^Вверх

foto1 foto2 foto3 foto4 foto5


3G 4G LTE

CDMA

Wi-Fi

Антенны своими руками

3G-Aerial

Поиск на сайте

Сейчас на сайте

На сайте 24 гостей и ни одного пользователя

Вход

Войти Регистрация

Войти в аккаунт

Логин *
Пароль *
Запомнить меня

Создать аккаунт

Обязательные поля помечены звездочкой (*).
Максимальная длина имени и логина 16 символов
Имя *
Логин *
Пароль *
Подтверждение пароля *
Email *
Подтверждение email *
Защита от ботов *
5 1 1 1 1 1 Рейтинг 100% [2 Голоса (ов)]

Касаясь темы антенн для 3G 4G и Wi-Fi, мы не можем обойти вниманием патч-антенны. Появление таких антенн возникло с развитием микрополосковой СВЧ технологии, в частности теории микрополосковых длинных линий передачи. Впервые идея такой антенны была предложена еще в 1954 году, однако тогда еще не было подложек для печатных плат с небольшими потерями и она была забыта. Второе рождение патч антенны состоялось в 1972 после доклада американца Роберта Мюнсона на научном симпозиуме. Антенна была им разработана для подвижных объектов, да и сейчас она пользуется особой популярностью у фанатов FPV.

Микрополосковые антенны на печатной плате применяются почти в каждом модеме или другом устройстве в качестве встроенной антенны. Такие антенны весьма технологичны и имеют низкую стоимость при массовом производстве. Не считая фрактальных структур, печатные антенны могут быть вибраторными, щелевыми, плоскими двумерными структурами. Последние представляют собой печатный излучатель в виде квадратной (прямоугольной) или круглой (эллиптической) пластины расположенной над слоем диэлектрика с металлическим экраном, другими словами изготовленные на базе двусторонней печатной платы. Это и есть патч-антенны.

Рассмотрим что из себя представляет прямоугольный патч.патч антенна схемаЭто резонансная система с длинами сторон L и W близкими к половине длины волны с учетом укорочения в диэлектрике и влияния экрана. Такую конструкцию можно рассматривать как объемный резонатор открытый со всех четырех сторон. Не вдаваясь в теорию, будем иметь ввиду, что обе стороны с длиной L не излучают, а щели сторон W - излучают. Таким образом такой патч представляет собой стек из двух элементарных полуволновых излучателей.


патч антеннаК недостаткам печатных антенн относится их низкий КПД и относительная узкополосность 2Δf/f0 < 5%.  Для расширения полосы применяют специальные ухищрения, например U-образный вырез в центре патча. Если вместо подложки использовать воздух и увеличить расстояние от экрана, то потери в антенне значительно уменьшаются, а полоса расширяется до 15%. Полоса пропускания прямо пропорциональна отношению h/W. Именно антенны с "воздушной" подложкой стоит применять в диапазонах 3G-4G. Ну и следующий логический шаг. Если к такому воздушному патчу добавить собирающую структуру в виде таких же квадратных пассивных элементов, по типу директоров в Uda-Yagi, мы можем значительно поднять коэффициент усиления такой антенны. Но стоит не забывать, что применение такой конструкции опять же сужает и без того узкую полосу пропускания антенны.патч антенна

патч микрополосковая антеннаКоэффициент усиления патч антенны варьируется от 5 до 9 dBi и сильно зависит от параметров диэлектрика. Чем выше его диэлектрическая проницаемость, тем меньше размеры патча и направленные свойства антенны - хуже. Кроме того наличие диэлектрика понижает КПД антенны. При запитывании с краю патча, входное сопротивление антенны близко к 100 Ом у "воздушного патча" и в 2-3 раза выше этой величины у печатного. Для соглпанельная патч антеннаасования с фидером 50/75 Ом точку питания сдвигают ближе к центру патча. При этом сохраняется настройка в резонанс и отпадает необходимость в специальных согласующих устройствах, что является еще одним преимуществом антенны. Хотя никто не мешает применять схемы с четвертьволновыми трансформаторами сопротивлений на микрополосковых линиях. Кроме того, из таких патчей относительно несложно создать многоэтажную антенную решетку с высоким коэффициентом усиления. Именно такие конструкции продаются под именем панельные антенны.

Если к патчу подключить второй фидер по оси Y на таком же расстоянии x0 от края, мы получим простейшую MIMO антенну, которую можно использовать в ближней зоне приема или как облучатель зеркальной антенны в случае дальней зоны от базовой станции. Срезав два противоположных угла антенны, мы получим круговую поляризацию, но для 3G-4G, Wi-Fi антенны это не актуально.


В заключении несколько слов о расчете таких антенн. Их в принципе можно рассчитать с помощью MMANA и подобных ей программ (GAL-ANA, NEC), для этого патч и экран представляют как сетку с очень большим количеством пересекающихся проводов.Но не факт что вы получите правильный результат на выходе. Так что лучше использовать профессиональные электромагнитные симуляторы, которые применяют для расчета метод конечных элементов, например: HFSS, Comsol Multisystems, EM.Cube. Упрощенный расчет можно провести у нас на сайте с помощью онлайн калькулятора патч антенны.

Комментарии   

Lev
#16 Lev 06.03.2016 07:17
"Если к патчу подключить второй фидер по оси Y на таком же расстоянии x0 от края, мы получим простейшую MIMO антенну, ..."

Простите за вопрос, но ответа в доступных источниках не нашёл. Правильно ли я понимаю, что такая MIMO патч-антенна по коэффициенту усиления аналогична двум, повёрнутым относительно друг друга на 90°? Или же две мощнее? Имеется ввиду, что антенны иднтичны по площади и числу элементов.
3G-Aerial admin
#17 3G-Aerial admin 06.03.2016 09:14
Если говорить о коэффициенте усиления антенн, то он в данном случае не суммируется. Ни в случае раздельных антенн, ни в случает одной MIMO патч-антенны. Просто это две антенны, принимающие две разные волны. Поскольку поляризация ортогональна, мы можем совместить две разные антенны в одном симметричном патче. Отвечу проще - нет, две не мощнее.
Две антенны в одном флаконе, это позволяет неплохо съэкономить на материалах. В этом основное преимущество патча. Недостаток - сложность расчета. Уже для такой антенны онлайн-калькуля тор не годится. Используйте готовые решения, например это:www.lan23.ru/wifi/PatchMIMO/patchMIMO.html

Добавить комментарий

Уважаемые посетители, на сайте работает форум, на котором имеется гораздо больше возможностей для общения, чем в комментариях. Комментарии от анонимов предварительно модерируются


Последние коммы


Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru