Microstrip Antenna : Konstruksyon, Paggawa, Mga Uri, Paraan ng Pagpapakain at Mga Aplikasyon Nito

Ang antenna o aerial sa radio engineering ay isang dalubhasa transduser , na idinisenyo ng isang hanay ng mga konduktor na konektado sa kuryente sa transmitter o receiver. Ang pangunahing function ng antenna ay ang magpadala at tumanggap ng mga radio wave nang pantay-pantay sa lahat ng pahalang na direksyon. Available ang mga antena sa iba't ibang uri at hugis. Ang maliliit na antenna ay matatagpuan sa bubong ng mga tahanan upang manood ng TV at ang malalaking antenna ay kumukuha ng mga signal mula sa iba't ibang satellite na milyun-milyong milya ang layo. Ang mga antena ay gumagalaw nang patayo at pahalang upang makuha at ipadala ang signal. meron iba't ibang uri ng antenna available tulad ng aperture, wire, lens, reflector, microstrip, log periodic, array, at marami pa. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng microstrip antenna .

Kahulugan ng Microstrip Antenna

Ang isang antena na hinubog sa pamamagitan lamang ng pag-ukit ng isang piraso ng conductive na materyal sa itaas ng isang dielectric na ibabaw ay tinatawag na microstrip antenna o isang patch antenna. Sa ground plane ng microstrip antenna na ito, ang dielectric na materyal ay naka-mount, kung saan sinusuportahan ng eroplanong ito ang buong istraktura. Bilang karagdagan, ang paggulo sa antenna na ito ay maaaring ibigay sa mga linya ng feed na konektado sa patch. Sa pangkalahatan, ang mga antenna na ito ay itinuturing na mga low-profile na antenna na ginagamit sa mga aplikasyon ng dalas ng microwave na mayroong higit sa 100 MHz frequency.

Maaaring piliin ang micro-strip/patch ng antena upang maging parihaba, parisukat, elliptical at pabilog para sa kadalian ng pagsusuri at paggawa. Ang ilang microstrip antenna ay hindi gumagamit ng isang dielectric na substrate ngunit ang mga ito ay ginawa gamit ang isang metal patch na naka-mount sa isang ground plane na may mga dielectric spacer; kaya hindi gaanong malakas ang nabuong pormasyon ngunit mas malawak ang bandwidth nito.

Konstruksyon ng Microstrip Antenna

Ang disenyo ng microstrip antenna ay maaaring gawin sa tulong ng isang napakanipis na metal na strip sa pamamagitan ng pag-aayos nito sa isang ground plane sa pagitan ng isang dielectric na materyal. Dito, ang dielectric na materyal ay isang substrate na ginagamit para sa paghihiwalay ng strip mula sa ground plane. Kapag nasasabik na ang antenna na ito, ang mga nabuong alon sa di-electric ay sumasailalim sa mga pagmumuni-muni at ang enerhiya na ibinubuga mula sa mga gilid ng metal patch ay napakababa. Ang mga hugis ng antena na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng hugis ng metal na patch na nakaayos sa dielectric na materyal.

Sa pangkalahatan, ang strip/patch at ang mga linya ng feed ay naka-photo-etched sa ibabaw ng substrate. Mayroong iba't ibang mga hugis ng microstrip antenna tulad ng square, dipole, rectangular, circular, elliptical, at dipole. Alam namin na ang mga patch ay maaaring mabuo sa iba't ibang mga hugis ngunit, dahil sa madaling paggawa, ang mga pabilog, parisukat at hugis-parihaba na mga patch ay karaniwang ginagamit.

Ang mga microstrip antenna ay maaari ding mabuo gamit ang isang pangkat ng iba't ibang mga patch sa itaas ng isang dielectric na substrate. Alinman sa isa o maraming linya ng feed ay ginagamit upang magbigay ng excitement sa microstrip antenna. Kaya't ang pagkakaroon ng microstrip element arrays ay nagbibigay ng mas mahusay na directivity, mataas na gain, at mas mataas na hanay ng transmission na may mababang interference.

