אנטנה או אנטנה בהנדסת רדיו היא מתמחה מַתמֵר , מתוכנן על ידי מערך של מוליכים המחוברים חשמלית למשדר או למקלט. תפקידה העיקרי של אנטנה הוא לשדר ולקבל גלי רדיו באופן שווה בכל הכיוונים האופקיים אנטנות זמינות בסוגים ובצורות שונות. ניתן למצוא את האנטנות הקטנות על גג הבתים כדי לצפות בטלוויזיה ואנטנות גדולות לוכדות אותות מלוויינים שונים שנמצאים במרחק מיליוני קילומטרים. אנטנות זזות אנכית ואופקית כדי ללכוד ולשדר את האות. יש סוגים שונים של אנטנות זמין כמו צמצם, חוט, עדשה, רפלקטור, מיקרוסטריפ, יומן מחזורי, מערך ועוד רבים. מאמר זה דן בסקירה כללית של אנטנת מיקרוסטריפ .
הגדרת אנטנת Microstrip
אנטנה המעוצבת על ידי צריבה פשוטה של פיסת חומר מוליך מעל משטח דיאלקטרי נקראת אנטנת מיקרו-סטריפ או אנטנת תיקון. על מישור ההארקה של אנטנת מיקרו-סטריפ זו, החומר הדיאלקטרי מותקן, שבו מישור זה תומך בכל המבנה. בנוסף, ניתן לספק את הגירוי לאנטנה זו עם קווי הזנה המחוברים לתיקון. בדרך כלל, אנטנות אלו נחשבות לאנטנות בפרופיל נמוך המשמשות ביישומי תדר מיקרוגל בעלי תדר מעל 100 מגה-הרץ.
ניתן לבחור את המיקרו-רצועה/טלאי של האנטנה להיות מלבני, מרובע, אליפטי ועגול לקלות הניתוח והייצור. חלק מאנטנות המיקרו-סטריפ אינן משתמשות במצע דיאלקטרי אך הן עשויות עם תיקון מתכת שמותקן על מישור הארקה עם מרווחים דיאלקטריים; לכן התצורה המתקבלת פחות חזקה אך רוחב הפס שלה רחב יותר.
בניית אנטנת Microstrip
עיצוב אנטנת Microstrip יכול להיעשות בעזרת פס מתכתי דק במיוחד על ידי סידורו על מישור הארקה בין חומר דיאלקטרי. כאן, החומר הדיאלקטרי הוא מצע המשמש להפרדת הרצועה ממישור ההארקה. ברגע שהאנטנה הזו מתרגשת, הגלים הנוצרים בדי-חשמלי עוברים השתקפויות והאנרגיה הנפלטת מקצוות תיקון המתכת נמוכה מאוד. צורות אנטנה אלו מזוהות על ידי צורת התיקון המתכתי המסודרת על החומר הדיאלקטרי.
בדרך כלל, הרצועה/התיקון וקווי ההזנה נחרטים בצילום על פני המצע. ישנן צורות שונות של אנטנת microstrip כמו ריבוע, דיפול, מלבני, מעגלי, אליפטי ודיפול. אנו יודעים שניתן ליצור טלאים בצורות שונות, אבל בגלל הקלות בייצור, משתמשים בדרך כלל בטלאים בצורת מעגל, מרובע ומלבני.
אנטנות Microstrip יכולות להיווצר גם עם קבוצה של טלאים שונים מעל מצע דיאלקטרי. קווי הזנה בודדים או רבים משמשים כדי לתת עירור לאנטנת המיקרו-סטריפ. כך שהנוכחות של מערכי רכיבי microstrip מספקת כיווניות טובה יותר, רווח גבוה וטווח שידור מוגדל עם הפרעות נמוכות.
