마이크로스트립 안테나 : 구성, 작동, 유형, 급전 방법 및 응용

무선 공학의 안테나 또는 안테나는 전문 분야입니다. 변환기 , 송신기 또는 수신기에 전기적으로 연결된 도체 배열로 설계되었습니다. 안테나의 주요 기능은 모든 수평 방향에서 균일하게 전파를 송수신하는 것입니다. 안테나는 다양한 유형과 모양으로 제공됩니다. 작은 안테나는 집 지붕에 설치되어 TV를 시청할 수 있으며, 큰 안테나는 수백만 마일 떨어진 여러 위성의 신호를 포착합니다. 안테나는 신호를 포착하고 전송하기 위해 수직 및 수평으로 움직입니다. 있다 다양한 종류의 안테나 조리개, 와이어, 렌즈, 반사경, 마이크로스트립, 로그 주기, 배열 등을 사용할 수 있습니다. 이 문서에서는 개요를 설명합니다. 마이크로스트립 안테나 .

마이크로스트립 안테나 정의

유전체 표면 위의 전도성 물질 조각을 간단히 에칭하여 모양을 만든 안테나를 마이크로스트립 안테나 또는 패치 안테나라고 합니다. 이 마이크로스트립 안테나의 접지면에는 유전 물질이 장착되어 있으며, 이 평면은 전체 구조를 지지합니다. 또한 패치에 연결된 피드 라인을 통해 이 안테나에 대한 자극을 제공할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 안테나는 100MHz 이상의 주파수를 갖는 마이크로파 주파수 애플리케이션에 사용되는 로우 프로파일 안테나로 간주됩니다.

안테나의 마이크로 스트립/패치는 분석 및 제작이 용이하도록 직사각형, 정사각형, 타원형 및 원형으로 선택할 수 있습니다. 일부 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판을 사용하지 않지만 유전체 스페이서를 사용하여 접지면에 장착된 금속 패치로 만들어집니다. 따라서 결과적인 형성은 덜 강력하지만 대역폭은 더 넓습니다.

마이크로스트립 안테나 구성

마이크로스트립 안테나 설계는 매우 얇은 금속 스트립을 유전체 재료 사이의 접지면에 배열하여 수행할 수 있습니다. 여기서 유전체 물질은 스트립을 접지면에서 분리하는 데 사용되는 기판입니다. 이 안테나가 자극되면 유전체에서 생성된 파동이 반사되고 금속 패치 가장자리에서 방출되는 에너지가 매우 낮습니다. 이러한 안테나 모양은 유전체 재료에 배열된 금속 패치 모양으로 식별됩니다.

일반적으로 스트립/패치 및 공급 라인은 기판 표면에 포토 에칭됩니다. 정사각형, 쌍극자, 직사각형, 원형, 타원형 및 쌍극자와 같은 다양한 마이크로스트립 안테나 모양이 있습니다. 패치는 다양한 모양으로 형성될 수 있다는 것을 알고 있지만 제작이 쉽기 때문에 일반적으로 원형, 정사각형 및 직사각형 모양의 패치가 사용됩니다.

마이크로스트립 안테나는 유전체 기판 위의 다양한 패치 그룹으로 형성될 수도 있습니다. 마이크로스트립 안테나에 자극을 제공하기 위해 단일 또는 다수의 급전선이 사용됩니다. 따라서 마이크로스트립 요소 어레이가 있으면 더 나은 지향성, 높은 이득, 낮은 간섭으로 향상된 전송 범위를 제공합니다.

마이크로스트립 안테나의 작동

마이크로스트립 안테나는 다음과 같이 작동합니다. 피드 라인 전체의 전류가 마이크로스트립 안테나의 스트립에 도달할 때마다 전자기파가 생성됩니다. 따라서 패치의 이러한 파도는 너비 측면에서 방사되기 시작합니다. 그러나 스트립 두께가 매우 얇으면 기판에서 생성된 파동이 스트립 가장자리를 통해 반사됩니다. 길이에 따른 일정한 스트립 구조는 방사선 방출을 허용하지 않습니다.

마이크로스트립 안테나의 낮은 방사 성능으로 인해 상점, 실내 위치 또는 지역 사무실과 같은 짧은 거리의 전파 전송만 커버할 수 있습니다. 따라서 이러한 비효율적인 파동 전송은 매우 넓은 지역의 중앙 집중식 지역에서는 허용되지 않습니다. 일반적으로 반구형 적용 범위는 마운트에서 떨어진 30⁰ – 180⁰ 각도의 패치 안테나로 제공됩니다.

마이크로스트립 안테나 사양

마이크로스트립 안테나 사양은 다음과 같습니다.

