Een antenne of antenne in radiotechniek is een specialist transducer , ontworpen door een reeks geleiders die elektrisch zijn verbonden met de zender of ontvanger. De belangrijkste functie van een antenne is het gelijkmatig verzenden en ontvangen van radiogolven binnen alle horizontale richtingen. Antennes zijn verkrijgbaar in verschillende soorten en vormen. De kleine antennes zijn te vinden op het dak van huizen om tv te kijken en grote antennes vangen signalen op van verschillende satellieten die miljoenen kilometers ver weg zijn. Antennes bewegen verticaal en horizontaal om het signaal op te vangen en te verzenden. Er zijn verschillende soorten antennes beschikbaar zoals diafragma, draad, lens, reflector, microstrip, log periodiek, array en nog veel meer. Dit artikel bespreekt een overzicht van microstrip-antenne .

Microstrip-antennedefinitie

Een antenne die wordt gevormd door eenvoudigweg een stuk geleidend materiaal boven een diëlektrisch oppervlak te etsen, wordt een microstripantenne of een patchantenne genoemd. Op het grondvlak van deze microstrip-antenne is het diëlektrische materiaal gemonteerd, waar dit vlak de hele structuur ondersteunt. Daarnaast kan de bekrachtiging naar deze antenne worden voorzien van voedingslijnen die op de patch worden aangesloten. Over het algemeen worden deze antennes beschouwd als antennes met een laag profiel die worden gebruikt in microgolffrequentietoepassingen met een frequentie boven 100 MHz.

Microstrip-antenne

De microstrip/patch van de antenne kan worden geselecteerd als rechthoekig, vierkant, elliptisch en cirkelvormig voor gemakkelijke analyse en fabricage. Sommige microstripantennes maken geen gebruik van een diëlektrisch substraat, maar zijn gemaakt met een metalen patch die op een aardvlak is gemonteerd met diëlektrische afstandhouders; dus de resulterende formatie is minder sterk, maar de bandbreedte is groter.

Microstrip-antenneconstructie

Het ontwerpen van een microstrip-antenne kan worden gedaan met behulp van een extreem dunne metalen strip door deze op een aardvlak tussen een diëlektrisch materiaal te plaatsen. Hier is het diëlektrische materiaal een substraat dat wordt gebruikt voor het scheiden van de strip van het aardvlak. Zodra deze antenne is bekrachtigd, ondergaan de gegenereerde golven in het diëlektricum reflecties en is de energie die wordt uitgezonden door de metalen patchranden erg laag. Deze antennevormen worden geïdentificeerd door de metalen patchvorm die op het diëlektrische materiaal is aangebracht.

Microstrip-antenneconstructie

Over het algemeen worden de strip/patch en de voedingslijnen foto-geëtst op het oppervlak van het substraat. Er zijn verschillende microstrip-antennevormen zoals vierkant, dipool, rechthoekig, rond, elliptisch en dipool. We weten dat patches in verschillende vormen kunnen worden gevormd, maar vanwege de gemakkelijke fabricage worden normaal gesproken ronde, vierkante en rechthoekige patches gebruikt.

Microstrip-antennes kunnen ook worden gevormd met een groep verschillende plekken boven een diëlektrisch substraat. Er worden enkele of meerdere voedingslijnen gebruikt om excitatie aan de microstripantenne te geven. De aanwezigheid van microstrip-elementarrays zorgt dus voor een betere gerichtheid, hoge versterking en een groter transmissiebereik met weinig interferentie.

Werking van Microstrip-antenne

Een microstrip-antenne werkt als; telkens wanneer stroom door een voedingslijn de strip van de microstrip-antenne bereikt, worden elektromagnetische golven geproduceerd. Dus deze golven van de patch zullen vanaf de breedtezijde gaan uitstralen. Wanneer de stripdikte echter erg klein is, zullen de in het substraat geproduceerde golven door de striprand worden gereflecteerd. De constante stripstructuur over de lengte laat geen stralingsemissie toe.

Het lage stralingsvermogen van de microstrip-antenne maakt het mogelijk alleen golftransmissies over kleine afstanden te dekken, zoals winkels, binnenlocaties of lokale kantoren. Deze inefficiënte golftransmissie is dus niet acceptabel op een gecentraliseerde plaats in een zeer groot gebied. Meestal wordt hemisferische dekking geboden door een patchantenne in een hoek van 30⁰ – 180⁰ op een afstand van de houder.

“ac en dc huidige verschil: ”

Specificaties microstrip-antenne

De specificaties van de microstripantenne omvatten het volgende.