עבודה של אנטנת Microstrip
אנטנת microstrip פועלת כמו; בכל פעם שזרם לאורך קו הזנה מגיע לרצועת אנטנת המיקרו-סטריפ, אז נוצרים גלים אלקטרומגנטיים. אז הגלים האלה מהטלאי יתחילו להקרין מצד הרוחב. עם זאת, כאשר עובי הרצועה קטן מאוד, הגלים המיוצרים במצע ישתקפו דרך קצה הרצועה. מבנה הרצועה הקבוע לאורכה אינו מאפשר פליטת קרינה.
יכולת הקרינה הנמוכה של אנטנת המיקרו-סטריפ מאפשרת לכסות רק שידורי גל עם מרחקים קטנים כמו חנויות, מקומות פנימיים או משרדים מקומיים. כך שהעברת גלים לא יעילה זו אינה מקובלת ביישוב ריכוזי בשטח גדול מאוד. בדרך כלל, כיסוי חצי כדורי ניתן על ידי אנטנת תיקון בזווית של 30⁰ - 180⁰ במרחק מהתושבת.
מפרט אנטנת Microstrip
מפרטי אנטנת המיקרו-סטריפ כוללים את הדברים הבאים.
- תדר התהודה שלו הוא 1.176 גיגה-הרץ.
- טווח התדרים של אנטנת המיקרו-סטריפ נע בין 2.26 גיגה-הרץ ל-2.38 גיגה-הרץ.
- הקבוע הדיאלקטרי של המצע הוא 5.9.
- גובה המצע הדיאלקטרי הוא 635um.
- שיטת ההאכלה היא הזנת קו מיקרוסטריפ.
- משיק ההפסד הוא 0.00 12.
- המנצח הוא כסף.
- עובי המוליך הוא 25um.
- רוחב הפס שלו הוא ± 10 GHz.
- הרווח שלו הוא מעל 5dB.
- היחס הצירי שלו נמוך מ-4dB.
- אובדן ההחזר שלו טוב יותר מ-15dB.
סוגי אנטנות Microstrip
ישנם סוגים שונים של אנטנות מיקרו-סטריפ זמינות אשר נדון להלן.
אנטנת Microstrip Patch
סוגים אלה של אנטנות הם אנטנות בפרופיל נמוך שבהן טלאי מתכת מסודר בגובה הקרקע דרך חומר דיאלקטרי שביניהם הכולל אנטנת פס (או) תיקון. אנטנות אלו הן אנטנות בגודל נמוך במיוחד עם קרינה נמוכה. אנטנה זו כוללת תיקון מקרין על פניו האחד של מצע דיאלקטרי ובצד השני, יש לה מישור הארקה.
בדרך כלל, התיקון עשוי מחומר מוליך כמו זהב או נחושת. ניתן ליצור סוגים אלה של אנטנות בשיטת מיקרו-סטריפ על ידי ייצור פשוט על גבי PCB. אנטנות אלו משמשות ביישומי תדר מיקרוגל שיש להם תדר גבוה מ-100 מגה-הרץ.
אנטנת Microstrip Dipole
המיקרו-סטריפ אנטנת דיפול הוא מוליך מיקרו-סטריפ דק והוא ממוקם על החלק הממשי של המצע והוא מכוסה לחלוטין במתכת על פנים אחד המכונה מישור הארקה. אנטנות אלו משמשות בהתקני תקשורת דיגיטלית כמו מחשבים והצמתים עבור WLAN. הרוחב של סוג זה של אנטנה קטן כך שניתן להשתמש בה בנקודת הכניסה של מערכת ה-WLAN.
אנטנת חריץ מודפסת
אנטנת חריץ מודפסת ממלאת תפקיד מפתח בשיפור רוחב הפס של האנטנה עם דפוסי קרינה בשני הכיוונים. הרגישות של אנטנה זו נמוכה בהשוואה לאנטנות הרגילות. אנטנות אלו נדרשות לאורך קו הזנה אשר מסודר הפוך למצע ובמאונך לציר החריץ המסופק מעל התיקון.
אנטנת גל מטיילת של Microstrip
אנטנות גל נודדות מסוג Microstrip מתוכננות בעיקר עם קו Microstrip ארוך ברוחב מספיק לתמיכה בקישוריות TE. סוגים אלה של אנטנות מיקרו-שבבים מתוכננות בצורה כזו שהקרן העיקרית נמצאת בתוך כל מסלול מהצד הרחב לקצה האש.
