Mga Paraan ng Pagpapakain ng Microstrip Antenna: Mga Uri at Pagpili

Ano ang Microstrip Antenna Feed?

Isang feed ang nagkokonekta sa RF source o receiver sa radiating patch habang binabago ang system impedance sa antenna input impedance. Sa isang praktikal na disenyo, ang feed ay bahagi ng antenna sa halip na isang hiwalay na detalye. Binabago ng geometry nito ang current distribution, resonant frequency, return loss, magagamit na bandwidth at hindi gustong radiation.

Ang mga microstrip antenna feed ay karaniwang nahahati sa mga direct-contact method at electromagnetically coupled method. Ang mga microstrip line at coaxial probe feed ay direktang nakikipag-ugnayan sa patch gamit ang kuryente. Ang mga aperture-coupled at proximity-coupled feed ay naglilipat ng enerhiya sa pamamagitan ng electromagnetic coupling at karaniwang gumagamit ng higit sa isang substrate layer.

Apat na Pangunahing Paraan ng Pagpapakain ng Microstrip Antenna

1. Microstrip Line Feed

Sa isang microstrip line feed, isang naka-print na transmission line ang direktang nakakonekta sa patch. Ang linya at patch ay maaaring gawin sa iisang substrate sa isang proseso ng PCB, na ginagawang simple, low profile, at angkop ang pamamaraang ito para sa mababang gastos sa produksyon at maraming naka-print na array.

Maaaring isaayos ang pagtutugma ng impedance sa pamamagitan ng pagpapalit ng lapad ng feed-line, paggamit ng isang inset, pagdaragdag ng quarter-wave transformer o pag-optimize ng junction sa pagitan ng linya at patch. Ang pangunahing limitasyon ay ang feed line ay naglalabas din ng radiation. Ang spurious radiation na ito ay maaaring makaapekto sa cross-polarization at sa radiation pattern, lalo na kapag ang substrate ay medyo makapal o ang feed network ay mahaba.

2. Coaxial Probe Feed

Ang coaxial probe feed ay dumadaan sa ground plane at substrate. Ang coaxial outer conductor ay konektado sa ground plane, habang ang inner conductor ay konektado sa patch. Ang paggalaw ng posisyon ng probe ay nagbibigay ng maginhawang paraan upang piliin ang ninanais na input resistance nang hindi nag-iimprenta ng feed line sa radiating surface.

Ang pamamaraang ito ay nag-aalok ng flexible na paglalagay ng feed-point at karaniwang mababa ang feed-line radiation, ngunit nangangailangan ito ng pagbabarena at isang maaasahang koneksyon sa kuryente. Ang isang mahabang probe ay nagpapakilala ng inductance, kaya maaaring lumala ang pagganap sa mga substrate na makapal ang kuryente o sa mas mataas na frequency. Samakatuwid, dapat isama ang geometry ng connector, solder volume at manufacturing tolerance sa pangwakas na modelo.

3. Aperture-Coupled Feed

Ang isang aperture-coupled feed ay naglalagay ng transmission line sa ilalim ng ground plane at ang patch sa itaas nito. Ang enerhiya ay dumadaan sa isang puwang sa ground plane. Dahil ang ground plane ang naghihiwalay sa feed network mula sa radiating patch, ang kaayusang ito ay nagbibigay ng mahusay na feed-to-radiator isolation at maaaring mabawasan ang hindi gustong feed radiation.

Ang mga sukat ng slot, posisyon ng slot, feed-line stub, kapal ng substrate at dielectric constants ay pawang nakakaapekto sa coupling at matching. Ang aperture coupling ay maaaring sumuporta sa mas malawak na bandwidth kaysa sa maraming direct feed, ngunit nangangailangan ito ng multilayer na istraktura at tumpak na pagkakahanay sa pagitan ng line, slot at patch.

4. Pagkakabit ng Pagkakabit ng Lapit

Sa isang proximity-coupled feed, na tinatawag ding electromagnetically coupled feed, ang microstrip line ay inilalagay sa ilalim ng patch at pinaghihiwalay mula rito ng isang dielectric layer. Ang linya ay sumasapaw sa bahagi ng patch, at ang enerhiya ay inililipat sa pamamagitan ng electromagnetic field. Walang direktang koneksyon sa kuryente at walang puwang sa ground plane.

Ang haba ng overlap, posisyon ng linya, mga katangian ng substrate at kapal ng layer ang kumokontrol sa coupling. Ang pamamaraang ito ay maaaring magbigay ng malawak na impedance bandwidth at mababang spurious radiation, ngunit ang two-layer na istraktura ay mas makapal at mas sensitibo sa alignment at bonding tolerances.

