Ăng-ten hoặc ăng-ten trong kỹ thuật vô tuyến là một thiết bị chuyên dụng đầu dò , được thiết kế bởi một dãy dây dẫn được kết nối điện với máy phát hoặc máy thu. Chức năng chính của ăng-ten là truyền và nhận sóng vô tuyến như nhau theo mọi hướng ngang. Ăng-ten có nhiều loại và hình dạng khác nhau. Các ăng-ten nhỏ có thể được tìm thấy trên mái nhà để xem TV và các ăng-ten lớn thu tín hiệu từ các vệ tinh khác nhau cách xa hàng triệu dặm. Ăng-ten di chuyển theo chiều dọc và chiều ngang để thu và truyền tín hiệu. Có các loại anten khác nhau có sẵn như khẩu độ, dây, thấu kính, gương phản xạ, microstrip, nhật ký tuần hoàn, mảng và nhiều thứ khác. Bài viết này thảo luận tổng quan về anten vi dải .
Định nghĩa anten vi dải
Ăng-ten được tạo hình bằng cách khắc một miếng vật liệu dẫn điện lên trên bề mặt điện môi được gọi là ăng-ten vi dải hoặc ăng-ten vá. Trên mặt phẳng nền của ăng-ten vi dải này, vật liệu điện môi được gắn vào, nơi mặt phẳng này đỡ toàn bộ cấu trúc. Ngoài ra, việc kích thích tới ăng-ten này có thể được cung cấp bằng các đường cấp dữ liệu được kết nối với miếng vá. Nói chung, các ăng-ten này được coi là ăng-ten cấu hình thấp được sử dụng trong các ứng dụng tần số vi sóng có tần số trên 100 MHz.
Dải/miếng vá vi mô của ăng-ten có thể được chọn là hình chữ nhật, hình vuông, hình elip & hình tròn để dễ phân tích và chế tạo. Một số ăng-ten vi dải không sử dụng chất nền điện môi nhưng chúng được chế tạo bằng một miếng kim loại được gắn trên mặt phẳng đất với các miếng đệm điện môi; do đó sự hình thành kết quả kém mạnh mẽ hơn nhưng băng thông của nó rộng hơn.
Cấu trúc anten vi dải
Thiết kế ăng-ten vi dải có thể được thực hiện với sự trợ giúp của một dải kim loại cực mỏng bằng cách sắp xếp nó trên mặt phẳng nền ở giữa một vật liệu điện môi. Ở đây, vật liệu điện môi là chất nền được sử dụng để tách dải khỏi mặt phẳng nền. Khi ăng-ten này được kích thích, các sóng tạo ra trong chất điện môi sẽ bị phản xạ và năng lượng phát ra từ các cạnh miếng kim loại sẽ rất thấp. Những hình dạng ăng-ten này được xác định bằng hình dạng miếng kim loại được bố trí trên vật liệu điện môi.
Nói chung, dải/miếng vá và đường cấp liệu được khắc ảnh trên bề mặt chất nền. Có nhiều hình dạng ăng-ten vi dải khác nhau như hình vuông, lưỡng cực, hình chữ nhật, hình tròn, hình elip và lưỡng cực. Chúng tôi biết rằng các miếng vá có thể được tạo thành ở nhiều hình dạng khác nhau, nhưng do dễ chế tạo nên các miếng vá hình tròn, hình vuông và hình chữ nhật thường được sử dụng.
Anten vi dải cũng có thể được tạo thành từ một nhóm các miếng vá khác nhau phía trên chất nền điện môi. Một hoặc nhiều đường cấp dữ liệu được sử dụng để kích thích anten vi dải. Vì vậy, sự hiện diện của mảng phần tử vi dải mang lại khả năng định hướng tốt hơn, độ lợi cao và phạm vi truyền dẫn rộng hơn với độ nhiễu thấp.
