Une antenne ou une antenne en ingénierie radio est une spécialité transducteur , conçu par un réseau de conducteurs connectés électriquement à l'émetteur ou au récepteur. La fonction principale d'une antenne est de transmettre et de recevoir des ondes radio de manière égale dans toutes les directions horizontales. Les antennes sont disponibles en différents types et formes. Les petites antennes peuvent être trouvées sur le toit des maisons pour regarder la télévision et les grandes antennes captent les signaux de différents satellites situés à des millions de kilomètres. Les antennes se déplacent verticalement et horizontalement pour capturer et transmettre le signal. Il y a différents types d'antennes disponibles comme l'ouverture, le fil, la lentille, le réflecteur, le microruban, le journal périodique, le réseau et bien d'autres. Cet article donne un aperçu de antenne microruban .
Définition de l’antenne microruban
Une antenne façonnée en gravant simplement un morceau de matériau conducteur au-dessus d’une surface diélectrique est appelée antenne microruban ou antenne patch. Sur le plan de masse de cette antenne microruban, le matériau diélectrique est monté, où ce plan supporte toute la structure. De plus, l'excitation de cette antenne peut être assurée par des lignes d'alimentation connectées au patch. Généralement, ces antennes sont considérées comme des antennes à profil bas utilisées dans les applications de fréquences micro-ondes dont la fréquence est supérieure à 100 MHz.
La micro-ruban/patch de l'antenne peut être sélectionnée pour être rectangulaire, carrée, elliptique et circulaire pour faciliter l'analyse et la fabrication. Certaines antennes microruban n'utilisent pas de substrat diélectrique mais elles sont constituées d'une plaque métallique montée sur un plan de masse avec des entretoises diélectriques ; ainsi la formation résultante est moins forte mais sa bande passante est plus large.
Construction d'antenne microruban
La conception d'une antenne microruban peut être réalisée à l'aide d'une bande métallique extrêmement fine en la disposant sur un plan de masse entre un matériau diélectrique. Ici, le matériau diélectrique est un substrat utilisé pour séparer la bande du plan de masse. Une fois cette antenne excitée, les ondes générées dans le diélectrique subissent des réflexions et l'énergie émise par les bords du patch métallique est très faible. Ces formes d'antenne sont identifiées par la forme du patch métallique disposé sur le matériau diélectrique.
Généralement, la bande/patch et les lignes d'alimentation sont photogravées sur la surface du substrat. Il existe différentes formes d'antennes microruban : carrée, dipôle, rectangulaire, circulaire, elliptique et dipôle. Nous savons que les patchs peuvent être formés sous diverses formes mais, en raison de leur facilité de fabrication, des patchs de forme circulaire, carrée et rectangulaire sont normalement utilisés.
Les antennes microruban peuvent également être formées avec un groupe de différentes pièces au-dessus d'un substrat diélectrique. Des lignes d'alimentation uniques ou multiples sont utilisées pour exciter l'antenne microruban. Ainsi, la présence de réseaux d’éléments microrubans offre une meilleure directivité, un gain élevé et une portée de transmission accrue avec de faibles interférences.
Fonctionnement de l'antenne microruban
Une antenne microruban fonctionne comme : chaque fois que le courant traversant une ligne d’alimentation arrive à la bande de l’antenne microruban, des ondes électromagnétiques sont produites. Ainsi, ces ondes du patch commenceront à rayonner du côté de la largeur. Cependant, lorsque l’épaisseur de la bande est très faible, les ondes produites dans le substrat seront réfléchies à travers le bord de la bande. La structure de bande constante sur toute la longueur ne permet pas l'émission de rayonnement.
La faible capacité de rayonnement de l’antenne microruban permet de couvrir uniquement les transmissions d’ondes sur de petites distances comme les magasins, les emplacements intérieurs ou les bureaux locaux. Cette transmission inefficace des ondes n’est donc pas acceptable dans une localité centralisée sur une très vaste zone. Habituellement, la couverture hémisphérique est assurée par une antenne patch à un angle de 30⁰ à 180⁰ à une distance de la monture.
Spécifications de l’antenne microruban
Les spécifications de l'antenne microruban sont les suivantes.
- Sa fréquence de résonance est de 1,176 GHz.
