Eine Antenne oder Antenne ist in der Funktechnik ein Spezialgebiet Wandler , bestehend aus einer Reihe von Leitern, die elektrisch mit dem Sender oder Empfänger verbunden sind. Die Hauptfunktion einer Antenne besteht darin, Funkwellen gleichmäßig in alle horizontalen Richtungen zu senden und zu empfangen. Antennen sind in verschiedenen Typen und Formen erhältlich. Die kleinen Antennen befinden sich auf den Dächern von Häusern, um fernzusehen, und große Antennen erfassen Signale verschiedener Satelliten, die Millionen von Kilometern entfernt sind. Antennen bewegen sich vertikal und horizontal, um das Signal zu erfassen und zu übertragen. Es gibt verschiedene Arten von Antennen verfügbar wie Apertur, Draht, Linse, Reflektor, Mikrostreifen, logarithmisch periodisch, Array und viele mehr. Dieser Artikel bietet einen Überblick über Mikrostreifenantenne .
Definition der Mikrostreifenantenne
Eine Antenne, die durch einfaches Herausätzen eines Stücks leitenden Materials über einer dielektrischen Oberfläche geformt wird, wird Mikrostreifenantenne oder Patchantenne genannt. Auf der Grundebene dieser Mikrostreifenantenne ist das dielektrische Material montiert, wobei diese Ebene die gesamte Struktur trägt. Darüber hinaus kann die Erregung dieser Antenne über Zuleitungen erfolgen, die mit dem Patch verbunden sind. Im Allgemeinen gelten diese Antennen als Antennen mit niedrigem Profil, die in Mikrowellenfrequenzanwendungen mit einer Frequenz über 100 MHz verwendet werden.
Der Mikrostreifen/Patch der Antenne kann zur einfacheren Analyse und Herstellung rechteckig, quadratisch, elliptisch und kreisförmig ausgewählt werden. Einige Mikrostreifenantennen verwenden kein dielektrisches Substrat, sondern bestehen aus einem Metallpflaster, das mit dielektrischen Abstandshaltern auf einer Grundplatte montiert ist. Daher ist die resultierende Formation weniger stark, aber ihre Bandbreite ist größer.
Aufbau einer Mikrostreifenantenne
Das Design einer Mikrostreifenantenne kann mit Hilfe eines extrem dünnen Metallstreifens erfolgen, indem dieser auf einer Masseebene zwischen einem dielektrischen Material angeordnet wird. Hier ist das dielektrische Material ein Substrat, das zum Trennen des Streifens von der Masseebene verwendet wird. Sobald diese Antenne erregt ist, werden die erzeugten Wellen im Dielektrikum reflektiert und die von den Metallfleckkanten emittierte Energie ist sehr gering. Diese Antennenformen werden durch die metallische Patchform identifiziert, die auf dem dielektrischen Material angeordnet ist.
Im Allgemeinen werden der Streifen/Patch und die Zuleitungen auf der Oberfläche des Substrats fotogeätzt. Es gibt verschiedene Mikrostreifenantennenformen wie Quadrat, Dipol, Rechteck, Kreis, Ellipse und Dipol. Wir wissen, dass Flicken in verschiedenen Formen hergestellt werden können, aber aufgrund der einfachen Herstellung werden normalerweise runde, quadratische und rechteckige Flicken verwendet.
Mikrostreifenantennen können auch mit einer Gruppe verschiedener Patches über einem dielektrischen Substrat gebildet werden. Zur Anregung der Mikrostreifenantenne werden entweder einzelne oder mehrere Speiseleitungen verwendet. Das Vorhandensein von Mikrostreifenelement-Arrays sorgt also für eine bessere Richtwirkung, eine hohe Verstärkung und einen größeren Übertragungsbereich bei geringer Interferenz.
Funktionsweise einer Mikrostreifenantenne
Eine Mikrostreifenantenne funktioniert wie folgt: Immer wenn Strom durch eine Zuleitung den Streifen der Mikrostreifenantenne erreicht, werden elektromagnetische Wellen erzeugt. Diese Wellen des Pflasters beginnen also, von der Breitenseite her auszustrahlen. Wenn die Banddicke jedoch sehr gering ist, werden die im Substrat erzeugten Wellen an der Bandkante reflektiert. Die über die Länge konstante Streifenstruktur lässt keine Strahlungsemission zu.
