoblet og grenledningsmating.

Aperture Coupled Feed

Aperturmateteknikken inkluderer to dielektriske substrater som antenne dielektrisk substrat, og et mate dielektrisk substrat som er delt enkelt gjennom et jordplan og har et gap i midten. Metalllappen er plassert over substratet til antennen, mens jordplanet er plassert på en annen side av antennens dielektriske. For å gi isolasjon er mateledningen og matedielektrikumet plassert på en annen side av jordplanet.

Denne fôringsteknikken gir en enestående polarisasjonsrenhet som er uoppnåelig med andre fôringsteknikker. Aperture couple feed gir høy båndbredde og er ekstremt nyttig i applikasjoner der vi ikke ønsker å bruke ledninger fra enkeltlag til et annet. Den største ulempen med denne fôringsteknikken er at den trenger flerlagsfabrikasjon.

Nærhetskoblet feed

Nærhetskoblet fôring kalles også indirekte fôring der jordplanet ikke er tilstede. Sammenlignet med en blenderkoblet mateantenne er den veldig enkel å produsere. På den ledende overflaten av antennen er det et spor og kobling er gitt med en mikrostrip-linje.

Denne fôringsmetoden gir lav falsk stråling og en enorm båndbredde. Mateledningen i denne metoden er plassert mellom to dielektriske substrater. Matelinjekanten er anordnet på et eller annet punkt der inngangsimpedansen til mikrostripantennen er 50 ohm. Denne mateteknikken har forbedret båndbreddeeffektiviteten sammenlignet med andre typer metoder. Den største ulempen med denne teknikken er; at flerlags fabrikasjon er mulig og det gir dårlig polarisasjonsrenhet.

Branch Line Feed

I grenledningsmateteknikken er en ledende stripe direkte koblet til lappkanten på mikrostripen. Sammenlignet med lappen er bredden på den ledende stripen mindre. Hovedfordelen med denne fôringsteknikken er; at fôret etses på et lignende underlag for å gi en plan struktur.

Et innfelt snitt kan integreres i lappen for å få utmerket impedanstilpasning uten behov for noe ekstra matchende element. Dette kan oppnås ved å kontrollere innsettingsposisjonen riktig, ellers kan vi kutte sporet og etse det fra lappen med en passende størrelse. Videre blir denne fôringsteknikken brukt og kalt som grenlinjefôringsteknikk.

Microstrip-antennestrålingsmønster

Den grafiske representasjonen av antennens strålingsegenskaper er kjent som strålingsmønster som forklarer hvordan antennen sender ut energi ut i verdensrommet. Variasjonen i kraften som en ankomstvinkels funksjon overvåkes i det fjerne feltet av antennen.

Mikrostrip-antennes strålingsmønster er bredt og har mindre strålingseffekt og smal frekvens BW. Mikrostripantennens strålingsmønster er vist nedenfor som har mindre retningsevne. Ved å bruke disse antennene kan en gruppe dannes for å ha en overlegen retningsevne.

Kjennetegn

De mikrostrip antenne egenskaper Inkluder følgende.

• Mikrostrip-antennelappen skal være et ekstremt tynt ledende område.
• Sammenlignet med en lapp bør jordplanet ha ganske ekstremt store dimensjoner.
• Foto-etsing på underlaget gjøres for å konstruere det utstrålende elementet og matelinjene.
• Et tykt dielektrisk substrat med dielektrisk konstant i området 2,2 til 12 gir utmerket ytelse til en antenne.
• Microstrip-elementarrayer i mikrostrip-antennedesignet tilbyr overlegen retningsevne.
• Microstrip-antenner tilbyr stor strålebredde.
• Denne antennen gir ekstremt høykvalitetsfaktorer fordi en høy Q-faktor resulterer i lav effektivitet og liten båndbredde. Men dette kan kompenseres ved ganske enkelt å øke bredden på underlaget. Økningen i bredden utover en bestemt grense vil imidlertid føre til et unødvendig effekttap.