Paggawa ng Microstrip Antenna

Ang isang microstrip antenna ay gumagana bilang; sa tuwing dumarating ang kasalukuyang sa buong linya ng feed sa strip ng microstrip antenna, pagkatapos ay gumagawa ng mga electromagnetic wave. Kaya ang mga alon na ito mula sa patch ay magsisimulang mag-radiate mula sa lapad na bahagi. Gayunpaman, kapag ang kapal ng strip ay napakaliit, ang mga alon na ginawa sa substrate ay makikita sa gilid ng strip. Ang pare-parehong istraktura ng strip sa kahabaan ng haba ay hindi pinapayagan ang paglabas ng radiation.

Ang kakayahan ng mababang radiating ng microstrip antenna ay nagbibigay-daan para sa pagsakop lamang sa mga pagpapadala ng alon na may maliliit na distansya tulad ng mga tindahan, panloob na lokasyon, o lokal na opisina. Kaya ang hindi mahusay na paghahatid ng alon na ito ay hindi katanggap-tanggap sa isang sentralisadong lokalidad sa isang napakalaking lugar. Karaniwan, ang hemispherical coverage ay ibinibigay ng isang patch antenna sa isang 30⁰ – 180⁰ anggulo sa layo mula sa mount.

Mga Detalye ng Microstrip Antenna

Kasama sa mga detalye ng microstrip antenna ang mga sumusunod.

• Ang resonant frequency nito ay 1.176 GHz.
• Ang frequency range ng microstrip antenna ay mula 2.26 GHz hanggang 2.38 GHz.
• Ang Dielectric constant ng substrate ay 5.9.
• Ang taas ng dielectric substrate ay 635um.
• Ang paraan ng pagpapakain ay isang microstrip line feed.
• Ang loss tangent ay 0.00 12.
• Ang konduktor ay pilak.
• Ang kapal ng konduktor ay 25um.
• Ang Bandwidth nito ay fo ± 10 GHz.
• Ang nakuha nito ay higit sa 5dB.
• Ang axial ratio nito ay mas mababa sa 4dB.
• Ang return loss nito ay mas mahusay kaysa sa 15dB.

Mga Uri ng Microstrip Antenna

Mayroong iba't ibang uri ng microstrip antenna na magagamit na tinalakay sa ibaba.

Microstrip Patch Antenna

Ang mga uri ng antenna na ito ay mga low-profile na antenna kung saan ang isang metal patch ay nakaayos sa antas ng lupa sa pamamagitan ng isang dielectric na materyal sa pagitan na binubuo ng isang strip (o) Patch Antenna. Ang mga antenna na ito ay napakababang laki ng mga antenna na may mababang radiation. Ang antenna na ito ay may kasamang radiating patch sa isang mukha ng isang dielectric substrate at sa kabilang panig, mayroon itong ground plane.

Sa pangkalahatan, ang patch ay ginawa gamit ang conducting material tulad ng ginto o tanso. Ang mga ganitong uri ng antenna ay maaaring mabuo gamit ang isang microstrip na paraan sa pamamagitan lamang ng paggawa sa isang PCB. Ang mga antenna na ito ay ginagamit sa mga aplikasyon ng dalas ng microwave na may mas mataas na dalas kaysa sa 100 MHz.

Microstrip Dipole Antenna

Ang microstrip dipole antenna ay isang manipis na microstrip conductor at inilalagay sa aktwal na bahagi ng substrate at ito ay ganap na natatakpan ng metal sa isang mukha na kilala bilang ground plane. Ang mga antenna na ito ay ginagamit sa mga aparatong digital na komunikasyon tulad ng mga computer at mga node para sa WLAN. Ang lapad ng ganitong uri ng antenna ay maliit kaya maaari itong magamit sa entrée point ng WLAN system.

Naka-print na Slot Antenna

Ang naka-print na slot antenna ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapahusay ng bandwidth ng antenna na may mga pattern ng radiation sa parehong direksyon. Mababa ang sensitivity ng antenna na ito kumpara sa mga normal na antenna. Ang mga antenna na ito ay kinakailangan sa buong feed line na nakaayos pabalik sa substrate at patayo sa slot axis na ibinigay sa itaas ng patch.

Microstrip Travelling Wave Antenna

Ang mga microstrip travelling wave antenna ay pangunahing idinisenyo na may mahabang linya ng Microstrip na may sapat na lapad para sa pagsuporta sa koneksyon sa TE. Ang mga uri ng microchip antenna ay idinisenyo sa paraang ang pangunahing sinag ay nasa anumang ruta mula sa broadside hanggang sa dulo ng apoy.