De resonantiefrequentie is 1,176 GHz.
Het frequentiebereik van de microstrip-antenne bedraagt 2,26 GHz tot 2,38 GHz.
De diëlektrische constante van het substraat is 5,9.
De hoogte van het diëlektrische substraat is 635um.
De invoermethode is een lijnvoeding met microstrips.
De verliestangens is 0,00 12.
De geleider is zilver.
De dikte van de geleider is 25um.
De bandbreedte bedraagt ± 10 GHz.
De versterking bedraagt meer dan 5dB.
De axiale verhouding is minder dan 4dB.
Het retourverlies is beter dan 15dB.

Typen microstrip-antennes

Er zijn verschillende soorten microstrip-antennes beschikbaar, die hieronder worden besproken.

Microstrip-patchantenne

Dit soort antennes zijn antennes met een laag profiel waarbij een metalen patch op grondniveau is aangebracht door een diëlektrisch materiaal ertussen, bestaande uit een strip (of) patchantenne. Deze antennes zijn extreem kleine antennes met weinig straling. Deze antenne heeft een stralingsvlak aan de ene kant van een diëlektrisch substraat en aan de andere kant een aardvlak.

Over het algemeen is de patch gemaakt van geleidend materiaal zoals goud of koper. Dit soort antennes kunnen worden gevormd met een microstripmethode door simpelweg op een PCB te fabriceren. Deze antennes worden gebruikt in microgolffrequentietoepassingen met een hogere frequentie dan 100 MHz.

Patch-antenne

Microstrip-dipoolantenne

De microstrip dipool antenne is een dunne microstripgeleider en wordt op het eigenlijke deel van het substraat geplaatst en is aan één zijde volledig bedekt met metaal, ook wel het aardvlak genoemd. Deze antennes worden gebruikt in digitale communicatieapparaten zoals computers en de knooppunten voor WLAN. De breedte van dit type antenne is klein, zodat deze kan worden gebruikt bij de ingang van het WLAN-systeem.

Dipool-antenne

Gedrukte slotantenne

Gedrukte slotantenne speelt een sleutelrol bij het vergroten van de bandbreedte van de antenne met stralingspatronen in beide richtingen. De gevoeligheid van deze antenne is laag in vergelijking met de normale antennes. Deze antennes zijn vereist in een voedingslijn die omgekeerd ten opzichte van het substraat en verticaal ten opzichte van de sleufas boven de patch is aangebracht.

Bedrukte gleuftype antenne

Microstrip reizende golfantenne

Microstrip-lopende-golfantennes zijn hoofdzakelijk ontworpen met een lange Microstrip-lijn die voldoende breed is om de TE-connectiviteit te ondersteunen. Dit soort microchip-antennes zijn zo ontworpen dat de hoofdbundel binnen elke route ligt, van de breedte tot het einde van de brand.

Microstrip reizende golfantenne

Voedingsmethoden van Microstrip-antenne

De microstripantenne heeft twee voedingsmethoden; contactmakende feed en niet-contacterende feed die hieronder worden besproken.

Contact opnemen met Feed

Het vermogen bij het contact maken met de voeding wordt rechtstreeks aan het stralingselement geleverd. Dit kan dus met een coaxiale lijn/microstrip. Dit type voedingsmethode wordt opnieuw ingedeeld in twee typen; Microstripvoeding en coaxiale voeding die hieronder worden besproken.

Microstrip-toevoer

Microstrip-toevoer is een geleidende strip met een zeer kleine breedte dan de breedte van het stralingselement. De aanvoerlijn maakt eenvoudig etsen boven het substraat mogelijk doordat de strook dunnere afmetingen heeft. Het voordeel van dit soort voerarrangement is; dat de voeding op een soortgelijk substraat kan worden geëtst om een vlakke structuur te bieden. De voedingslijn naar de structuur wordt in het midden, op afstand of in het midden aangebracht. Het belangrijkste doel van de inzetsnede in de patch is om de impedantie van de voedingslijn aan te passen aan de patch zonder dat er een extra aanpassingselement nodig is.

Coaxiale voeding

Deze voedingsmethode is het meest gebruikte type en is een niet-planaire voedingsmethode waarbij z-coaxkabel wordt gebruikt voor het voeden van de patch. Deze voedingsmethode wordt op een zodanige manier aan de microstripantenne gegeven dat de binnenste geleider rechtstreeks op de patch is aangesloten, terwijl de externe geleider op het aardvlak is aangesloten.

