^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 107 гостей и ни одного пользователя

Вход на сайт

Патч антенна 3G, 4G, Wi-Fi - 3.8 out of 5 based on 5 votes
1 1 1 1 1 Рейтинг 76% [5 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: CST Studio, HFSS, Comsol Multisystems, EM.Cube. Упрощенный расчет можно провести у нас на сайте с помощью онлайн калькулятора патч антенны.

Ссылки по теме:

 

Комментарии   

Борис
#1 Борис 19.03.2015 20:04
Ой, только что увидел раздел "патч антенны", но что-то из статьи видно что показатели у них слабоваты, может так оно и есть?...
3G-Aerial admin
#2 3G-Aerial admin 19.03.2015 23:24
Цитирую Борис:
Ой, только что увидел раздел "патч антенны", но что-то из статьи видно что показатели у них слабоваты, может так оно и есть?...

Панельная антенна как раз и представляет собой синфазную решетку из патчей. Например, изображенная в статье панельная антенна 4x4 имеет усиление не менее 17 дБ. Так что не так уж они и слабоваты.
Мало информации о таких антеннах потому что они плохо повторяемы. Надо модель расчитывать в HFSS, если у вас реально текстолит не такой как в компьютерной модели - антенна будет настроена на другую частоту и работать не будет.
Борис
#3 Борис 20.03.2015 17:55
Цитирую 3G-Aerial admin:

Мало информации о таких антеннах потому что они плохо повторяемы. Надо модель расчитывать в HFSS, если у вас реально текстолит не такой как в компьютерной модели - антенна будет настроена на другую частоту и работать не будет.

Такая антенна из оцинковки тоже плохо повторяема?
//entropiy.ru/i mages/stories/3 g%20.jpg
3G-Aerial admin
#4 3G-Aerial admin 20.03.2015 22:02
Цитирую Борис:
Такая антенна из оцинковки тоже плохо повторяема? ..

Эту еще можно попробовать, это не текстолит. :-)
Олег
#5 Олег 29.03.2015 10:37
Добрый день!
А можно по-подробнее о срезании углов для круговой поляризации. Какие углы срезаем для правой поляризации?
3G-Aerial admin
#6 3G-Aerial admin 30.03.2015 16:12
Цитирую Олег:
Добрый день!
А можно по-подробнее о срезании углов для круговой поляризации. Какие углы срезаем для правой поляризации?

Вот это патч с правой поляризацией (RHCP):
//www.3g-aerial.biz/images/comments/patch.jpg
Для левой надо срезать два других угла. Если вы создаете линк на двух таких антеннах, надо понимать, что на одной стороне нужно ставить антенну с правой поляризацией, а на другой - с левой.
Олег
-1 #7 Олег 30.03.2015 18:01
Понятно. Спасибо. Довольно занятно. В волноводной технике использовал тефлоновую пластину и задавался вопросом как же реализовать поляризацию в печатных антеннах. Оказывается так просто. А каковы размеры срезов?
3G-Aerial admin
#8 3G-Aerial admin 30.03.2015 21:40
Цитирую Олег:
А каковы размеры срезов?

Вопрос не корректен. Надо знать как минимум длину волны (частоту), вы же понимаете...
Вот здесь:
www.qsl.net/va3iul/Antenna/Printed_and_Microstrip_Antennas/Design_Ideas_for_Printed_and_Microstrip_Antennas.htm
выложено огромное количество готовых решений с размерами.
Вам надо идти по ссылке "Circularly Polarized Corner-Truncate d Patch Antenna for GPS" (частота GPS - 1575.42 МГц) Кроме срезания углов, существует большое количество способов для создания круговой поляризации: эллиптический патч, прорези разной формы в центре патча, питание с двух точек. По ссылке можно посмотреть массу всевозможных вариантов. Создание и расчет таких моделей можно сделать только с помощью специальных программ - электромагнитны х симуляторов, которые считают, грубо говоря, прямо по уравнениям Максвелла. На форуме Lan23.ru можно прочитать об этом.
Олег
#9 Олег 31.03.2015 18:50
Согласен, вопрос не корректен, но правильный ответ я всё же получил :-) Рабочая частота участвует. Спасибо за ссылку. Как раз интересует патч-антенна с круговой поляризацией для L1 GPS.
Владимир
#10 Владимир 02.08.2015 13:19
Цитирую 3G-Aerial admin:

... Панельная антенна как раз и представляет собой синфазную решетку из патчей. Например, изображенная в статье панельная антенна 4x4 имеет усиление не менее 17 дБ...