Paghahambing ng mga Paraan ng Pagpapakain ng Microstrip Antenna

Paraan ng pagpapakain	Karaniwang potensyal ng bandwidth	Paggawa	Radyasyon / paghihiwalay ng feed	Pinakaangkop sa
Linya ng Microstrip	Makitid hanggang katamtaman	Simple, iisang-patong na PCB	Mas maraming feed-line radiation	Mga disenyo at array na mababa ang profile at mura ang presyo at naka-print
Probe na may koaksial na ehe	Makitid hanggang katamtaman	Pagbabarena at patayong koneksyon	Mababang feed-line radiation	Flexible na pag-tune ng single-element feed-point
Kaakibat ng siwang	Katamtaman hanggang lapad	Multilayer na may pagkakahanay ng puwang	Magandang paghihiwalay ng pagkain	Mga disenyo na nangangailangan ng paghihiwalay at mas malawak na bandwidth
Kaugnay ng kalapitan	Malapad	Multilayer na may magkakapatong na pagkakahanay	Mababang pekeng radyasyon	Mga disenyo ng broadband kung saan katanggap-tanggap ang dagdag na kapal

Ito ay mga relatibong trend sa disenyo, hindi mga garantiya ng nakapirming pagganap. Ang hugis ng patch, pagkawala ng substrate, dielectric constant, kapal, dalas, haba ng feed-network at tolerance sa paggawa ay maaaring magpabago sa resulta.

Paano Pumili ng Tamang Paraan ng Pagpapakain

• Kinakailangang bandwidth:Kadalasang sapat ang mga direktang feed para sa mga narrowband system. Maaaring mas mainam ang aperture o proximity coupling kapag ang mas malawak na impedance bandwidth ang pangunahing kinakailangan.
• Bilang ng profile at layer:Ang microstrip line feed ay nagpapanatili sa istraktura na manipis at madaling gawin. Ang mga coupled feed ay nangangailangan ng karagdagang mga layer at pagkakahanay.
• Kadalisayan ng radyasyon:Kung kritikal ang feed-network radiation o front-to-back isolation, maaaring ihiwalay ng isang aperture-coupled structure ang feed mula sa patch.
• Pagsasama ng array:Ang mga naka-print na microstrip network ay maginhawa para sa mga array, ngunit ang line loss at parasitic radiation ay tumataas habang humahaba ang network. Ang corporate-feed layout at amplitude/phase tolerance ay dapat na sabay na suriin.
• Dalas at pagpapaubaya:Sa mga frequency ng millimeter-wave, ang mga transition ng connector, etching tolerance, kapal ng substrate, at mga error sa registration ay nagiging makabuluhan sa kuryente.
• Mga limitasyon ng lakas at thermal:Dapat suriin ang pagkawala ng konduktor, dielectric heating, densidad ng kasalukuyang ng konektor at konsentrasyon ng lokal na field para sa nilalayong antas ng kuryente.
• Gastos at kakayahang maulit:Ang disenyo na may pinakamahusay na kunwaring bandwidth ay maaaring hindi ang pinakamahusay na pagpipilian sa produksyon kung nangangailangan ito ng mahirap na pagbubuklod o mahigpit na pagkakahanay ng multilayer.

Paano Pumili ng Coaxial Probe Feed Point

Ang tamang posisyon ng probe ay ang lokasyon na nagpapakita ng target na input impedance habang pinapagana ang nilalayong mode gamit ang katanggap-tanggap na cross-polarization. Hindi ito dapat awtomatikong mapili sa patch center, sa maximum electric-field point o sa maximum current point.

Para sa isang kumbensyonal na parihabang patch na tumatakbo sa fundamental mode nito, ang input resistance ay karaniwang mataas malapit sa isang radiating edge at bumababa habang ang feed ay gumagalaw patungo sa gitna sa kahabaan ng resonant dimension. Ang isang 50-ohm point ay karaniwang matatagpuan sa pagitan ng gilid at gitna. Ang eksaktong posisyon ay depende sa mga sukat ng patch, mga katangian ng substrate, diameter ng probe, ground plane, connector at mga kalapit na istruktura.

1. Magsimula sa mga sukat ng patch para sa kinakailangang resonant frequency at polarization.
2. Ilagay ang probe sa isang naaangkop na linya ng symmetry upang makatulong na ma-excite ang nais na mode at limitahan ang mga cross-polarized field.
3. I-sweep ang offset mula sa radiating edge sa isang full-wave electromagnetic model hanggang sa maabot ang target na impedance at return loss.
4. Isama ang coaxial transition, probe inductance, solder pad, finite ground plane, enclosure at radome kapag bahagi ang mga ito ng final assembly.
5. Bumuo ng isang tolerance model para sa kapal ng substrate, dielectric constant, etching at feed-position error.
6. Patunayan ang ginawang antenna gamit ang isang naka-calibrate na vector network analyzer at isaayos lamang pagkatapos ihambing ang mga reference plane ng pagsukat at simulation.