De impedantie zal veranderen afhankelijk van het verschil in de opstelling van de coaxiale voeding. Zodra de voedingslijn ergens in de patch is aangesloten, wordt de impedantie-aanpassing bevorderd. De voedingslijn die door het gehele grondvlak loopt, is echter een beetje moeilijk, omdat hiervoor een gat in het substraat moet worden geboord. Deze voedingsmethode is zeer eenvoudig te vervaardigen en heeft minder ongewenste straling. Maar het grootste nadeel is dat het is aangesloten op een aardvlakconnector.

Contactloze feed

De stroom wordt vanuit de toevoerleiding via elektromagnetische koppeling aan het stralingselement gegeven. Deze voermethoden zijn verkrijgbaar in drie soorten; apertuurgekoppeld, nabijheidsgekoppeld en aftakleidingtoevoer.

Diafragma gekoppelde voeding

“hoe maak je een li-ion batterijlader? ”

De diafragmavoedingstechniek omvat twee diëlektrische substraten, zoals een diëlektrisch antennesubstraat, en een diëlektrisch voedingssubstraat die eenvoudig door een aardvlak zijn verdeeld en een opening in het midden hebben. De metalen patch bevindt zich boven het substraat van de antenne, terwijl het aardvlak zich op een ander vlak van het diëlektricum van de antenne bevindt. Om isolatie te bieden, bevinden de voedingslijn en het voedingsdiëlektricum zich aan een andere kant van het aardvlak.

Deze voedingstechniek biedt een uitstekende polarisatiezuiverheid die met andere voedingstechnieken niet kan worden bereikt. Aperture couple feed biedt een hoge bandbreedte en is uiterst nuttig in toepassingen waarbij we geen draden van de ene laag naar de andere willen gebruiken. Het belangrijkste nadeel van deze voedingstechniek is dat er een meerlaagse fabricage nodig is.

Nabijheidsgekoppelde voeding

Nabijheidsgekoppelde voeding wordt ook wel indirecte voeding genoemd, waarbij het grondvlak niet aanwezig is. Vergeleken met een apertuurgekoppelde voedingsantenne is deze zeer eenvoudig te vervaardigen. Op het geleidende vlak van de antenne bevindt zich een gleuf en er wordt een koppeling gemaakt met een microstriplijn.

Deze voedingsmethode biedt weinig ongewenste straling en een enorme bandbreedte. De toevoerleiding bevindt zich bij deze methode tussen twee diëlektrische substraten. De voedingslijnrand bevindt zich op een punt waar de ingangsimpedantie van de microstripantenne 50 ohm is. Deze voedingstechniek heeft een verbeterde bandbreedte-efficiëntie in vergelijking met de andere soorten methoden. Het belangrijkste nadeel van deze techniek is; dat meerlaagse fabricage mogelijk is en dat het een slechte polarisatiezuiverheid oplevert.

Aftakleidingtoevoer

Bij de aftaklijntoevoertechniek wordt een geleidende strip rechtstreeks verbonden met de patchrand van de microstrip. In vergelijking met de patch is de breedte van de geleidende strip kleiner. Het belangrijkste voordeel van deze voertechniek is; dat de voeding op een soortgelijk substraat wordt geëtst om een vlakke structuur te verkrijgen.

Er kan een inzetsnede in de patch worden geïntegreerd om een uitstekende impedantie-aanpassing te verkrijgen zonder dat er een extra aanpassingselement nodig is. Dit kan worden bereikt door de insteekpositie goed te controleren, anders kunnen we de gleuf in stukken snijden en deze met een geschikt formaat uit de patch etsen. Bovendien wordt deze voertechniek gebruikt en ook wel zijlijnvoertechniek genoemd.

Microstrip Antenne Stralingspatroon

De grafische weergave van de stralingseigenschappen van de antenne staat bekend als het stralingspatroon, dat uitlegt hoe de antenne energie de ruimte in stuurt. De variatie in het vermogen als functie van de aankomsthoek wordt bewaakt in het verre veld van de antenne.

Het stralingspatroon van de microstripantenne is breed en heeft minder stralingsvermogen en een smalle frequentie BW. Hieronder wordt het stralingspatroon van de microstripantenne weergegeven, dat een lagere richtingsgevoeligheid heeft. Door deze antennes te gebruiken, kan een array worden gevormd met een superieure richtingsgevoeligheid.

Stralingspatroon

Kenmerken

De kenmerken van de microstripantenne omvatten het volgende.