• 공진 주파수는 1.176GHz입니다.
• 마이크로스트립 안테나의 주파수 범위는 2.26GHz ~ 2.38GHz입니다.
• 기판의 유전 상수는 5.9입니다.
• 유전체 기판의 높이는 635um입니다.
• 공급 방식은 마이크로스트립 라인 공급입니다.
• 손실 탄젠트는 0.00 12입니다.
• 지휘자는 은색입니다.
• 도체의 두께는 25um입니다.
• 대역폭은 fo ± 10GHz입니다.
• 이득은 5dB 이상입니다.
• 축비는 4dB 이하입니다.
• 반사 손실은 15dB보다 좋습니다.

마이크로스트립 안테나 유형

아래에서 설명하는 다양한 유형의 마이크로스트립 안테나가 있습니다.

마이크로스트립 패치 안테나

이러한 유형의 안테나는 스트립(또는) 패치 안테나로 구성된 유전체 재료를 통해 접지 수준에 금속 패치가 배열된 로우 프로파일 안테나입니다. 이 안테나는 방사능이 낮은 극히 작은 크기의 안테나입니다. 이 안테나에는 유전체 기판의 한 면에 방사 패치가 있고 다른 면에는 접지면이 있습니다.

일반적으로 패치는 금이나 구리와 같은 전도성 물질로 만들어집니다. 이러한 유형의 안테나는 간단히 PCB에 제작하여 마이크로스트립 방식으로 형성할 수 있습니다. 이 안테나는 100MHz보다 큰 주파수를 갖는 마이크로파 주파수 애플리케이션에 사용됩니다.

마이크로스트립 다이폴 안테나

마이크로스트립 다이폴 안테나 얇은 마이크로스트립 도체는 기판의 실제 부분에 배치되며 접지면으로 알려진 한쪽 면이 금속으로 완전히 덮여 있습니다. 이 안테나는 컴퓨터 및 WLAN용 노드와 같은 디지털 통신 장치에 사용됩니다. 이 유형의 안테나는 너비가 작기 때문에 WLAN 시스템의 진입점에서 활용할 수 있습니다.

인쇄된 슬롯 안테나

인쇄된 슬롯 안테나는 양방향 방사 패턴으로 안테나의 대역폭을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이 안테나의 감도는 일반 안테나에 비해 낮습니다. 이러한 안테나는 기판에 반대 방향으로 배치되고 패치 위에 제공된 슬롯 축에 수직으로 배치된 피드 라인 전체에 필요합니다.

마이크로스트립 진행파 안테나

Microstrip 진행파 안테나는 주로 TE 연결을 지원하기에 충분한 너비의 긴 Microstrip 라인으로 설계되었습니다. 이러한 유형의 마이크로칩 안테나는 주요 빔이 측면에서 최종 사격까지 모든 경로 내에 있도록 설계되었습니다.

마이크로스트립 안테나의 급전 방법

마이크로스트립 안테나에는 두 가지 급전 방법이 있습니다. 아래에서 논의되는 접촉 피드와 비접촉 피드.

피드에 연락하는 중

피드 접촉 시 전력은 방사 요소에 직접 제공됩니다. 따라서 이는 동축 라인/마이크로스트립을 사용하여 수행할 수 있습니다. 이러한 유형의 수유 방법은 다시 두 가지 유형으로 분류됩니다. 아래에서 설명하는 마이크로스트립 피드와 동축 피드.

마이크로스트립 피드

마이크로스트립 피드는 방사 요소의 폭보다 폭이 매우 작은 전도성 스트립입니다. 스트립의 치수가 더 얇기 때문에 피드 라인은 기판 위에 간단한 에칭을 제공합니다. 이러한 유형의 피드 배열의 이점은 다음과 같습니다. 유사한 기판 위에 피드를 에칭하여 평면 구조를 제공할 수 있다는 것입니다. 구조물을 향한 피드 라인은 중간, 오프셋 또는 삽입 위치에 제공됩니다. 패치 내 삽입 컷의 주요 목적은 추가 매칭 요소 없이 피드 라인의 임피던스를 패치에 매칭시키는 것입니다.

동축 피드

이 급전 방식은 가장 많이 사용되는 방식으로 Z 동축 케이블을 사용하여 패치를 급전하는 비평면 급전 방식이다. 이 급전 방식은 내부 도체가 패치에 직접 연결되고 외부 도체가 접지면에 연결되는 방식으로 마이크로스트립 안테나에 제공됩니다.

