마이크로스트립 안테나

Microstrip antenna
위성 텔레비전 수신기용 마이크로스트립 안테나 배열.
마이크로스트립 안테나 어레이의 공급 구조 다이어그램.

통신에서 마이크로스트립 안테나(인쇄 안테나라고도 함)는 일반적으로 PCB(인쇄회로기판)의 광석기법을 사용하여 제작된 안테나를 의미한다.[1] 일종의 내부 안테나다. 그것들은 대부분 마이크로파 주파수에 사용된다. 개별 마이크로스트립 안테나는 PCB(인쇄회로기판) 표면에 다양한 모양의 금속 포일(패치 안테나) 패치로 구성되며, 보드 반대쪽에는 금속 포일 접지면이 있다. 대부분의 마이크로스트립 안테나는 2차원 배열의 여러 패치로 구성된다. 안테나는 보통 포일 마이크로스트립 전송선을 통해 송신기나 수신기에 연결된다. 무선 주파수 전류는 안테나 및 접지 평면 사이에 인가(또는 수신 안테나에서 수신 신호가 생성됨)된다. 마이크로스트립 안테나는 소비자 제품, 항공기 및 미사일 표면에 통합될 수 있는 얇은 평면 프로필, 인쇄 회로 기법을 사용한 제작 용이성, 동일한 보드의 안테나를 나머지 회로와 통합할 수 있는 용이성, 그리고 가능성 때문에 최근 수십 년 동안 매우 인기를 끌었다. 안테나 자체에 마이크로파 집적 회로와 같은 능동 장치를 추가하여 능동 안테나를 만든다. 패치 안테나

마이크로스트립 안테나의 가장 일반적인 유형은 패치 안테나로 알려져 있다. 패치를 배열의 구성 요소로 사용하는 안테나도 가능하다. 패치 안테나는 인쇄회로기판 등 절연 유전체 기질에 접합된 금속 트레이스에 안테나 요소 패턴을 에칭하여 제작된 협대역 광폭 안테나로, 지면을 형성하는 기질 반대편에 접합된 연속 금속 레이어를 사용한다. 일반적인 마이크로스트립 안테나 모양은 사각형, 직사각형, 원형, 타원형이지만 어떤 연속형도 가능하다. 일부 패치 안테나는 유전체 기판을 사용하지 않고 대신 유전체 스페이서를 사용하여 지면 위에 장착된 금속 패치로 만들어진다. 결과 구조는 덜 견고하지만 대역폭은 더 넓다. 그러한 안테나는 프로필이 매우 낮고, 기계적으로 견고하며, 차량의 구부러진 피부에 적합하도록 형상이 형성될 수 있기 때문에, 그것들은 종종 항공기와 우주선의 외관에 장착되거나 이동 무선 통신 장치에 통합된다.

이점

마이크로스트립 안테나는 단순한 2차원 물리적 기하학 때문에 제작과 설계가 상대적으로 저렴하다. 안테나의 크기가 공명 주파수에서 파장과 직접 연결되기 때문에 보통 UHF와 더 높은 주파수에서 사용된다. 단일 패치 안테나는 약 6–9dBi의 최대 지시 이득을 제공한다. 석판 기법을 사용하여 하나의 큰 기질에 일련의 패치를 인쇄하는 것은 비교적 쉽다. 패치 어레이는 적은 추가 비용으로 단일 패치보다 훨씬 높은 이득을 제공할 수 있다. 또한 복사 패치를 구성하는 동일한 작업에서 인쇄된 마이크로스트립 피드 구조로 매칭과 위상 조정을 수행할 수 있다. 저대역 안테나에서 고득점 배열을 만들 수 있는 능력은 패치 배열이 비행기 및 기타 군사용 애플리케이션에서 일반적인 이유 중 하나이다.

이런 패치 안테나의 배열은 동적 빔포밍 기능을 갖춘 단계별 안테나를 만드는 손쉬운 방법이다.[3]

패치 안테나 고유의 장점은 양극화 다양성을 가질 수 있다는 것이다. 패치 안테나는 여러 공급 지점을 사용하여 [4]수직, 수평, 우측 원형(RHCP) 또는 좌측 원형(LHCP) 편광화를 쉽게 설계하거나 비대칭 패치 구조를 가진 단일 공급 지점을 사용할 수 있다.[5] 이 고유한 특성은 다양한 요구사항을 가질 수 있는 다양한 유형의 통신 링크에 패치 안테나를 사용할 수 있도록 한다.

사각 패치

가장 일반적으로 사용되는 마이크로스트립 안테나는 잘린 마이크로스트립 전송선처럼 보이는 직사각형 패치다. 그것은 대략 1/2 파장이다. 공기를 유전 기질로 사용할 때 직사각형 마이크로스트립 안테나의 길이는 자유 공간 파장의 약 1/2이다. 안테나가 유전체를 기질로 탑재함에 따라 기질의 상대 유전 상수가 증가함에 따라 안테나 길이가 감소한다. 안테나의 공명 길이는 안테나의 전기적 길이를 약간 증가시키는 확장된 전기 "프링 필드" 때문에 약간 더 짧다. 마이크로스트립 안테나의 초기 모델은 방사선 손실을 나타내기 위해 양쪽 끝단에 등가 하중이 가해지는 마이크로스트립 전송선의 한 부분이다.

사양.