De microstrip-antennepatch moet een extreem dun geleidend gebied zijn.
Vergeleken met een patch moet het grondvlak tamelijk extreem grote afmetingen hebben.
Foto-etsen op het substraat wordt gedaan om het stralingselement en de voedingslijnen te construeren.
Een dik diëlektrisch substraat met een diëlektrische constante in het bereik van 2,2 tot 12 biedt uitstekende prestaties van een antenne.
Microstrip-elementarrays in het microstrip-antenneontwerp bieden superieure directiviteit.
Microstrip-antennes bieden een grote bundelbreedte.
Deze antenne biedt extreem hoogwaardige factoren omdat een hoge Q-factor resulteert in een laag rendement en een kleine bandbreedte. Maar dit kan worden gecompenseerd door simpelweg de breedte van het substraat te vergroten. De toename in breedte voorbij een bepaalde limiet zal echter een onnodig vermogensverlies veroorzaken.

Voor-en nadelen

De voordelen van microstrip-antenne omvatten het volgende.

Microstrip-antennes zijn erg klein.
Het gewicht van deze antenne is minder.
De fabricageprocedure van deze antenne is eenvoudig.
De installatie is zeer eenvoudig vanwege het kleine formaat en volume.
Het biedt eenvoudige integratie met andere apparaten.
Deze antenne kan dubbele en drievoudige frequentiebewerkingen uitvoeren.
Deze antenne-arrays kunnen eenvoudig worden geconstrueerd.
Deze antenne biedt een hoge mate van robuustheid boven sterke oppervlakken.
Het is eenvoudig te fabriceren, aan te passen en aan te passen.
Deze antenne heeft een eenvoudige en goedkope constructie.
In deze antenne is lineaire en circulaire polarisatie haalbaar.
Het is geschikt voor array-antennes.
Het is compatibel met monolithische microgolf-IC's.
De bandbreedte kan worden uitgebreid door eenvoudigweg de breedte van het diëlektrisch materiaal te verbeteren.

De nadelen van microstripantennes omvatten het volgende.

Deze antenne levert minder winst op.
Het rendement van dit type antenne is laag vanwege geleider- en diëlektrische verliezen.
Deze antenne heeft een hoog bereik aan kruispolarisatiestraling.
De belastbaarheid van deze antenne is laag.
Het heeft een kleinere impedantiebandbreedte.
De structuur van deze antenne straalt uit voedingen en andere knooppunten.
Deze antenne vertoont extreem gevoelige prestaties ten aanzien van ecologische factoren.
Deze antennes zijn gevoeliger voor vervalste voedingsstraling.
Deze antenne heeft meer geleider- en diëlektrische verliezen.

Toepassingen

De gebruikt of toepassingen van microstripantennes omvatten het volgende.

Microstrip-antennes zijn toepasbaar op verschillende gebieden; bij raketten, satellieten , ruimtevaartuigen, vliegtuigen, draadloze communicatiesystemen, mobiele telefoons, teledetectie en radars.
Deze antennes worden gebruikt bij draadloze communicatie. om compatibiliteit met draagbare apparaten zoals mobiele telefoons en semafoons aan te tonen.
Deze worden op raketten gebruikt als communicatieantennes.
Deze antennes zijn klein van formaat en worden daarom gebruikt in microgolf- en satellietcommunicatietoepassingen.
GPS is een van de belangrijkste voordelen van microstrip-antennes omdat het het volgen van voertuigen en mariniers vergemakkelijkt.
Deze worden gebruikt in Phased Array radars om een bandbreedtetolerantie van een bepaald percentage aan te kunnen.

Hoe kan ik de bandbreedte van de Microstrip-antenne verbeteren?

De bandbreedte van een microstrip-antenne kan worden vergroot door verschillende technieken, zoals het verbeteren van de substraatdikte met een lage diëlektrische constante, het snijden van sleuven, het doorvoeren van sondes door inkepingen en verschillende vormen van antennes

Waarom stralen microstrip-antennes uit?

Microstrip-patchantennes stralen voornamelijk uit vanwege de randvelden tussen de patchrand en het grondvlak.

Hoe de winst van een Microstrip-antenne vergroten?

De versterking van de microstripantenne kan worden vergroot met een parasitaire patch en luchtspleet tussen de voedingspatch en het grondvlak.

Dit is dus het geval een overzicht van de microstrip-antenne , werken en zijn toepassingen. Deze antenne is een vrij moderne uitvinding die een gemakkelijke integratie mogelijk maakt van een antenne en andere stuurcircuits van een communicatiesysteem op een gemeenschappelijke PCB (of) een halfgeleiderchip. Deze worden op grote schaal gebruikt in een uitgebreid assortiment huidige microgolfsystemen in het bereik van gigahertz. De belangrijkste voordelen van deze antenne zijn; lichtgewicht, lage kosten, conforme vormen en compatibiliteit met de monolithische en hybride microgolf-IC's. Hier is een vraag voor jou: wat is een dipool antenne ?