임피던스는 동축 피드 배열의 차이에 따라 변경됩니다. 피드 라인이 패치의 아무 곳에나 연결되면 임피던스 매칭에 도움이 됩니다. 그러나 접지면 전체를 연결하는 피드 라인은 기판 내에 구멍을 뚫어야 하기 때문에 약간 어렵습니다. 이 급전 방법은 제작이 매우 간단하고 스퓨리어스 방사선이 적습니다. 그러나 가장 큰 단점은 접지면 커넥터에 연결된다는 것입니다.

비접촉 피드

전자기 결합을 통해 급전선에서 방사 요소에 전력이 공급됩니다. 이러한 공급 방법은 세 가지 유형으로 제공됩니다. 조리개 결합, 근접 결합 및 분기 라인 피드.

조리개 결합 피드

개구 피드 기술에는 안테나 유전체 기판과 같은 두 개의 유전체 기판과 단순히 접지면을 통해 분할되고 중간에 간격이 있는 피드 유전체 기판이 포함됩니다. 금속 패치는 안테나 기판 위에 위치하며 접지면은 안테나 유전체의 다른 면에 위치합니다. 절연을 제공하기 위해 피드 라인과 피드 유전체는 접지면의 다른 쪽에 위치합니다.

이 급전 기술은 다른 급전 기술로는 달성할 수 없는 뛰어난 편광 순도를 제공합니다. 조리개 커플 피드는 높은 대역폭을 제공하며 단일 레이어에서 다른 레이어로의 와이어를 활용하고 싶지 않은 애플리케이션에 매우 유용합니다. 이 공급 기술의 주요 단점은 다층 제조가 필요하다는 것입니다.

근접 결합 피드

근접 결합 피드는 접지면이 없는 간접 피드라고도 합니다. 개구 결합형 피드 안테나에 비해 제조가 매우 간단합니다. 안테나의 전도성 표면에는 슬롯이 있고 마이크로스트립 라인으로 커플링이 제공됩니다.

이 공급 방법은 낮은 스퓨리어스 방사와 큰 대역폭을 제공합니다. 이 방법의 공급 라인은 두 개의 유전체 기판 사이에 위치합니다. 급전선 가장자리는 마이크로스트립 안테나의 입력 임피던스가 50Ω인 어떤 지점에 배열됩니다. 이 공급 기술은 다른 유형의 방법에 비해 대역폭 효율성이 향상되었습니다. 이 기술의 주요 단점은 다음과 같습니다. 다층 제조가 가능하며 편광 순도가 좋지 않습니다.

지선 공급

분기 라인 피드 기술에서는 전도성 스트립이 마이크로스트립의 패치 가장자리에 직접 연결됩니다. 패치에 비해 전도성 스트립의 폭은 더 작습니다. 이 수유 기술의 주요 이점은 다음과 같습니다. 피드가 유사한 기판에 에칭되어 평면 구조를 제공합니다.

삽입 컷을 패치에 통합하여 추가 매칭 요소 없이도 우수한 임피던스 매칭을 얻을 수 있습니다. 이는 삽입 위치를 적절하게 제어함으로써 얻을 수 있습니다. 그렇지 않으면 슬롯을 슬라이스하고 적절한 크기의 패치에서 에칭할 수 있습니다. 또한, 이 공급 기술은 분기 라인 공급 기술로 활용됩니다.

마이크로스트립 안테나 방사 패턴

안테나의 방사 특성에 대한 그래픽 표현은 안테나가 공간으로 에너지를 방출하는 방식을 설명하는 방사 패턴으로 알려져 있습니다. 도달각의 함수로서 전력의 변화는 안테나의 원거리장에서 모니터링됩니다.

마이크로스트립 안테나의 방사 패턴은 넓고 방사 전력이 낮으며 주파수 BW가 좁습니다. 아래에는 지향성이 낮은 마이크로스트립 안테나의 방사 패턴이 나와 있습니다. 이러한 안테나를 사용하면 우수한 지향성을 갖는 어레이를 형성할 수 있다.

형질

그만큼 마이크로스트립 안테나 특성 다음을 포함합니다.

• 마이크로스트립 안테나 패치는 매우 얇은 전도성 영역이어야 합니다.
• 패치와 비교하여 접지면은 상당히 큰 치수를 가져야 합니다.
• 방사소자와 급전선을 구성하기 위해 기판에 포토에칭을 실시합니다.
• 유전율이 2.2~12 범위인 두꺼운 유전체 기판은 우수한 안테나 성능을 제공합니다.
• 마이크로스트립 안테나 설계의 마이크로스트립 요소 어레이는 뛰어난 지향성을 제공합니다.
• 마이크로스트립 안테나는 높은 빔 폭을 제공합니다.
• Q 인자가 높으면 효율이 낮아지고 대역폭이 약간 낮아지므로 이 안테나는 매우 높은 품질 인자를 제공합니다. 그러나 이는 단순히 기판의 폭을 늘리는 것으로 보상될 수 있습니다. 그러나 특정 한도 이상으로 폭을 늘리면 불필요한 전력 손실이 발생합니다.