- La gamme de fréquences de l'antenne microruban va de 2,26 GHz à 2,38 GHz.
- La constante diélectrique du substrat est de 5,9.
- La hauteur du substrat diélectrique est de 635 um.
- La méthode d'alimentation est une alimentation par ligne microruban.
- La tangente de perte est de 0,00 12.
- Le conducteur est en argent.
- L'épaisseur du conducteur est de 25 um.
- Sa bande passante est de ± 10 GHz.
- Son gain est supérieur à 5dB.
- Son rapport axial est inférieur à 4dB.
- Sa perte de retour est meilleure que 15dB.
Types d'antennes microruban
Il existe différents types d'antennes microruban disponibles, décrites ci-dessous.
Antenne patch microruban
Ces types d'antennes sont des antennes à profil bas dans lesquelles une plaque métallique est disposée au niveau du sol à travers un matériau diélectrique entre les deux comprenant une bande (ou) une antenne patch. Ces antennes sont des antennes de taille extrêmement réduite et à faible rayonnement. Cette antenne comprend une pastille rayonnante sur une face d'un substrat diélectrique et sur l'autre face, elle présente un plan de masse.
Généralement, le patch est réalisé avec un matériau conducteur comme l'or ou le cuivre. Ces types d'antennes peuvent être formés avec une méthode microruban en les fabriquant simplement sur un PCB. Ces antennes sont utilisées dans les applications à micro-ondes dont la fréquence est supérieure à 100 MHz.
Antenne dipôle microruban
Le microruban antenne dipôle est un mince conducteur microruban placé sur la partie réelle du substrat et il est entièrement recouvert de métal sur une face connue sous le nom de plan de masse. Ces antennes sont utilisées dans les appareils de communication numériques tels que les ordinateurs et les nœuds pour WLAN. La largeur de ce type d'antenne est petite et peut donc être utilisée au point d'entrée du système WLAN.
Antenne à fente imprimée
L'antenne à fente imprimée joue un rôle clé dans l'amélioration de la bande passante de l'antenne avec des diagrammes de rayonnement dans les deux directions. La sensibilité de cette antenne est faible par rapport aux antennes normales. Ces antennes sont nécessaires tout au long d'une ligne d'alimentation disposée à l'envers du substrat et verticalement par rapport à l'axe de la fente prévu au-dessus du patch.
Antenne à ondes progressives microruban
Les antennes microruban à ondes progressives sont principalement conçues avec une longue ligne microruban d'une largeur suffisante pour prendre en charge la connectivité TE. Ces types d'antennes à micropuce sont conçus de telle manière que le faisceau principal se trouve dans n'importe quelle route allant du bord à la fin du feu.
Méthodes d'alimentation de l'antenne microruban
L'antenne microruban dispose de deux méthodes d'alimentation ; les aliments avec contact et les aliments sans contact qui sont discutés ci-dessous.
Contacter le flux
La puissance de contact avec l’alimentation est fournie directement à l’élément rayonnant. Cela peut donc être fait avec une ligne coaxiale/microruban. Ce type de méthode d'alimentation est à nouveau classé en deux types ; Alimentation microruban et alimentation coaxiale qui sont discutées ci-dessous.
Alimentation microruban
L’alimentation microruban est une bande conductrice d’une très petite largeur que la largeur de l’élément rayonnant. La ligne d'alimentation permet une gravure simple au-dessus du substrat car la bande a des dimensions plus fines. L’avantage de ce type de disposition d’alimentation est : que l'alimentation peut être gravée sur un substrat similaire pour offrir une structure planaire. La ligne d'alimentation vers la structure est prévue soit au milieu, soit en décalage, soit en médaillon. L'objectif principal de l'encart découpé dans le patch est de faire correspondre l'impédance de la ligne d'alimentation au patch sans nécessiter d'élément de correspondance supplémentaire.
Alimentation coaxiale
Cette méthode d'alimentation est le type le plus fréquemment utilisé et est une méthode d'alimentation non planaire où un câble coaxial z est utilisé pour alimenter le patch. Cette méthode d'alimentation est donnée à l'antenne microruban de telle sorte que le conducteur intérieur soit directement connecté au patch tandis que le conducteur externe est connecté au plan de masse.