שיטות האכלה של אנטנת Microstrip
לאנטנת המיקרו-סטריפ שתי שיטות הזנה; עדכון יצירת קשר והזנה ללא יצירת קשר אשר נדונים להלן.
יצירת קשר עם פיד
הכוח במגע עם הזנה מסופק ישירות לאלמנט המקרין. אז זה יכול להיעשות עם קו קואקסיאלי/מיקרוסטריפ. סוג זה של שיטת האכלה מסווג שוב לשני סוגים; הזנה של Microstrip והזנה קואקסיאלית אשר נדון להלן.
הזנת מיקרוסטריפ
הזנת Microstrip היא פס מוליך ברוחב קטן מאוד מרוחב האלמנט המקרין. קו ההזנה מספק תחריט פשוט מעל המצע בגלל שהרצועה בעלת ממדים דקים יותר. היתרון של הסדר הזנה מסוג זה הוא; שניתן לחרוט את ההזנה על גבי מצע דומה כדי להציע מבנה מישורי. קו ההזנה לכיוון המבנה מסופק באמצע, אופסט או הכנסה. המטרה העיקרית של החתך המוכנס בתוך התיקון היא להתאים את העכבה של קו ההזנה לתיקון מבלי להזדקק לאלמנט תואם נוסף.
הזנה קואקסיאלית
שיטת האכלה זו היא הסוג הנפוץ ביותר והיא שיטת הזנה לא מישורית שבה נעשה שימוש בכבל z co-axial להזנת התיקון. שיטת הזנה זו ניתנת לאנטנת המיקרו-סטריפ באופן שהמוליך הפנימי מחובר ישירות לתיקון ואילו המוליך החיצוני מחובר למישור ההארקה.
העכבה תשתנה עם ההבדל בסידור ההזנה הקואקסיאלית. ברגע שקו ההזנה מחובר לכל מקום בתיקון, עוזר להתאמת עכבה. עם זאת, קו ההזנה המתחבר לאורך מישור ההארקה הוא מעט קשה כי זה יצטרך לקדוח חור בתוך המצע. שיטת האכלה זו היא פשוטה מאוד לייצור ויש לה פחות קרינה מזויפת. אבל, החיסרון העיקרי שלו הוא שהוא מחובר למחבר מטוס הארקה.
פיד ללא יצירת קשר
הכוח ניתן לאלמנט המקרין מקו ההזנה עם צימוד אלקטרומגנטי. שיטות הזנה אלו זמינות בשלושה סוגים; צימוד צמצם, צימוד קרבה והזנת קו מסועף.
הזנה מצמדת צמצם
טכניקת הזנת הצמצם כוללת שני מצעים דיאלקטריים כמו מצע דיאלקטרי אנטנה, ומצע דיאלקטרי הזנה המחולקים בפשטות דרך מישור הארקה ויש להם פער באמצע. תיקון המתכת ממוקם מעל המצע של האנטנה ואילו מישור ההארקה ממוקם על פנים אחר של הדיאלקטרי של האנטנה. כדי לספק בידוד, קו ההזנה ודיאלקטרי ההזנה ממוקמים בצד אחר של מישור ההארקה.
טכניקת האכלה זו מספקת טוהר קיטוב יוצא דופן אשר בלתי ניתן להשגה על ידי טכניקות הזנה אחרות. הזנה זוגית של צמצם מספקת רוחב פס גבוה ועוזרת מאוד ביישומים שבהם איננו רוצים לנצל חוטים משכבה אחת לאחרת. החיסרון העיקרי של טכניקת האכלה זו הוא שהיא זקוקה לייצור רב שכבתי.
פיד מצמד קרבה
הזנה מצמדת קרבה נקראת גם הזנה עקיפה כאשר מישור ההארקה אינו קיים. בהשוואה לאנטנת הזנה מצמודת צמצם, היא פשוטה מאוד לייצור. על הפנים המוליכים של האנטנה, יש חריץ וניתן צימוד עם קו מיקרו-סטריפ.