Mga Paraan ng Pagpapakain ng Microstrip Antenna

Ang microstrip antenna ay may dalawang paraan ng pagpapakain; pakikipag-ugnayan sa feed at noncontacting feed na tinatalakay sa ibaba.

Pakikipag-ugnayan sa Feed

Ang kapangyarihan sa pakikipag-ugnay sa feed ay direktang ibinibigay sa radiating element. Kaya ito ay maaaring gawin gamit ang isang coaxial line/microstrip. Ang ganitong uri ng paraan ng pagpapakain ay muling inuri sa dalawang uri; Microstrip feed at coaxial feed na tinatalakay sa ibaba.

Microstrip Feed

Ang microstrip feed ay isang conducting strip na may napakaliit na lapad kaysa sa lapad ng nag-iilaw na elemento. Ang linya ng feed ay nagbibigay ng simpleng pag-ukit sa itaas ng substrate dahil ang strip ay may mas manipis na sukat. Ang pakinabang ng ganitong uri ng pagsasaayos ng feed ay; na ang feed ay maaaring i-ukit sa ibabaw ng isang katulad na substrate upang mag-alok ng planar na istraktura. Ang linya ng feed patungo sa istraktura ay ibinibigay alinman sa gitna, offset, o inset. Ang pangunahing layunin ng inset cut sa loob ng patch ay upang itugma ang impedance ng feed line’ sa patch nang hindi nangangailangan ng anumang karagdagang tumutugmang elemento.

Coaxial Feed

Ang paraan ng pagpapakain na ito ay ang pinakamadalas na ginagamit na uri at isang non-planar na paraan ng pagpapakain kung saan ginagamit ang z co-axial cable para sa pagpapakain sa patch. Ang paraan ng pagpapakain na ito ay ibinibigay sa microstrip antenna sa paraang ang panloob na konduktor ay direktang konektado sa patch samantalang ang panlabas na konduktor ay konektado sa ground plane.

Magbabago ang impedance sa pagkakaiba sa pagkakaayos ng coaxial feed. Kapag ang linya ng feed ay konektado kahit saan sa patch kaya nakakatulong ang pagtutugma ng impedance. Gayunpaman, ang linya ng feed na kumukonekta sa buong ground plane ay medyo mahirap dahil kakailanganin nito ang pagbabarena ng isang butas sa loob ng substrate. Ang paraan ng pagpapakain na ito ay napakasimpleng gawin at may hindi gaanong huwad na radiation. Ngunit, ang pangunahing disbentaha nito ay konektado ito sa isang ground plane connector.

Hindi nakikipag-ugnayan sa Feed

Ang kapangyarihan ay ibinibigay sa radiating element mula sa feed line na may electromagnetic coupling. Ang mga paraan ng feed na ito ay magagamit sa tatlong uri; aperture coupled, proximity coupled, at branch line feed.

Aperture Coupled Feed

Kasama sa aperture feed technique ang dalawang dielectric substrate tulad ng antenna dielectric substrate, at isang feed dielectric substrate na hinati lang sa ground plane at may puwang sa gitna. Ang metal patch ay matatagpuan sa itaas ng substrate ng antenna samantalang ang ground plane ay matatagpuan sa isa pang mukha ng antenna dielectric. Upang magbigay ng paghihiwalay, ang feed line at feed dielectric ay matatagpuan sa kabilang panig ng ground plane.

Ang pamamaraan ng pagpapakain na ito ay nagbibigay ng isang namumukod-tanging kadalisayan ng polarization na hindi matamo ng iba pang mga diskarte sa feed. Ang aperture couple feed ay nagbibigay ng mataas na bandwidth at lubos na nakakatulong sa mga application kung saan hindi namin gustong gumamit ng mga wire mula sa isang layer patungo sa isa pa. Ang pangunahing disbentaha ng pamamaraan ng pagpapakain na ito ay, nangangailangan ito ng multilayer fabrication.

Proximity Coupled Feed

Ang proximity-coupled feed ay tinatawag ding indirect feed kung saan wala ang ground plane. Kung ikukumpara sa isang aperture-coupled na feed antenna, ito ay napaka-simple sa paggawa. Sa conductive face ng antenna, mayroong slot at binibigyan ang coupling na may microstrip line.

