Què és una antena de microstrip? Estructura, principi de funcionament i aplicacions

Visió general del producte i la tecnologia

Una antena microstrip és una antena planar formada per un pegat radiant conductor, un substrat dielèctric i un pla de terra. El pegat normalment s'imprimeix en un costat del substrat, mentre que el pla de terra es col·loca al costat oposat. Aquesta estructura fa que l'antena sigui prima, lleugera i adequada per a la instal·lació en plataformes planes o lleugerament corbes.

En l'enginyeria pràctica de RF, les antenes de microstrip són valorades perquè es poden integrar amb circuits de microones, matrius en fase, radomes i carcasses de sistemes compactes. Les seves característiques de radiació es poden ajustar mitjançant la geometria del pegat, el material del substrat, el mètode d'alimentació, la disposició de la matriu i la disposició mecànica.

Estructura bàsica d'una antena de microstrip

Una antena microstrip típica conté tres capes principals. El pegat metàl·lic superior actua com a element radiant. El substrat dielèctric suporta el pegat i afecta l'amplada de banda, l'eficiència i la mida. El pla de terra inferior ajuda a definir el comportament de la radiació i aïlla l'antena de la superfície de muntatge.

Pegat radiant	Normalment rectangulars, circulars o de forma personalitzada per a una freqüència i polarització requerides.
substrat dielèctric	Seleccionat segons la pèrdua de RF, la constant dielèctrica, el gruix, l'amplada de banda i els requisits ambientals.
Pla de terra	Proporciona un pla de referència i contribueix a un rendiment de radiació estable.
Estructura de l'alimentació	Pot utilitzar una línia de microstrip, una sonda coaxial, un acoblament d'obertura o un acoblament de proximitat, depenent de l'objectiu del disseny.

Com funciona una antena de microstrip?

Quan s'introdueix energia de radiofreqüència (RF) al pegat, s'estableix un camp electromagnètic entre el pegat i el pla de terra. La radiació es produeix principalment a prop de les vores del pegat, on el camp franjant s'estén a l'espai circumdant.

La freqüència de funcionament està estretament relacionada amb la mida del pegat, la constant dielèctrica del substrat i el gruix del substrat. Per a un pegat rectangular, la longitud ressonant generalment està relacionada amb aproximadament la meitat de la longitud d'ona guiada dins del substrat.

En dissenys reals, les dimensions finals s'han d'optimitzar perquè la càrrega dielèctrica, la posició d'alimentació, la carcassa, el material del radome i les estructures metàl·liques properes poden afectar el rendiment mesurat.

Mètodes d'alimentació comuns

Mètode d'alimentació	Benefici típic	Consideració d'enginyeria
Alimentació de línia de microstrip	Estructura impresa simple i fàcil integració amb PCB.	La radiació i l'adaptació de la línia d'alimentació s'han de controlar acuradament.
Alimentació de sonda coaxial	Selecció flexible del punt d'alimentació per a l'adaptació d'impedància.	El muntatge mecànic i la inductància de la sonda poden afectar l'amplada de banda.
Alimentació acoblada per obertura	Bon aïllament entre la xarxa d'alimentació i l'element radiant.	Estructura multicapa més complexa i control de fabricació més estricte.
Alimentació acoblada per proximitat	Pot ajudar a millorar l'amplada de banda en dissenys seleccionats.	Requereix una alineació precisa de les capes i una selecció precisa del material.

Avantatges i limitacions

Avantatges Estructura lleugera i de perfil baix. Apte per a sistemes compactes de radiofreqüència i microones. Compatible amb circuits planars i configuracions de matriu. Pot admetre polarització lineal o circular segons el disseny. Forma i disseny flexibles per a una integració personalitzada.

Limitacions L'amplada de banda pot ser més estreta que la d'alguns tipus d'antenes de trompeta o reflectores. L'eficiència es pot veure afectada per les pèrdues dielèctriques i les pèrdues del conductor. El rendiment és sensible al material del substrat, al gruix i a les estructures properes. Per a aplicacions exigents, s'han de tenir en compte factors tèrmics, ambientals i mecànics.

Aplicacions típiques

A causa del seu factor de forma planar i la flexibilitat de disseny, les antenes de microstrip s'utilitzen en moltes plataformes de RF i microones on l'espai, el pes i la integració són importants.

Sistemes de radarFrontends de radar compactes, matrius en fase i plataformes de detecció direccional.	Aeroespacial i DefensaInstal·lació de perfil baix on l'alçada mecànica i el pes importen.	Comunicació sense filEnllaços de microones, antenes terminals i mòduls de comunicació integrats.
Mesura d'antenesLaboratoris de radiofreqüència per a proves, comparació i avaluació a nivell de sistema.	Navegació i telemetriaBandes seleccionades i requisits de polarització.	Integració de sistemesEquilibrant el rendiment de l'antena amb les restriccions de la carcassa i la plataforma.

Antenes de matriu de microstrip

Es pot utilitzar un sol element de microstrip, però molts sistemes de microones requereixen un guany més alt, feixos amb forma o capacitat d'escaneig. En aquests casos, es poden organitzar diversos elements de pegat en unantena de matriu de microstrip.

Controlant l'espaiat dels elements, la xarxa d'alimentació, l'amplitud i la distribució de fase, els enginyers poden aconseguir diferents objectius d'amplada de feix, lòbul lateral, guany i polarització. Les antenes de matriu de microstrip es consideren habitualment per a radar, comunicació per satèl·lit, mesurament electrònic i sistemes de RF direccionals compactes.

Preguntes freqüents