Die geringe Strahlungsfähigkeit der Mikrostreifenantenne ermöglicht die Abdeckung von Wellenübertragungen nur über kleine Entfernungen, z. B. in Geschäften, Innenräumen oder örtlichen Büros. Daher ist diese ineffiziente Wellenübertragung an einem zentralisierten Ort in einem sehr großen Gebiet nicht akzeptabel. Normalerweise wird eine halbkugelförmige Abdeckung durch eine Patchantenne in einem Winkel von 30⁰ – 180⁰ in einem Abstand von der Halterung gewährleistet.
Spezifikationen der Mikrostreifenantenne
Die Spezifikationen der Mikrostreifenantenne umfassen Folgendes.
- Seine Resonanzfrequenz beträgt 1,176 GHz.
- Der Frequenzbereich der Mikrostreifenantenne reicht von 2,26 GHz bis 2,38 GHz.
- Die Dielektrizitätskonstante des Substrats beträgt 5,9.
- Die Höhe des dielektrischen Substrats beträgt 635 µm.
- Bei der Einspeisung handelt es sich um eine Mikrostreifenleitungseinspeisung.
- Der Verlustfaktor beträgt 0,00 12.
- Der Dirigent ist Silber.
- Die Dicke des Leiters beträgt 25 um.
- Seine Bandbreite beträgt ± 10 GHz.
- Seine Verstärkung liegt über 5 dB.
- Sein Axialverhältnis liegt unter 4 dB.
- Seine Rückflussdämpfung ist besser als 15 dB.
Mikrostrip-Antennentypen
Es stehen verschiedene Arten von Mikrostreifenantennen zur Verfügung, die im Folgenden erläutert werden.
Mikrostreifen-Patchantenne
Bei diesen Antennentypen handelt es sich um Antennen mit niedrigem Profil, bei denen ein Metallpatch auf Bodenhöhe durch ein dazwischen liegendes dielektrisches Material angeordnet ist und eine Streifenantenne (oder Patchantenne) bildet. Bei diesen Antennen handelt es sich um äußerst kleine Antennen mit geringer Strahlung. Diese Antenne umfasst einen Strahlungsfleck auf einer Seite eines dielektrischen Substrats und auf der anderen Seite eine Erdungsebene.
Im Allgemeinen besteht der Patch aus leitendem Material wie Gold oder Kupfer. Diese Arten von Antennen können mit einem Mikrostreifenverfahren durch einfache Herstellung auf einer Leiterplatte hergestellt werden. Diese Antennen werden in Mikrowellenfrequenzanwendungen mit einer Frequenz über 100 MHz verwendet.
Mikrostreifen-Dipolantenne
Der Mikrostreifen Dipolantenne ist ein dünner Mikrostreifenleiter, der auf dem eigentlichen Teil des Substrats platziert wird und auf einer Seite, der sogenannten Grundebene, vollständig mit Metall bedeckt ist. Diese Antennen werden in digitalen Kommunikationsgeräten wie Computern und den Knoten für WLAN verwendet. Die Breite dieses Antennentyps ist gering, so dass er am Eingangspunkt des WLAN-Systems eingesetzt werden kann.
Gedruckte Schlitzantenne
Eine gedruckte Schlitzantenne spielt eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Antennenbandbreite mit Strahlungsmustern in beide Richtungen. Die Empfindlichkeit dieser Antenne ist im Vergleich zu normalen Antennen gering. Diese Antennen sind entlang einer Speiseleitung erforderlich, die umgekehrt zum Substrat und vertikal zur über dem Patch vorgesehenen Schlitzachse angeordnet ist.
Mikrostreifen-Wanderwellenantenne
Mikrostreifen-Wanderwellenantennen sind hauptsächlich mit einer langen Mikrostreifenleitung mit ausreichender Breite zur Unterstützung der TE-Konnektivität ausgestattet. Diese Arten von Mikrochip-Antennen sind so konzipiert, dass der Hauptstrahl innerhalb jeder Route von der Breitseite bis zum Endfeuer liegt.