שיטת האכלה זו מספקת קרינה מזויפת נמוכה ורוחב פס עצום. קו ההזנה בשיטה זו ממוקם בין שני מצעים דיאלקטריים. קצה קו ההזנה מסודר בנקודה מסוימת בכל מקום שבו עכבת הכניסה של אנטנת המיקרו-סטריפ היא 50 אוהם. טכניקת הזנה זו שיפרה את יעילות רוחב הפס בהשוואה לשאר סוגי השיטות. החיסרון העיקרי של טכניקה זו הוא; כי ייצור רב שכבתי אפשרי והוא מספק טוהר קיטוב גרוע.
הזנת קו סניף
בטכניקת הזנת קו ענף, רצועה מוליך מחוברת ישירות לקצה התיקון של המיקרו-סטריפ. בהשוואה לתיקון, רוחב הרצועה המוליכה קטן יותר. היתרון העיקרי של טכניקת האכלה זו הוא; שההזנה נחרטת על מצע דומה כדי לתת מבנה מישורי.
ניתן לשלב חתך מובנה לתוך התיקון כדי לקבל התאמת עכבה מצוינת ללא דרישה של אלמנט תואם נוסף. ניתן להשיג זאת על ידי שליטה נכונה במיקום ההכנסה, אחרת, נוכל לחתוך את החריץ ולצרוב אותו מהתיקון בגודל מתאים. יתר על כן, טכניקת האכלה זו מנוצלת ומכונה טכניקת הזנת קו ענף.
דפוס קרינה של אנטנת Microstrip
הייצוג הגרפי של תכונות הקרינה של האנטנה ידוע כדפוס קרינה המסביר כיצד האנטנה פולטת אנרגיה לחלל. השונות בהספק כפונקציה של זווית הגעה מנוטרת בשדה הרחוק של האנטנה.
דפוס הקרינה של אנטנת המיקרו-סטריפ הוא רחב ויש לו פחות כוח קרינה ותדר צר BW. תבנית הקרינה של אנטנת המיקרו-סטריפ מוצגת מתחת לה יש כיווניות פחותה. על ידי שימוש באנטנות אלה, ניתן ליצור מערך בעל כיווניות מעולה.
מאפיינים
ה מאפייני אנטנת microstrip כלול את הבאים.
- תיקון אנטנת המיקרו-סטריפ צריך להיות אזור מוליך דק במיוחד.
- בהשוואה לתיקון, מישור ההארקה צריך להיות בעל ממדים גדולים למדי.
- תחריט צילום על המצע נעשה כדי לבנות את האלמנט המקרין וקווי הזנה.
- מצע דיאלקטרי עבה לפי הקבוע הדיאלקטרי בטווח של 2.2 עד 12 מציע ביצועים מצוינים של אנטנה.
- מערכי רכיבי Microstrip בעיצוב אנטנת המיקרו-סטריפ מציעים כיווניות מעולה.
- אנטנות Microstrip מציעות רוחב אלומה גבוה.
- אנטנה זו מספקת גורמים איכותיים במיוחד מכיוון שגורם Q גבוה מביא ליעילות נמוכה ורוחב פס קל. אבל, ניתן לפצות על כך פשוט על ידי הגדלת רוחב המצע. עם זאת, הגידול ברוחב מעבר לגבול מסוים יגרום לאובדן חשמל מיותר.
יתרונות וחסרונות
ה היתרונות של אנטנת microstrip כלול את הבאים.
- אנטנות Microstrip הן קטנות מאוד.
- משקל האנטנה הזו פחות.
- הליך הייצור שסופק על ידי אנטנה זו הוא פשוט.
- ההתקנה שלו קלה מאוד בגלל גודלו ונפחו הקטן.
- הוא מציע אינטגרציה פשוטה על ידי מכשירים אחרים.
- אנטנה זו יכולה לבצע פעולות בתדר כפול ומשולש.
