^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 179 гостей и ни одного пользователя

Вход на сайт

Простая патч-антенна на PCB или можно ли свободно применять текстолит? - 5.0 out of 5 based on 2 votes
1 1 1 1 1 Рейтинг 100% [2 Голоса (ов)]

pcb patch0Многие анонимы и пользователи нашего сайта пытаются изготовить конструкции проволочных антенн, в частности конструкцию антенны Харченко, на печатной плате. Чаще всего эти попытки оканчиваются неудачно, о чем пишется в комментах и на форуме нашего сайта, хотя есть и удачные попытки, как описанная в статье на Хабре. Но несмотря на такие удачные попытки, реконструкция проволочных антенн на печатной плате некорректна. Далее мы рассмотрим почему. Кроме того, для любителей текстолита предлагается простая и достаточно эффективная конструкция PCB патч-антенны.

Обычно, перенося конструкцию проволочной антенны на печатную плату, радиолюбитель не учитывает влияние диэлектрика подложки, приравнивая подложку к воздуху. А зачем учитывать? Она же ток не проводит, радиопрозрачна, имеет малую толщину, намного меньше длины волны. Аргумент? Аргумент. Но с другой стороны, стеклотекстолит имеет высокое значение диэлектрической проницаемости и поэтому длина волны в нем примерно в два раза короче чем в воздухе. Из-за этого, чтобы попасть в резонанс, необходимо существенно уменьшать размеры печатной рамки той же Харченко. Меняется и расстояние до рефлектора. На частотах СВЧ это особенно заметно. Поэтому механический перенос размеров проволочной антенны (да и не только проволочной) на печатную плату невозможен в основном не по причине превращения круглого проводника в плоский, а из-за влияния подложки. Стоит вспомнить, что на СВЧ существует целый класс диэлектрических антенн, в которых основную роль в усилении антенны выполняют именно диэлектрические детали конструкции.

pcb patch1Что же делать тем радиолюбителям, которым работать с текстолитом намного комфортнее, чем гнуть проволочную рамку? Использовать конструкции антенн, специально разработанные для печатной платы с учетом влияния диэлектрика. Одна из таких конструкций и предлагается здесь. Это простая патч-антенна на PCB для Wi-Fi. Антенна изготавливается из двух кусков одностороннего фольгированного стеклотекстолита RF4 с толщиной подложки 1,4..1,5 мм. Один кусок используется как рефлектор, на втором вытравливается круглый патч, который используется как излучающий элемент. Оба этих куска разделяются воздушным промежутком.

pcb patch2Антенна имеет два конструктивных варианта:

  • Вариант1 - Печатный патч располагается в сторону источника (металлизацией наружу);
  • Вариант2 - Печатный патч располагается в сторону рефлектора (металлизацией внутрь);

Второй вариант более предпочтителен, поскольку при этом уменьшается влияние подложки. Ведь обычно радиолюбитель имеет дело с дешевыми PCB, с высоким разбросом значения диэлектрической проницаемости и толщины подложки.

Размеры (мм)
  WrWvDvdshab
вариант 1) 100 65 57.5 6 5 8.5 26
вариант 2) 100 65 62 7 5 5.5 23

pcb patch5В первом случае PCB патч приклеивается по углам к рефлектору четырьмя кусочками пенопласта 10x10x6 мм. Во втором случае используется металлическая стойка по центру конструкции высотой 7 мм и Ø3..4 мм. Центр патча в любом случае электрически соединяется с рефлектором. В первом случае кусочком проволоки Ø0,5..1 мм, припаянной между патчем и рефлектором в центре конструкции, во втором случае стойкой. Это делается в целях защиты оборудования от атмосферной статики. Запитывается патч с помощью пигтейла с коаксиальным кабелем RG178 или RG316. Данные кабели имеют фторопластовую термостойкую внутреннюю изоляцию, которая не плавится при пайке. Кабель заводится сзади, перпендикулярно рефлектору через отверстие напротив точки подключения. Оплетка припаивается к рефлектору, центральная жила к патчу. При желании в точке подключения можно установить разъем SMA.

Расчетное усиление антенны 8,4 дБи, ширина основного лепестка около 60°.pcb patch3Полоса пропускания по уровню КСВ<2 около 240 МГц, что обуславливает хорошую повторяемость антенны при аккуратном изготовлении. В пределах Wi-Fi диапазона КСВ не превышает 1,5.pcb patch4

Антенна имеет следующие преимущества:

  1. Простота изготовления. Согласитесь, вытравить круг гораздо проще чем какие-то сложные фигуры, хотя бы те же ромбы от антенны Харченко.
  2. Антенна имеет большую площадь излучающего элемента. При толщине скин-слоя на Wi-Fi 1..2 мкм толщины фольги 35 мкм более чем достаточно. В результате, даже с учетом потерь в стеклотекстолите КПД антенны не ниже 96%.
  3. Простота подключения к фидеру. Не требуется никаких схем согласования и симметрирования. Всевозможные петли из коаксиального кабеля на таких частотах очень сложно аккуратно изготовить не ухудшив существенно характеристики антенны. Здесь этого нет.

Недостатков у этой антенны тоже хватает. В профессиональных антеннах применяются специальные подложки с нормированными характеристиками на СВЧ. У стеклотекстолита, который попадает в руки радиолюбителя, такого нормирования нет и он имеет широкий диапазон разброса характеристик. Как диэлектрической проницаемости, так и тангенса угла потерь. Поэтому изготовление подобной антенны из "бытового" текстолита имеет плохую повторяемость. Это своего рода игра в кости.  Если же вы покупаете PCB у наших китайских партнеров, то нужно смотреть чтобы не попались гетинаксовые платы, такие для антенн уже и вовсе не годятся. Кроме того текстолит вносит дополнительные потери приводящие к снижению SNR. А этот параметр чаще всего имеет решающее значение для достижения нужной скорости обмена данными с базой. Полностью избежать этих трудностей позволяет полный отказ от текстолита и изготовление подобных антенн из жести. Некоторые из таких конструкций смотрите по ссылкам ниже.

Ссылки по теме:

  1. Патч антенна. Основы теории.
  2. Антенна Харченко на PCB от Хабра.
  3. Биквадрат (антенна Харченко) из текстолита. Обсуждение на lan23.
  4. «Обрезанная пушка» из консервной банки с усилением 8.5 dBi;
  5. Антенна Батвинг для 3G/4G диапазонов;

 

Комментарии   

Роберт
#1 Роберт 04.09.2018 08:17
Возникло несколько вопросов
1 Какая поляризация у таких антенн ?
2 Поясните последнюю картинку в этом описании. Почему на ней красная линия вогнутая а не выпуклая на частоте 2445 ?
3 Если я решу изготовить её из медной фольги я так понял что мне надо делать по размерам второго варианта ?
Цитировать
3G-Aerial admin
#2 3G-Aerial admin 07.09.2018 11:03
1. Поляризация линейная. Вектор поляризации параллелен линии проходящей через центр антенны и точку подключения.
2. Красная линия на последней картинке - график КСВ (VSWR), а не усиления. Чем ближе к единице, тем лучше.
3. Делать ее из медной фольги не рекомендуется. Диэлектрик влияет в любом случае, поэтому без него надо рассчитывать отдельно.
Цитировать

Добавить комментарий


Последние коммы


Рейтинг@Mail.ru