Ang paraan ng pagpapakain na ito ay nagbibigay ng mababang palsipikadong radiation at malaking bandwidth. Ang linya ng feed sa pamamaraang ito ay matatagpuan sa pagitan ng dalawang dielectric substrates. Ang gilid ng feed line ay nakaayos sa isang punto kung saan man ang input impedance ng microstrip antenna ay 50 ohms. Ang pamamaraan ng pagpapakain na ito ay nagpahusay ng kahusayan sa bandwidth kumpara sa iba pang mga uri ng mga pamamaraan. Ang pangunahing disbentaha ng pamamaraang ito ay; na ang multilayer fabrication ay posible at ito ay nagbibigay ng mahinang polarization purity.

Feed ng Branch Line

Sa pamamaraan ng feed line ng sangay, ang conducting strip ay direktang konektado sa patch na gilid ng microstrip. Kung ihahambing sa patch, ang lapad ng conducting strip ay mas maliit. Ang pangunahing benepisyo ng pamamaraan ng pagpapakain na ito ay; na ang feed ay nakaukit sa isang katulad na substrate upang magbigay ng planar na istraktura.

Ang isang inset cut ay maaaring isama sa patch upang makakuha ng mahusay na pagtutugma ng impedance nang hindi nangangailangan ng anumang karagdagang elemento ng pagtutugma. Maaabot ito sa pamamagitan ng pagkontrol sa posisyon ng inset nang maayos, kung hindi, maaari nating hatiin ang slot at i-ukit ito mula sa patch na may angkop na sukat. Higit pa rito, ang pamamaraan ng pagpapakain na ito ay ginagamit at tinatawag na pamamaraan ng feed line ng sangay.

Pattern ng Radiation ng Microstrip Antenna

Ang graphical na representasyon ng mga katangian ng radiation ng antenna ay kilala bilang pattern ng radiation na nagpapaliwanag kung paano naglalabas ng enerhiya ang antenna sa kalawakan. Ang pagkakaiba-iba sa kapangyarihan bilang function ng arrival angle ay sinusubaybayan sa malayong field ng antenna.

Ang microstrip antenna radiation pattern ay malawak at ito ay may mas kaunting radiation power at makitid na frequency BW. Ang radiation pattern ng microstrip antenna ay ipinapakita sa ibaba kung saan mayroon ang mas mababang direktiba. Sa pamamagitan ng paggamit ng mga antenna na ito, ang isang array ay maaaring mabuo upang magkaroon ng superior directivity.

Mga katangian

Ang mga katangian ng microstrip antenna isama ang mga sumusunod.

• Ang microstrip antenna patch ay dapat na isang napakanipis na rehiyon ng conductive.
• Kung ikukumpara sa isang patch, ang ground plane ay dapat magkaroon ng medyo napakalaking sukat.
• Ginagawa ang photo-etching sa substrate upang mabuo ang nag-iilaw na elemento at mga linya ng feed.
• Ang isang makapal na dielectric substrate ng dielectric constant sa 2.2 hanggang 12 na hanay ay nag-aalok ng mahusay na pagganap ng isang antena.
• Nag-aalok ang mga microstrip element array sa disenyo ng microstrip antenna ng superior directivity.
• Ang mga microstrip antenna ay nag-aalok ng mataas na lapad ng beam.
• Nagbibigay ang antenna na ito ng napakataas na kalidad na mga kadahilanan dahil ang mataas na Q factor ay nagreresulta sa mababang kahusayan at bahagyang bandwidth. Ngunit, maaari itong mabayaran sa pamamagitan lamang ng pagtaas ng lapad ng substrate. Gayunpaman, ang pagtaas ng lapad na lampas sa isang partikular na limitasyon ay magdudulot ng hindi kinakailangang pagkawala ng kuryente.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang mga pakinabang ng microstrip antenna isama ang mga sumusunod.