Hoạt động của Anten Microstrip
Anten vi dải hoạt động như; bất cứ khi nào dòng điện qua đường cấp điện đến dải ăng-ten vi dải thì sóng điện từ sẽ được tạo ra. Vì vậy, các sóng này từ mảng sẽ bắt đầu tỏa ra từ phía chiều rộng. Tuy nhiên, khi độ dày dải rất nhỏ, sóng tạo ra trên chất nền sẽ bị phản xạ qua mép dải. Cấu trúc dải không đổi dọc theo chiều dài không cho phép phát xạ bức xạ.
Khả năng bức xạ thấp của ăng-ten vi dải cho phép chỉ bao phủ các đường truyền sóng với khoảng cách nhỏ như cửa hàng, địa điểm trong nhà hoặc văn phòng địa phương. Vì vậy, việc truyền sóng kém hiệu quả này không được chấp nhận ở một địa phương tập trung trong một khu vực rất rộng lớn. Thông thường, vùng phủ sóng bán cầu được cung cấp bởi ăng-ten vá ở góc 30⁰ – 180⁰ ở khoảng cách từ giá đỡ.
Thông số kỹ thuật anten vi dải
Các thông số kỹ thuật của ăng-ten vi dải bao gồm những điều sau đây.
- Tần số cộng hưởng của nó là 1,176 GHz.
- Dải tần của ăng-ten vi dải là từ 2,26 GHz đến 2,38 GHz.
- Hằng số điện môi của chất nền là 5,9.
- Chiều cao của chất điện môi là 635um.
- Phương pháp cấp liệu là cấp liệu dòng microstrip.
- Tiếp tuyến tổn thất là 0,00 12.
- Dây dẫn có màu bạc.
- Độ dày của dây dẫn là 25um.
- Băng thông của nó là fo ± 10 GHz.
- Mức tăng của nó là trên 5dB.
- Tỷ lệ trục của nó là dưới 4dB.
- Suy hao phản hồi của nó tốt hơn 15dB.
Các loại anten vi dải
Có nhiều loại ăng-ten vi dải khác nhau được thảo luận dưới đây.
Anten vá vi dải
Các loại ăng-ten này là ăng-ten cấu hình thấp trong đó một miếng kim loại được bố trí trên mặt đất thông qua vật liệu điện môi ở giữa bao gồm một dải (hoặc) Ăng-ten vá. Những ăng-ten này là những ăng-ten có kích thước cực thấp với bức xạ thấp. Ăng-ten này bao gồm một miếng bức xạ trên một mặt của chất điện môi và mặt còn lại có mặt đất.
Nói chung, miếng vá được làm bằng vật liệu dẫn điện như vàng hoặc đồng. Những loại ăng-ten này có thể được tạo thành bằng phương pháp vi dải bằng cách chế tạo đơn giản trên PCB. Những ăng-ten này được sử dụng trong các ứng dụng tần số vi sóng có tần số lớn hơn 100 MHz.
Anten lưỡng cực vi dải
vi dải anten lưỡng cực là một dây dẫn vi dải mỏng và được đặt trên phần thực tế của đế và nó được phủ hoàn toàn bằng kim loại trên một mặt được gọi là mặt phẳng nền. Những ăng-ten này được sử dụng trong các thiết bị liên lạc kỹ thuật số như máy tính và các nút cho mạng WLAN. Độ rộng của loại ăng-ten này nhỏ nên có thể được sử dụng ở điểm đầu vào của hệ thống WLAN.
Ăng-ten khe in
Ăng-ten khe in đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường băng thông của ăng-ten bằng các mẫu bức xạ theo cả hai hướng. Độ nhạy của ăng-ten này thấp hơn so với ăng-ten thông thường. Các ăng-ten này được yêu cầu xuyên suốt đường cấp dữ liệu được bố trí ngược với nền & theo chiều dọc với trục khe được cung cấp phía trên miếng vá.
Ăng-ten sóng du lịch microstrip
Anten sóng truyền vi dải được thiết kế chủ yếu với đường Microstrip dài với chiều rộng vừa đủ để hỗ trợ kết nối TE. Những loại ăng-ten vi mạch này được thiết kế sao cho chùm tia chính nằm trong bất kỳ tuyến đường nào từ mặt rộng đến điểm cháy cuối.