Speisemethoden der Mikrostreifenantenne
Die Mikrostreifenantenne verfügt über zwei Speisemethoden; Kontaktbeschickung und nichtkontaktierende Beschickung, die unten besprochen werden.
Feed kontaktieren
Die Stromzufuhr erfolgt direkt an das Strahlungselement. Dies kann also mit einer Koaxialleitung/Mikrostreifenleitung erfolgen. Diese Art der Fütterungsmethode wird wiederum in zwei Typen eingeteilt; Mikrostreifen-Einspeisung und Koaxial-Einspeisung, die unten besprochen werden.
Mikrostreifen-Einspeisung
Bei der Microstrip-Einspeisung handelt es sich um einen leitenden Streifen mit einer sehr geringen Breite als die Breite des Strahlungselements. Die Zuleitung ermöglicht ein einfaches Ätzen über dem Substrat, da der Streifen dünnere Abmessungen hat. Der Vorteil dieser Art der Futteranordnung ist: dass das Futter auf ein ähnliches Substrat geätzt werden kann, um eine planare Struktur zu erhalten. Die Zuleitung zur Struktur erfolgt entweder in der Mitte, versetzt oder eingesetzt. Der Hauptzweck des Einschnitts innerhalb des Patches besteht darin, die Impedanz der Zuleitung an den Patch anzupassen, ohne dass ein zusätzliches Anpassungselement erforderlich ist.
Koaxiale Einspeisung
Diese Einspeisemethode ist die am häufigsten verwendete Art und eine nichtplanare Einspeisemethode, bei der ein Z-Koaxialkabel zur Einspeisung des Patches verwendet wird. Bei der Mikrostreifenantenne erfolgt diese Einspeisung so, dass der Innenleiter direkt mit dem Patch verbunden ist, während der Außenleiter mit der Massefläche verbunden ist.
Die Impedanz ändert sich mit der unterschiedlichen Anordnung der Koaxialeinspeisung. Sobald die Zuleitung irgendwo im Patch angeschlossen ist, hilft dies bei der Impedanzanpassung. Allerdings ist die Versorgungsleitung, die die gesamte Grundplatte verbindet, etwas schwierig, da hierfür ein Loch in den Untergrund gebohrt werden muss. Diese Zufuhrmethode ist sehr einfach herzustellen und weist weniger Störstrahlung auf. Der größte Nachteil besteht jedoch darin, dass es mit einem Groundplane-Anschluss verbunden ist.
Berührungslose Zuführung
Die Stromversorgung des Strahlungselements erfolgt über die Zuleitung mit elektromagnetischer Kopplung. Diese Fütterungsmethoden sind in drei Ausführungen erhältlich; Aperturkopplung, Näherungskopplung und Zweigleitungsspeisung.
Aperturgekoppelter Feed
Die Apertur-Feed-Technik umfasst zwei dielektrische Substrate wie ein dielektrisches Antennensubstrat und ein dielektrisches Feed-Substrat, die einfach durch eine Masseebene geteilt sind und in der Mitte einen Spalt aufweisen. Das Metallpflaster befindet sich über dem Substrat der Antenne, während sich die Erdungsebene auf einer anderen Seite des Antennendielektrikums befindet. Zur Isolierung befinden sich die Zuleitung und das Zuleitungsdielektrikum auf einer anderen Seite der Masseebene.
Diese Zufuhrtechnik bietet eine hervorragende Polarisationsreinheit, die mit anderen Zufuhrtechniken nicht erreichbar ist. Die Einspeisung von Aperturpaaren bietet eine hohe Bandbreite und ist äußerst hilfreich bei Anwendungen, bei denen keine Drähte von einer Schicht zur anderen verwendet werden sollen. Der Hauptnachteil dieser Zuführtechnik besteht darin, dass eine mehrschichtige Herstellung erforderlich ist.
Näherungsgekoppelte Einspeisung
Näherungsgekoppelte Einspeisung wird auch als indirekte Einspeisung bezeichnet, wenn die Masseebene nicht vorhanden ist. Im Vergleich zu einer aperturgekoppelten Speiseantenne ist die Herstellung sehr einfach. Auf der leitenden Seite der Antenne befindet sich ein Schlitz und die Kopplung erfolgt über eine Mikrostreifenleitung.