Если у одного элемента (патча) Ку 5-9дБ, как получается из 4-х - 17дБ, да ещё и широкополосная , как у 3G ?
3G-Aerial admin
#11 3G-Aerial admin 02.08.2015 17:29
Цитирую Владимир:

Если у одного элемента (патча) Ку 5-9дБ, как получается из 4-х - 17дБ, да ещё и широкополосная , как у 3G ?

В статье изображена панельная антенна состоящая из 16, а не из 4-х патчей (4x4=16). Каждое удвоение числа элементов в стеке (антенной решетке) приводит к приросту усиления на 3 dB. В данном случае удвоение произошло 4 раза (1->2->4->8->16 ). В результате по сравнению с одиночным патчем мы получаем прирост 4x3=+12dB.
Увеличение числа элементов в стеке сужает диаграмму направленности антенны, а не ее полосу пропускания.
андрей
#12 андрей 23.09.2015 13:55
подскажите размеры на 800 мгц для CDMA .Или онлайн калькулятор
андрей
#13 андрей 23.09.2015 13:56
Цитирую Борис:
Цитирую 3G-Aerial admin:

Мало информации о таких антеннах потому что они плохо повторяемы. Надо модель расчитывать в HFSS, если у вас реально текстолит не такой как в компьютерной модели - антенна будет настроена на другую частоту и работать не будет.

Такая антенна из оцинковки тоже плохо повторяема?
//entropiy.ru/images/stories/3g%20.jpg
Прошу указать размеры для CDMA 800
Dunkan
#14 Dunkan 09.02.2016 22:24
срез углов для расширения полосы частот,на поляризацию это не влияет
3G-Aerial admin
#15 3G-Aerial admin 09.02.2016 23:47
Цитирую Dunkan:
срез углов для расширения полосы частот,на поляризацию это не влияет

Надо приводить аргументы своим словам, уважаемый Dunkan!
Мои аргументы следующие. Погуглите по запросу:"circul ar polarizations by trimming opposite corners", и получите море информации уже на первой страничке выдачи, например вот эта статья - www.ijareeie.com/upload/2015/january/23U_Circularly.pdf
Срезание углов не единственный, а один из многих способов создать круговую поляризацию, тысячи их://www.qsl.net/va3iul/Antenna/Printed_and_Microstrip_Antennas/Circular_Polarization_for_Patch_Antennas.gif
Авот здесь можно почитать по русски:dl2kq.de/ant/kniga/12413.htm
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
Воха
#18 Воха 27.05.2019 20:01
доброго времени суток ! есть у меня две панельные антенны разных фирм но по характеристикам идентичные, с частотой 1700-2700 герц . если я одну установлю в вертикальную поляризацию а вторую в горизонтальную , то как я понял должно получиться MIMO ?

Добавить комментарий


Последние коммы

  • Расчет Bi-loop антенны
    • 3G-Aerial admin
      Само слово "диапазон" википедия определяет как интервал значений какой либо величины. Другими словами ...
       
    • nskar
      День добрый. Скажите, пожалуйста, почему при выборе в калькуляторе диапазона 3g, частота которого ...
  • Расчет антенны "Тройной квадрат"
    • А-др
      Спасибо большое,полный проект для меня сделали, с проводом почти угадали (у меня 2,4мм), а то я ...
       
    • 3G-Aerial admin
      К сожалению вы поняли неправильно. В статье предлагаются два варианта размеров антенны, для 470-700МГц ...
       
    • А-др
      Спасибо за ответ.Не совсем так, на 56 канал нужна антенна другому человеку принимать в 44км от вышки ...

Рейтинг@Mail.ru