Phương pháp cấp nguồn của ăng-ten vi dải
Ăng-ten vi dải có hai phương pháp cấp nguồn; nguồn cấp dữ liệu tiếp xúc và nguồn cấp dữ liệu không tiếp xúc được thảo luận dưới đây.
Liên hệ với nguồn cấp dữ liệu
Nguồn cấp dữ liệu tiếp xúc được cung cấp trực tiếp cho phần tử bức xạ. Vì vậy, điều này có thể được thực hiện với một đường truyền/microstrip đồng trục. Kiểu cho ăn này lại được phân thành hai loại; Nguồn cấp dữ liệu vi dải và nguồn cấp dữ liệu đồng trục sẽ được thảo luận dưới đây.
Nguồn cấp dữ liệu vi dải
Nguồn cấp dữ liệu vi dải là một dải dẫn có chiều rộng rất nhỏ so với chiều rộng của phần tử bức xạ. Đường cấp liệu cung cấp khả năng khắc đơn giản phía trên bề mặt vì dải có kích thước mỏng hơn. Lợi ích của kiểu sắp xếp thức ăn này là; rằng thức ăn có thể được khắc lên trên một chất nền tương tự để tạo ra cấu trúc phẳng. Đường cấp liệu hướng tới cấu trúc được cung cấp ở giữa, phần bù hoặc phần trong. Mục đích chính của việc cắt lồng trong miếng vá là để khớp trở kháng của đường cấp liệu với miếng vá mà không yêu cầu bất kỳ phần tử khớp bổ sung nào.
Nguồn cấp dữ liệu đồng trục
Phương pháp cấp nguồn này là loại được sử dụng thường xuyên nhất và là phương pháp cấp nguồn không phẳng trong đó cáp đồng trục z được sử dụng để cấp nguồn cho miếng vá. Phương pháp cấp nguồn này được cung cấp cho ăng-ten vi dải theo cách mà dây dẫn bên trong được kết nối trực tiếp với miếng vá trong khi dây dẫn bên ngoài được kết nối với mặt phẳng đất.
Trở kháng sẽ thay đổi theo sự khác biệt trong cách bố trí nguồn cấp dữ liệu đồng trục. Khi đường cấp dữ liệu được kết nối ở bất kỳ vị trí nào trong bản vá, điều này sẽ giúp kết hợp trở kháng. Tuy nhiên, đường cấp liệu kết nối xuyên suốt mặt phẳng nền hơi cứng vì điều này sẽ cần phải khoan một lỗ bên trong lớp nền. Phương pháp cấp liệu này rất đơn giản để chế tạo và có ít bức xạ giả hơn. Tuy nhiên, nhược điểm chính của nó là nó được kết nối với một đầu nối mặt đất.
Nguồn cấp dữ liệu không tiếp xúc
Nguồn được cấp cho phần tử bức xạ từ đường cấp liệu bằng khớp nối điện từ. Các phương thức cấp dữ liệu này có ba loại; ghép nối khẩu độ, ghép nối gần và cấp dữ liệu đường nhánh.
Nguồn cấp dữ liệu kết hợp khẩu độ
Kỹ thuật cấp nguồn điện môi bao gồm hai chất nền điện môi như chất nền điện môi ăng-ten và chất nền điện môi cấp nguồn được phân chia đơn giản thông qua một mặt phẳng nền và có một khe hở ở giữa. Miếng vá kim loại nằm phía trên đế của ăng-ten trong khi mặt phẳng nền nằm trên một mặt khác của chất điện môi ăng-ten. Để cách ly, đường cấp điện và chất điện môi cấp được đặt ở một phía khác của mặt phẳng đất.
Kỹ thuật cấp liệu này mang lại độ tinh khiết phân cực vượt trội mà các kỹ thuật cấp liệu khác không thể đạt được. Nguồn cấp dữ liệu cặp khẩu độ cung cấp băng thông cao và cực kỳ hữu ích trong các ứng dụng mà chúng ta không muốn sử dụng dây từ lớp đơn này sang lớp khác. Hạn chế chính của kỹ thuật cho ăn này là nó cần chế tạo nhiều lớp.