Mga Pagsusuri sa Disenyo at Pagsukat

Dapat i-verify ang feed optimization laban sa higit sa isang halaga ng S-parameter. Karaniwang kasama sa isang kumpletong pagsusuri ang:

• Resonant frequency, S11, return loss, VSWR at impedance bandwidth.
• Tunay at haka-haka na input impedance sa buong operating band.
• Kabuuang kahusayan, natanto na pakinabang at pagkawala ng konduktor/dielectric.
• Mga co-polarized at cross-polarized na pattern ng radiation sa mga pangunahing eroplano.
• Ratio mula harap hanggang likod, mga sidelobe, at distorsyon ng pattern na dulot ng feed o connector.
• Kasalukuyang distribusyon at ebidensya ng mga hindi sinasadyang surface-wave o higher-order mode.
• Pagganap sa ilalim ng inaasahang temperatura, radome, housing, cable-routing at mga kondisyon ng pag-install.

Mga Aplikasyon

Ang mga microstrip antenna at array ay ginagamit sa mga wireless communication terminal, satellite at navigation equipment, radar sensor, telemetry, aerospace platform, test system at compact embedded RF products. Ang feed architecture ay dapat piliin para sa aktwal na pangangailangan ng system: ang isang simpleng printed feed ay maaaring mainam para sa isang compact narrowband unit, habang ang isang coupled feed ay maaaring makatwiran para sa mas malawak na bandwidth o mas malakas na isolation.

Mga Madalas Itanong

Aling paraan ng pagpapakain ng antenna sa microstrip ang pinakasimple?

Ang microstrip line feed ay karaniwang ang pinakasimple dahil ang linya at patch ay maaaring i-print sa iisang substrate. Madali itong i-integrate sa isang planar feed network, bagaman ang feed-line radiation ay dapat kontrolin.

Aling paraan ng pagpapakain ang nagbibigay ng pinakamalawak na bandwidth?

Ang proximity-coupled at aperture-coupled feeds sa pangkalahatan ay nag-aalok ng mas malaking potensyal na bandwidth kaysa sa mga basic direct feed. Ang aktwal na bandwidth ay nakadepende pa rin sa kumpletong geometry ng antenna at substrate stack.

Aling feed ang nagbibigay ng pinakamahusay na isolation mula sa radiating patch?

Ang aperture coupling ay nagbibigay ng matibay na structural isolation dahil ang isang ground plane ay naghihiwalay sa feed line mula sa patch. Kailangan pa ring suriin ang slot leakage at back radiation.

Binabago ba ng feed point ang resonant frequency?

Ang pangunahing layunin nito ay ang impedance matching, ngunit ang probe o linya ay nakakagambala rin sa mga electromagnetic field. Ang malalaking probe, mahahabang probe, malakas na coupling o isang feed na malapit sa isang sensitibong rehiyon ng field ay maaaring magbago sa resonance pati na rin sa input impedance.

Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng pagpapakain at pagtutugma ng impedance?

Inilalarawan ng feeding kung paano inihahatid ang enerhiya ng RF sa patch. Ang impedance matching ay ang proseso ng paggawa ng input ng antenna na tugma sa transmission line, karaniwang 50 ohms. Ang posisyon ng feed at geometry ay mahahalagang matching variable, ngunit maaari ring gamitin ang mga karagdagang transformer, insets, stubs o matching network.

Konklusyon

Ang pagpili ng microstrip antenna feed ay isang desisyon sa antas ng sistema. Ang microstrip line at coaxial probe feeds ay pinapaboran ang pagiging simple at direktang pag-tune, habang ang aperture at proximity coupling ay nag-aalok ng mas malakas na isolation o mas malawak na bandwidth kapalit ng mga karagdagang layer at mas mahigpit na kontrol sa paggawa. Ang pangwakas na pagganap ay dapat palaging kumpirmahin gamit ang full-wave simulation, tolerance analysis at calibrated measurement.

Mga Rekomendasyon ng Produkto ng Microstrip Antenna

Galugarin ang RF MISOmga produkto ng microstrip antennasa ibaba, omakipag-ugnayan sa aming pangkat ng inhinyeroupang talakayin ang mga kinakailangan sa saklaw ng frequency, gain, polarization, interface at integration.