Diese Einspeisemethode sorgt für geringe Störstrahlung und eine große Bandbreite. Die Zuleitung befindet sich bei diesem Verfahren zwischen zwei dielektrischen Substraten. Die Kante der Zuleitung wird irgendwo dort angeordnet, wo die Eingangsimpedanz der Mikrostreifenantenne 50 Ohm beträgt. Diese Einspeisungstechnik weist im Vergleich zu den anderen Methodentypen eine verbesserte Bandbreiteneffizienz auf. Der Hauptnachteil dieser Technik ist; dass eine mehrschichtige Herstellung möglich ist und eine schlechte Polarisationsreinheit erzielt wird.
Nebenleitungseinspeisung
Bei der Zweigleitungsspeisetechnik wird ein leitender Streifen direkt mit der Patchkante des Mikrostreifens verbunden. Im Vergleich zum Patch ist die Breite des leitenden Streifens geringer. Der Hauptvorteil dieser Fütterungstechnik besteht darin: dass das Futter auf ein ähnliches Substrat geätzt wird, um eine planare Struktur zu ergeben.
In den Patch kann ein Einschnitt integriert werden, um eine hervorragende Impedanzanpassung zu erreichen, ohne dass ein zusätzliches Anpassungselement erforderlich ist. Dies kann erreicht werden, indem die Einfügungsposition richtig kontrolliert wird. Andernfalls können wir den Schlitz ausschneiden und ihn mit einer geeigneten Größe aus dem Patch ätzen. Darüber hinaus wird diese Zuführtechnik verwendet und als Zweigleitungszuführtechnik bezeichnet.
Strahlungsmuster der Mikrostreifenantenne
Die grafische Darstellung der Strahlungseigenschaften der Antenne wird als Strahlungsmuster bezeichnet und erklärt, wie die Antenne Energie in den Weltraum abstrahlt. Die Variation der Leistung als Funktion des Einfallswinkels wird im Fernfeld der Antenne überwacht.
Das Strahlungsmuster der Mikrostreifenantenne ist breit und hat eine geringere Strahlungsleistung und eine schmale Frequenzbandbreite. Unten ist das Strahlungsmuster der Mikrostreifenantenne dargestellt, die eine geringere Richtwirkung aufweist. Durch die Verwendung dieser Antennen kann ein Array mit einer überlegenen Richtwirkung gebildet werden.
Eigenschaften
Der Eigenschaften der Mikrostreifenantenne das Folgende einschließen.
- Das Mikrostreifenantennen-Patch sollte ein extrem dünner leitender Bereich sein.
- Im Vergleich zu einem Patch sollte die Grundplatte relativ große Abmessungen haben.
- Zur Konstruktion des Strahlungselements und der Zuleitungen wird eine Fotoätzung auf dem Substrat durchgeführt.
- Ein dickes dielektrisches Substrat mit einer Dielektrizitätskonstante im Bereich von 2,2 bis 12 bietet eine hervorragende Leistung einer Antenne.
- Mikrostreifen-Elementarrays im Mikrostreifen-Antennendesign bieten eine hervorragende Richtwirkung.
- Mikrostreifenantennen bieten eine große Strahlbreite.
- Diese Antenne bietet extrem hohe Qualitätsfaktoren, da ein hoher Q-Faktor zu einem geringen Wirkungsgrad und einer geringen Bandbreite führt. Dies kann jedoch durch eine einfache Vergrößerung der Substratbreite ausgeglichen werden. Allerdings führt die Vergrößerung der Breite über einen bestimmten Grenzwert hinaus zu einem unnötigen Leistungsverlust.
Vorteile und Nachteile
Der Vorteile der Mikrostreifenantenne das Folgende einschließen.
- Mikrostreifenantennen sind sehr klein.
- Das Gewicht dieser Antenne ist geringer.
- Das Herstellungsverfahren dieser Antenne ist einfach.
- Aufgrund seiner geringen Größe und seines geringen Volumens ist die Installation sehr einfach.
- Es bietet eine einfache Integration durch andere Geräte.