• Napakaliit ng mga microstrip antenna.
• Mas mababa ang bigat ng antenna na ito.
• Ang pamamaraan ng paggawa na ibinigay ng antenna na ito ay simple.
• Napakadali ng pag-install nito dahil sa maliit na sukat at volume nito.
• Nag-aalok ito ng simpleng pagsasama ng iba pang mga device.
• Ang antenna na ito ay maaaring magsagawa ng doble at triple-frequency na mga operasyon.
• Ang mga antenna array na ito ay madaling mabuo.
• Ang antenna na ito ay nagbibigay ng isang mataas na halaga ng katatagan sa itaas ng mga matitibay na ibabaw.
• Ito ay simpleng gawin, i-customize at baguhin..
• Ang antenna na ito ay may simple at murang konstruksyon.
• Sa antenna na ito, makakamit ang linear at circular polarization.
• Ito ay angkop para sa mga array antenna.
• Ito ay katugma sa monolithic microwave ICs.
• Ang bandwidth ay maaaring mapalawak sa pamamagitan lamang ng pagpapabuti ng lapad ng dielectric na materyal.

Ang mga disadvantages ng microstrip antennae isama ang mga sumusunod.

• Ang antenna na ito ay nagbibigay ng mas kaunting kita.
• Ang kahusayan ng ganitong uri ng antenna ay mababa dahil sa pagkalugi ng conductor at dielectric.
• Ang antenna na ito ay may mataas na hanay ng cross-polarization radiation.
• Mababa ang power handling capacity ng antenna na ito.
• Ito ay may mas kaunting impedance bandwidth.
• Ang istraktura ng antenna na ito ay nagmula sa mga feed at iba pang mga junction point.
• Ang antenna na ito ay nagpapakita ng sobrang sensitibong pagganap patungo sa mga ekolohikal na kadahilanan.
• Ang mga antenna na ito ay mas madaling kapitan ng forged feed radiation.
• Ang antenna na ito ay may mas maraming pagkawala ng conductor at dielectric.

Mga aplikasyon

Ang gamit o mga aplikasyon ng microstrip antennae isama ang mga sumusunod.

• Ang mga microstrip antenna ay naaangkop sa iba't ibang larangan; sa mga missile, mga satellite , space crafts, aircraft, wireless communication system, mobile phone, remote sensing at radar.
• Ang mga antenna na ito ay ginagamit sa mga wireless na komunikasyon. upang ipakita ang pagiging tugma sa mga handheld na device gaya ng mga mobile phone at pager.
• Ginagamit ang mga ito sa mga missile bilang mga antenna ng komunikasyon.
• Ang mga antenna na ito ay may maliit na sukat, kaya ginagamit sa mga aplikasyon ng komunikasyon sa microwave at satellite.
• GPS ay isa sa mga pangunahing benepisyo ng microstrip antenna dahil nagbibigay ito ng kadalian sa pagsubaybay sa mga sasakyan at marine.
• Ginagamit ang mga ito sa phased array radar upang mahawakan ang bandwidth tolerance na katumbas ng ilang porsyento.

Paano Pagbutihin ang Bandwidth ng Microstrip Antenna?

Ang bandwidth ng isang microstrip antenna ay maaaring mapahusay sa pamamagitan ng iba't ibang mga diskarte tulad ng pagpapahusay sa kapal ng substrate na may mababang dielectric constant, slot cutting, probe feeding sa pamamagitan ng notches cutting at iba't ibang anyo ng antenna

Bakit Nag-radiate ang Microstrip Antennas?

Ang mga microstrip patch antenna ay nagniningning pangunahin dahil sa mga fringing field sa gilid ng patch at ground plane.

Paano Taasan ang Gain ng Microstrip Antenna?

Ang pakinabang ng microstrip antenna ay maaaring tumaas gamit ang isang parasitic patch at air gap sa pagitan ng feed patch at ground plane.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng microstrip antenna , gumagana at mga aplikasyon nito. Ang antenna na ito ay isang modernong imbensyon na nagbibigay-daan sa maginhawang pagsasama ng isang antenna at iba pang circuitry sa pagmamaneho ng isang sistema ng komunikasyon sa isang karaniwang PCB (o) isang semiconductor chip. Ang mga ito ay malawakang ginagamit sa isang malawak na hanay ng mga kasalukuyang sistema ng microwave sa hanay ng gigahertz. Ang mga pangunahing benepisyo ng antenna na ito ay; magaan, mura, mga conformal na hugis at compatibility sa mga monolithic at hybrid na microwave IC. Narito ang isang tanong para sa iyo, Ano ang a dipole antenna ?