Nguồn cấp dữ liệu kết hợp lân cận
Nguồn cấp dữ liệu kết hợp lân cận còn được gọi là nguồn cấp dữ liệu gián tiếp khi không có mặt phẳng mặt đất. So với ăng-ten cấp nguồn kết hợp khẩu độ, việc chế tạo nó rất đơn giản. Trên mặt dẫn điện của ăng-ten có một khe và khớp nối được cung cấp bằng một đường vi dải.
Phương pháp cấp nguồn này cung cấp bức xạ giả thấp và băng thông lớn. Đường cấp liệu trong phương pháp này nằm giữa hai chất điện môi. Cạnh đường cấp dữ liệu được bố trí tại một số điểm có trở kháng đầu vào của ăng ten vi dải là 50 ohm. Kỹ thuật cấp dữ liệu này đã nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông so với các loại phương pháp khác. Hạn chế chính của kỹ thuật này là; có thể chế tạo nhiều lớp và nó mang lại độ tinh khiết phân cực kém.
Nguồn cấp dữ liệu dòng nhánh
Trong kỹ thuật cấp dây nhánh, một dải dẫn điện được kết nối trực tiếp với mép vá của vi dải. So với miếng vá, chiều rộng của dải dẫn nhỏ hơn. Lợi ích chính của kỹ thuật cho ăn này là; rằng thức ăn được khắc trên một chất nền tương tự để tạo ra cấu trúc phẳng.
Một đường cắt bên trong có thể được tích hợp vào miếng vá để có được sự kết hợp trở kháng tuyệt vời mà không cần bất kỳ phần tử kết hợp bổ sung nào. Điều này có thể đạt được bằng cách kiểm soát vị trí chèn hợp lý, nếu không, chúng ta có thể cắt khe và khắc nó từ miếng vá với kích thước phù hợp. Hơn nữa, kỹ thuật cho ăn này được sử dụng và được gọi là kỹ thuật cho ăn theo dòng nhánh.
Mẫu bức xạ anten vi dải
Biểu diễn đồ họa của các đặc tính bức xạ của ăng-ten được gọi là mẫu bức xạ giải thích cách ăng-ten phát ra năng lượng vào không gian. Sự thay đổi công suất theo chức năng của góc tới được theo dõi ở trường xa của ăng-ten.
Mẫu bức xạ của ăng-ten vi dải rộng và có công suất bức xạ ít hơn và tần số BW hẹp. Mẫu bức xạ của ăng-ten vi dải được hiển thị bên dưới có độ định hướng thấp hơn. Bằng cách sử dụng các ăng-ten này, một mảng có thể được hình thành để có khả năng định hướng tốt hơn.
Đặc trưng
Các đặc điểm anten vi dải bao gồm những điều sau đây.
- Miếng dán ăng-ten vi dải phải là vùng dẫn điện cực mỏng.
- So với một miếng vá, mặt phẳng mặt đất phải có kích thước khá lớn.
- Quá trình khắc ảnh trên đế được thực hiện để xây dựng phần tử bức xạ và đường cấp liệu.
- Chất nền điện môi dày có hằng số điện môi trong khoảng 2,2 đến 12 mang lại hiệu suất tuyệt vời cho ăng-ten.
- Mảng phần tử vi dải trong thiết kế ăng-ten vi dải mang lại khả năng định hướng vượt trội.
- Anten vi dải có độ rộng chùm tia cao.
- Ăng-ten này cung cấp các yếu tố chất lượng cực cao vì hệ số Q cao dẫn đến hiệu suất thấp và băng thông nhỏ. Tuy nhiên, điều này có thể được bù đắp bằng cách tăng chiều rộng của chất nền. Tuy nhiên, việc tăng chiều rộng vượt quá một giới hạn cụ thể sẽ gây ra tổn thất điện năng không cần thiết.
Ưu điểm và nhược điểm
Các Ưu điểm của anten vi dải bao gồm những điều sau đây.
- Anten vi dải rất nhỏ.
- Trọng lượng của ăng-ten này ít hơn.
- Quy trình chế tạo được cung cấp bởi ăng-ten này rất đơn giản.
- Việc cài đặt của nó rất dễ dàng vì kích thước và khối lượng nhỏ.