Fordeler og ulemper

De fordelene med mikrostrip-antenne Inkluder følgende.

• Microstrip-antenner er veldig små.
• Disse antennenes vekt er mindre.
• Fremstillingsprosedyren gitt av denne antennen er enkel.
• Installasjonen er veldig enkel på grunn av dens lille størrelse og volum.
• Den tilbyr enkel integrasjon av andre enheter.
• Denne antennen kan utføre dobbelt- og trippelfrekvensoperasjoner.
• Disse antennegruppene kan enkelt konstrueres.
• Denne antennen gir en høy mengde robusthet over sterke overflater.
• Det er enkelt å lage, tilpasse og modifisere..
• Denne antennen har enkel og rimelig konstruksjon.
• I denne antennen er lineær og sirkulær polarisering oppnåelig.
• Det passer for array-antenner.
• Den er kompatibel med monolittiske mikrobølge-ICer.
• Båndbredden kan utvides ved ganske enkelt å forbedre bredden på dielektrisk materiale.

De ulemper med mikrostrip-antenner Inkluder følgende.

• Denne antennen gir mindre forsterkning.
• Effektiviteten til denne typen antenner er lav på grunn av leder- og dielektriske tap.
• Denne antennen har et høyt spekter av krysspolarisasjonsstråling.
• Strømhåndteringskapasiteten til denne antennen er lav.
• Den har mindre impedansbåndbredde.
• Strukturen til denne antennen stråler fra feeds og andre koblingspunkter.
• Denne antennen viser ekstremt følsom ytelse overfor økologiske faktorer.
• Disse antennene er mer utsatt for smidde matestråling.
• Denne antennen har flere leder- og dielektriske tap.

applikasjoner

De bruker eller anvendelser av mikrostrip-antenner Inkluder følgende.

• Microstrip-antenner kan brukes i forskjellige felt; i missiler, satellitter , romfartøy, fly, trådløse kommunikasjonssystemer, mobiltelefoner, fjernmåling og radarer.
• Disse antennene brukes i trådløs kommunikasjon. for å vise kompatibilitet med håndholdte enheter som mobiltelefoner og personsøkere.
• Disse brukes på missiler som kommunikasjonsantenner.
• Disse antennene har en liten størrelse, så de brukes i mikrobølge- og satellittkommunikasjonsapplikasjoner.
• GPS er en av hovedfordelene med mikrostrip-antenner fordi den gir enkel sporing av kjøretøy og marinesoldater.
• Disse brukes i phased array radarer å håndtere båndbreddetoleranse lik noen prosentandel.

Hvordan forbedre båndbredden til Microstrip-antenne?

Båndbredden til en mikrostrip-antenne kan forbedres ved hjelp av forskjellige teknikker som å forbedre substrattykkelsen med lav dielektrisitetskonstant, sporskjæring, sondemating gjennom hakkskjæring og forskjellige former for antenner

Hvorfor stråler mikrostripantenner?

Microstrip patch-antenner stråler hovedsakelig på grunn av kantfeltene mellom patchkanten og jordplanet.

Hvordan øke forsterkningen av Microstrip-antenne?

Forsterkningen til mikrostrip-antennen kan økes med en parasittisk lapp og luftgap mellom matelappen og jordplanet.

Dermed er dette en oversikt over mikrostrip-antenne , arbeid og dets applikasjoner. Denne antennen er en ganske moderne oppfinnelse som tillater praktisk integrering av en antenne og andre drivkretser for et kommunikasjonssystem på en vanlig PCB (eller) en halvlederbrikke. Disse er mye brukt i et omfattende utvalg av nåværende mikrobølgesystemer i området gigahertz. Hovedfordelene med denne antennen er; lette, lave kostnader, konforme former og kompatibilitet med de monolittiske og hybride mikrobølge-IC-ene. Her er et spørsmål til deg: Hva er en dipol antenne ?