마이크로스트립 안테나의 유전체 하중은 방사선 패턴과 임피던스 대역폭 모두에 영향을 미친다. 기질의 유전체 상수가 증가하면 안테나 대역폭이 감소하여 안테나의 Q 계수가 증가하여 임피던스 대역폭이 감소한다. 이 관계는 안테나의 송신선 모델을 사용할 때 바로 뒤따르지 않았지만 Itoh와 Mittra가 1973년에 도입한 캐비티 모델을 사용할 때 명백하다 직사각형 마이크로스트립 안테나로부터의 방사선은 동등한 슬롯의 쌍으로 이해할 수 있다. 이러한 슬롯은 배열로 작용하며 안테나가 공기 유전체를 가질 때 가장 높은 직접성을 가지며 상대적 허용성이 증가하는 유전체 기질로 교체될 때 감소한다.

반파 직사각형 마이크로스트립 안테나는 그 중심을 따라 가상 단락면이 있다. 이것은 1/4 파장 마이크로스트립 안테나를 만들기 위해 물리적 단락면으로 대체될 수 있다. 이것을 때때로 하프패치라고 한다. 안테나는 안테나의 방향성/게인을 낮추는 단일 방사선 에지(등가 슬롯)만 가지고 있다. 복사 에지 사이의 결합이 제거되었기 때문에 임피던스 대역폭은 반파장 전체 패치보다 약간 낮다.

기타유형

또 다른 형태의 패치 안테나는 평면 반전-F 안테나(PIFA)이다. PIFA는 내장형 구조로 휴대전화(휴대전화)에서 흔히 볼 수 있다.[7][8] 이 안테나들은 4파 반패치 안테나에서 파생된 것이다. 하프패치의 단락면은 길이가 줄어 공진 주파수가 줄어든다.[9] 낮은 프로필과 허용 가능한 SAR 특성을 제공한다. 이 안테나는 PIFA 이름을 설명하는 반전 F와 닮았다. 전방위 패턴의 콤팩트한 안테나로 인기가 높다.[10]

종종 PIFA 안테나는 다양한 셀룰러 대역에 공명하기 위해 여러 가지를 가지고 있다. 일부 전화기에서는 방사선 대역폭 특성을 강화하기 위해 접지된 기생 요소를 사용한다.

접힌 역방향 등각 안테나(FICA)[11]는 더 나은 볼륨 재사용을 가능하게 하기 때문에 PIFA와 관련하여 몇 가지 이점이 있다.

불량 그라운드 구조(DGS) 통합 마이크로 스트립 패치가 다목적용으로 인기를 끌고 있다. 이 기법은 패치 아래 지면에서 '결함'이라고 불리는 제한된 수의 소형 슬롯을 도입하며, 잠재적으로 원거리뿐만 아니라 근거리 특성도 개선할 수 있다. 이는 2005년 구하가[12] 별도의 성분, 부피, 중량, 비용 없이 교차 극성방사선을 제어하기 위해 구상하고 도입했다. 이 기술은 마이크로스트립 패치의 대각선 플레인에서도 교차극방사선을 줄일 수 있을 정도로 발전했다. DGS-기술은 대형 마이크로스트립 어레이에서 상호 결합을 줄이고 레이더 빔의 스캔 실명 문제를 완화하는데 동등하게 효과적이다.[13][14] DGS 기법은 공기에 의한 응용 분야에서 매우 매력적인 것으로 밝혀졌다.

참조

  1. ^ Lee, Kai Fong; Luk, Kwai Man (2017). Microstrip Patch Antennas. World Scientific. pp. 8–12. ISBN 978-981-3208-61-2.
  2. ^ Pandey, Anil (2019). Practical Microstrip and Printed Antenna Design. Bostan: Artech House. p. 443. ISBN 978-1-63081-668-1.
  3. ^ Louis E의 "Welcome to 안테나 101" Frenzel, "Electronic Design" 2008
  4. ^ Chaudhuri, S.; Mishra, M.; Kshetrimayum, R.S.; Sonkar, R.K.; Bhattacharjee, S.; Saha, B. (2020). "High port-to-port isolation dual circularly polarised microstrip patch antenna with multifunction DGS". IET Microwaves, Antennas and Propagation. 14 (15): 2035–2044. doi:10.1049/iet-map.2020.0094.
  5. ^ Bancroft, R. Microstrip 및 인쇄 안테나 설계 노블 출판 2004, 2-3장
  6. ^ 이토 타츠오, 그리고 라즈 미트라 "마이크로스트립 디스크 공명기의 분석", 1973년 11월 21일자 Ach Elek Ubertagung, vol. 456-458페이지.
  7. ^ "PIFA - 평면 반전-F 안테나"
  8. ^ 이울리안 로수. "PIA – Planar Invert F 안테나"
  9. ^ antenna-theory.com의 "Invertive-F Antenna(IFA)"
  10. ^ 타가, T. 츠네카와, K., 사스키, A., 「분리형 이동 무선 유닛을 위한 Antennas」, ECL, NTT, 일본, 제35권, 제1권, 1987년 1월, 페이지 59-65.
  11. ^ Di Nallo, C.; Faraone, A, "휴대전화용 멀티밴드 내장 안테나", 전자문자, vol.41, no.9, 페이지 514-515, 2005년 4월 28일
  12. ^ Guha, D.; Biswas, M.; Antar, Y. (2005), "Microstrip patch antenna with defected ground structure for cross polarization suppression", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 4: 455–458, doi:10.1109/LAWP.2005.860211
  13. ^ Hou, D.-B.; et, al. (2009), "Elimination of scan blindness with compact defected ground structures in microstrip phased array", IET Microwaves, Antennas and Propagation, 3: 269–275, doi:10.1049/iet-map:20080037
  14. ^ Guha, D.; Biswas, S.; Antar, Y. (2011), "Defected Ground Structure for Microstrip Antennas", in Microstrip and Printed Antennas: New Trends, Techniques, and Applications, John Wiley & Sons: UK, doi:10.1002/9780470973370

외부 링크