- Nó cung cấp sự tích hợp đơn giản bởi các thiết bị khác.
- Ăng-ten này có thể thực hiện các hoạt động tần số gấp đôi và gấp ba.
- Những mảng ăng-ten này có thể được xây dựng dễ dàng.
- Ăng-ten này cung cấp độ bền cao trên các bề mặt chắc chắn.
- Nó rất đơn giản để chế tạo, tùy chỉnh và sửa đổi ..
- Ăng-ten này có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp.
- Trong ăng-ten này, có thể đạt được sự phân cực tuyến tính và tròn.
- Nó phù hợp cho anten mảng.
- Nó tương thích với IC vi sóng nguyên khối.
- Băng thông có thể được mở rộng bằng cách đơn giản là cải thiện độ rộng của vật liệu điện môi.
Các Nhược điểm của anten vi dải bao gồm những điều sau đây.
- Ăng-ten này cung cấp mức tăng ít hơn.
- Hiệu suất của loại ăng-ten này thấp do tổn thất dây dẫn và chất điện môi.
- Ăng-ten này có phạm vi bức xạ phân cực chéo cao.
- Khả năng xử lý công suất của ăng-ten này thấp.
- Nó có băng thông trở kháng ít hơn.
- Cấu trúc của ăng-ten này tỏa ra từ nguồn cấp dữ liệu và các điểm giao nhau khác.
- Ăng-ten này cho thấy hiệu suất cực kỳ nhạy cảm đối với các yếu tố sinh thái.
- Những ăng-ten này dễ bị giả mạo bức xạ nguồn cấp dữ liệu hơn.
- Ăng-ten này có nhiều tổn thất dây dẫn và điện môi hơn.
Các ứng dụng
Các sử dụng hoặc ứng dụng của anten vi dải bao gồm những điều sau đây.
- Anten vi dải được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau; trong tên lửa, vệ tinh , tàu vũ trụ, máy bay, hệ thống liên lạc không dây, điện thoại di động, viễn thám và radar.
- Những ăng-ten này được sử dụng trong thông tin liên lạc không dây. để hiển thị khả năng tương thích với các thiết bị cầm tay như điện thoại di động và máy nhắn tin.
- Chúng được sử dụng trên tên lửa làm ăng-ten liên lạc.
- Những ăng-ten này có kích thước nhỏ nên được sử dụng trong các ứng dụng liên lạc vi sóng và vệ tinh.
- GPS là một trong những lợi ích chính của ăng-ten vi dải vì nó giúp dễ dàng theo dõi các phương tiện và thủy quân lục chiến.
- Chúng được sử dụng trong mảng pha radar để xử lý dung sai băng thông bằng một số phần trăm.
Làm thế nào để cải thiện băng thông của Anten Microstrip?
Băng thông của ăng-ten vi dải có thể được tăng cường bằng các kỹ thuật khác nhau như tăng cường độ dày bề mặt với hằng số điện môi thấp, cắt khe, cấp nguồn đầu dò thông qua cắt rãnh và các dạng ăng-ten khác nhau
Tại sao Ăng-ten Microstrip bức xạ?
Anten vá vi dải phát ra chủ yếu do các trường diềm giữa mép vá và mặt phẳng đất.
Làm thế nào để tăng độ lợi của anten vi dải?
Độ lợi của ăng-ten vi dải có thể được tăng lên nhờ một miếng vá ký sinh và khe hở không khí ở giữa miếng cấp liệu và mặt phẳng đất.
Như vậy, đây là tổng quan về anten vi dải , hoạt động và ứng dụng của nó. Ăng-ten này là một phát minh khá hiện đại cho phép tích hợp thuận tiện ăng-ten và mạch điều khiển khác của hệ thống truyền thông trên PCB (hoặc) chip bán dẫn thông thường. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống vi sóng hiện nay ở phạm vi gigahertz. Những lợi ích chính của ăng-ten này là; nhẹ, chi phí thấp, hình dạng phù hợp và khả năng tương thích với các IC vi sóng nguyên khối và lai. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, Thế nào là anten lưỡng cực ?