- ניתן לבנות מערכי אנטנות אלו בקלות.
- אנטנה זו מספקת כמות גבוהה של חוסן מעל משטחים חזקים.
- זה פשוט לייצר, להתאים אישית ולשנות..
- לאנטנה זו בנייה פשוטה ובעלות נמוכה.
- באנטנה זו ניתן להשיג קיטוב ליניארי ועגול.
- זה מתאים לאנטנות מערך.
- זה תואם עם ICs מיקרוגל מונוליטי.
- ניתן להרחיב את רוחב הפס פשוט על ידי שיפור רוחב החומר הדיאלקטרי.
ה חסרונות של אנטנות microstrip כלול את הבאים.
- אנטנה זו מספקת פחות רווח.
- היעילות של סוג זה של אנטנה נמוכה בגלל הפסדים דיאלקטריים מוליכים.
- לאנטנה זו טווח גבוה של קרינת קיטוב צולב.
- יכולת הטיפול בכוח של אנטנה זו נמוכה.
- יש לו פחות רוחב פס עכבה.
- המבנה של אנטנה זו מקרין מהזנות ונקודות צומת אחרות.
- אנטנה זו מציגה ביצועים רגישים במיוחד כלפי גורמים אקולוגיים.
- אנטנות אלו נוטות יותר לקרינת הזנה מזויפת.
- לאנטנה זו יש יותר הפסדים דיאלקטריים מוליכים.
יישומים
ה משתמש או יישומים של אנטנות microstrip כלול את הבאים.
- אנטנות Microstrip ישימות בתחומים שונים; בטילים, לוויינים , ספינות חלל, מטוסים, מערכות תקשורת אלחוטיות, טלפונים ניידים, חישה מרחוק ומכ'מים.
- אנטנות אלו משמשות בתקשורת אלחוטית. כדי להציג תאימות למכשירי כף יד כגון טלפונים ניידים וביפרונים.
- אלה משמשים על טילים כאנטנות תקשורת.
- אנטנות אלה בעלות גודל קטן, ולכן הן משמשות ביישומי תקשורת מיקרוגל ולוויין.
- ג'י.פי. אס הוא אחד היתרונות העיקריים של אנטנות מיקרו-סטריפ מכיוון שהוא מספק קלות במעקב אחר כלי רכב ונחתים.
- אלה משמשים במערך מדורג מכ'מים לטפל בסובלנות רוחב פס השווה לאחוז כלשהו.
כיצד לשפר את רוחב הפס של אנטנת Microstrip?
ניתן לשפר את רוחב הפס של אנטנת microstrip על ידי טכניקות שונות כמו שיפור עובי המצע עם קבוע דיאלקטרי נמוך, חיתוך חריצים, הזנת בדיקה דרך חיתוך חריצים וצורות שונות של אנטנה
מדוע אנטנות Microstrip מקרינות?
אנטנות טלאי Microstrip מקרינות בעיקר בשל השדות השוליים בין קצה התיקון ומישור ההארקה.
כיצד להגדיל את הרווח של אנטנת Microstrip?
ניתן להגדיל את הרווח של אנטנת המיקרו-סטריפ עם תיקון טפילי ומרווח אוויר בין תיקון ההזנה ומישור ההארקה.
לפיכך, זהו סקירה כללית של אנטנת microstrip , העבודה והיישומים שלה. אנטנה זו היא המצאה מודרנית למדי המאפשרת אינטגרציה נוחה של אנטנה ומעגלי הנעה אחרים של מערכת תקשורת על PCB משותף (או) שבב מוליכים למחצה. אלה נמצאים בשימוש נרחב במגוון רחב של מערכות מיקרוגל נוכחיות בטווח הגיגה-הרץ. היתרונות העיקריים של אנטנה זו הם; קל משקל, בעלות נמוכה, צורות קונפורמיות ותאימות עם ICs המונוליטי וההיברידי של מיקרוגל. הנה שאלה בשבילך, מה זה א אנטנת דיפול ?