- Diese Antenne kann Doppel- und Dreifrequenzbetrieb durchführen.
- Diese Antennenarrays können einfach aufgebaut werden.
- Diese Antenne bietet ein hohes Maß an Robustheit über starken Oberflächen.
- Es ist einfach herzustellen, anzupassen und zu modifizieren.
- Diese Antenne ist einfach und kostengünstig aufgebaut.
- Mit dieser Antenne ist eine lineare und zirkulare Polarisation erreichbar.
- Es eignet sich für Array-Antennen.
- Es ist mit monolithischen Mikrowellen-ICs kompatibel.
- Die Bandbreite kann durch einfaches Verbessern der Breite des dielektrischen Materials erweitert werden.
Der Nachteile von Mikrostreifenantennen das Folgende einschließen.
- Diese Antenne bietet weniger Gewinn.
- Der Wirkungsgrad dieses Antennentyps ist aufgrund von Leiter- und dielektrischen Verlusten gering.
- Diese Antenne verfügt über eine hohe Reichweite an Kreuzpolarisationsstrahlung.
- Die Belastbarkeit dieser Antenne ist gering.
- Es hat eine geringere Impedanzbandbreite.
- Die Struktur dieser Antenne strahlt von Einspeisungen und anderen Verbindungspunkten ab.
- Diese Antenne zeigt ein äußerst sensibles Verhalten gegenüber ökologischen Faktoren.
- Diese Antennen sind anfälliger für gefälschte Speisestrahlung.
- Diese Antenne hat mehr Leiter- und dielektrische Verluste.
Anwendungen
Der verwendet bzw Anwendungen von Mikrostreifenantennen das Folgende einschließen.
- Mikrostreifenantennen sind in verschiedenen Bereichen einsetzbar; in Raketen, Satelliten , Raumfahrzeuge, Flugzeuge, drahtlose Kommunikationssysteme, Mobiltelefone, Fernerkundung und Radare.
- Diese Antennen werden in der drahtlosen Kommunikation verwendet. um die Kompatibilität mit Handheld-Geräten wie Mobiltelefonen und Pagern anzuzeigen.
- Diese werden auf Raketen als Kommunikationsantennen eingesetzt.
- Diese Antennen sind klein und werden daher in Mikrowellen- und Satellitenkommunikationsanwendungen verwendet.
- GPS ist einer der Hauptvorteile von Mikrostreifenantennen, da sie die Verfolgung von Fahrzeugen und Marinesoldaten erleichtern.
- Diese werden im Phased Array eingesetzt Radargeräte um eine Bandbreitentoleranz zu handhaben, die einem bestimmten Prozentsatz entspricht.
Wie kann die Bandbreite einer Mikrostreifenantenne verbessert werden?
Die Bandbreite einer Mikrostreifenantenne kann durch verschiedene Techniken wie die Erhöhung der Substratdicke mit niedriger Dielektrizitätskonstante, Schlitzschneiden, Sondenzuführung durch Kerbenschneiden und verschiedene Antennenformen erhöht werden
Warum strahlen Mikrostreifenantennen?
Mikrostreifen-Patchantennen strahlen hauptsächlich aufgrund der Randfelder zwischen der Patchkante und der Masseebene.
Wie kann der Gewinn einer Mikrostreifenantenne erhöht werden?
Der Gewinn der Mikrostreifenantenne kann durch einen parasitären Patch und einen Luftspalt zwischen dem Speisepatch und der Masseebene erhöht werden.
Das ist also so Eine Übersicht über Mikrostreifenantennen , Arbeiten und seine Anwendungen. Diese Antenne ist eine recht moderne Erfindung, die die bequeme Integration einer Antenne und anderer Treiberschaltkreise eines Kommunikationssystems auf einer gemeinsamen Leiterplatte (oder einem Halbleiterchip) ermöglicht. Diese werden in einer Vielzahl aktueller Mikrowellensysteme im Gigahertz-Bereich umfassend eingesetzt. Die Hauptvorteile dieser Antenne sind: Leicht, kostengünstig, konforme Formen und Kompatibilität mit den monolithischen und hybriden Mikrowellen-ICs. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein Dipolantenne ?