장점과 단점

그만큼 마이크로스트립 안테나의 장점 다음을 포함합니다.

• 마이크로스트립 안테나는 매우 작습니다.
• 이 안테나의 무게는 더 적습니다.
• 이 안테나가 제공하는 제작 절차는 간단합니다.
• 크기와 부피가 작기 때문에 설치가 매우 쉽습니다.
• 다른 장치와의 간단한 통합을 제공합니다.
• 이 안테나는 이중 및 삼중 주파수 작동을 수행할 수 있습니다.
• 이러한 안테나 어레이는 쉽게 구성할 수 있습니다.
• 이 안테나는 강한 표면 위에서도 높은 견고성을 제공합니다.
• 제작, 사용자 정의 및 수정이 간단합니다.
• 이 안테나는 간단하고 저렴한 구성을 가지고 있습니다.
• 이 안테나에서는 선형 및 원형 편파가 가능합니다.
• 배열 안테나에 적합합니다.
• 모놀리식 마이크로파 IC와 호환됩니다.
• 단순히 유전체의 폭을 개선함으로써 대역폭을 확장할 수 있습니다.

그만큼 마이크로스트립 안테나의 단점 다음을 포함합니다.

• 이 안테나는 더 적은 이득을 제공합니다.
• 이러한 유형의 안테나의 효율성은 도체 및 유전 손실로 인해 낮습니다.
• 이 안테나는 교차 편파 방사 범위가 넓습니다.
• 이 안테나의 전력 처리 용량은 낮습니다.
• 임피던스 대역폭이 더 적습니다.
• 이 안테나의 구조는 피드 및 기타 접합점에서 방사됩니다.
• 이 안테나는 생태학적 요인에 대해 매우 민감한 성능을 보여줍니다.
• 이러한 안테나는 위조된 피드 방사선에 더 취약합니다.
• 이 안테나는 도체 및 유전 손실이 더 많습니다.

응용

그만큼 사용하거나 마이크로스트립 안테나의 응용 다음을 포함합니다.

• 마이크로스트립 안테나는 다양한 분야에 적용 가능합니다. 미사일에서는 위성 , 우주선, 항공기, 무선 통신 시스템, 휴대폰, 원격 감지 및 레이더.
• 이 안테나는 무선 통신에 사용됩니다. 휴대폰 및 호출기와 같은 휴대용 장치와의 호환성을 보여줍니다.
• 이는 미사일의 통신 안테나로 사용됩니다.
• 이 안테나는 크기가 작기 때문에 마이크로파 및 위성 통신 애플리케이션에 사용됩니다.
• GPS 차량 및 해병대 추적이 용이하기 때문에 마이크로스트립 안테나의 주요 이점 중 하나입니다.
• 이는 위상 배열에 사용됩니다. 레이더 일부 백분율과 동일한 대역폭 허용 오차를 처리합니다.

마이크로스트립 안테나의 대역폭을 향상시키는 방법은 무엇입니까?

마이크로스트립 안테나의 대역폭은 낮은 유전 상수로 기판 두께 강화, 슬롯 절단, 노치 절단을 통한 프로브 공급 및 다양한 형태의 안테나와 같은 다양한 기술을 통해 향상될 수 있습니다.

마이크로스트립 안테나가 방사되는 이유는 무엇입니까?

마이크로스트립 패치 안테나는 주로 패치 가장자리와 접지면 사이의 프린징 필드로 인해 방사됩니다.

마이크로스트립 안테나의 이득을 높이는 방법은 무엇입니까?

마이크로스트립 안테나의 이득은 피드 패치와 접지면 사이의 기생 패치와 에어 갭을 통해 증가될 수 있습니다.

따라서 이는 마이크로스트립 안테나 개요 , 작업 및 응용 프로그램. 이 안테나는 일반적인 PCB(또는) 반도체 칩에 통신 시스템의 안테나 및 기타 구동 회로를 편리하게 통합할 수 있는 매우 현대적인 발명품입니다. 이는 기가헤르츠 범위의 광범위한 현재 마이크로파 시스템에서 광범위하게 사용됩니다. 이 안테나의 주요 이점은 다음과 같습니다. 경량, 저비용, 컨포멀 모양 및 모놀리식 및 하이브리드 마이크로파 IC와의 호환성. 여기에 질문이 있습니다. 다이폴 안테나 ?