L'impédance changera avec la différence dans la disposition de l'alimentation coaxiale. Une fois que la ligne d'alimentation est connectée n'importe où dans le patch, cela facilite l'adaptation d'impédance. Cependant, la ligne d'alimentation reliant tout le plan de masse est un peu difficile car elle nécessitera de percer un trou dans le substrat. Cette méthode d’alimentation est très simple à fabriquer et génère moins de rayonnements parasites. Mais son principal inconvénient est qu’il est connecté à un connecteur de plan de masse.
Alimentation sans contact
L'alimentation est fournie à l'élément rayonnant à partir de la ligne d'alimentation avec couplage électromagnétique. Ces méthodes d'alimentation sont disponibles en trois types : couplé à une ouverture, couplé à une proximité et alimentation par embranchement.
Alimentation couplée à l’ouverture
La technique d'alimentation par ouverture comprend deux substrats diélectriques comme un substrat diélectrique d'antenne et un substrat diélectrique d'alimentation qui sont divisés simplement par un plan de masse et présentent un espace au milieu. La pastille métallique est située au dessus du substrat de l'antenne tandis que le plan de masse est situé sur une autre face du diélectrique de l'antenne. Pour assurer l'isolation, la ligne d'alimentation et le diélectrique d'alimentation sont situés d'un autre côté du plan de masse.
Cette technique d'alimentation offre une pureté de polarisation exceptionnelle qui est inaccessible par d'autres techniques d'alimentation. L'alimentation par couple d'ouverture offre une bande passante élevée et est extrêmement utile dans les applications où nous ne souhaitons pas utiliser de fils d'une couche à l'autre. Le principal inconvénient de cette technique d’alimentation est qu’elle nécessite une fabrication multicouche.
Alimentation couplée à proximité
L’alimentation couplée à la proximité est également appelée alimentation indirecte lorsque le plan de masse n’est pas présent. Comparée à une antenne à alimentation couplée à l’ouverture, elle est très simple à fabriquer. Sur la face conductrice de l'antenne, il y a une fente et le couplage est assuré avec une ligne microruban.
Cette méthode d'alimentation fournit un faible rayonnement parasite et une énorme bande passante. La ligne d'alimentation dans cette méthode est située entre deux substrats diélectriques. Le bord de la ligne d'alimentation est disposé à un moment donné partout où l'impédance d'entrée de l'antenne microruban est de 50 ohms. Cette technique d'alimentation a amélioré l'efficacité de la bande passante par rapport aux autres types de méthodes. Le principal inconvénient de cette technique est : que la fabrication multicouche est possible et qu'elle offre une mauvaise pureté de polarisation.
Alimentation de ligne secondaire
Dans la technique d'alimentation par ligne secondaire, une bande conductrice est directement connectée au bord du patch du microruban. Par rapport au patch, la largeur de la bande conductrice est plus petite. Le principal avantage de cette technique d’alimentation est : que l'alimentation est gravée sur un substrat similaire pour donner une structure planaire.
Une découpe en médaillon peut être intégrée dans le patch pour obtenir une excellente adaptation d'impédance sans nécessiter d'élément d'adaptation supplémentaire. Ceci peut être atteint en contrôlant correctement la position de l'encart, sinon nous pouvons découper la fente et la graver à partir du patch avec une taille appropriée. De plus, cette technique d’alimentation est utilisée et appelée technique d’alimentation des avançons.
Diagramme de rayonnement de l'antenne microruban
La représentation graphique des propriétés de rayonnement de l’antenne est connue sous le nom de diagramme de rayonnement, qui explique comment l’antenne émet de l’énergie dans l’espace. La variation de puissance en fonction de l’angle d’arrivée est surveillée dans le champ lointain de l’antenne.
Le diagramme de rayonnement de l'antenne microruban est large et il a moins de puissance de rayonnement et un BW de fréquence étroit. Le diagramme de rayonnement de l’antenne microruban est illustré ci-dessous, avec une directivité moindre. En utilisant ces antennes, un réseau peut être formé pour avoir une directivité supérieure.
Caractéristiques
Le caractéristiques de l'antenne microruban inclure les éléments suivants.
- Le patch d'antenne microruban doit être une région conductrice extrêmement fine.
- Par rapport à un patch, le plan de sol doit avoir des dimensions assez extrêmement grandes.
- Une photogravure sur le substrat est réalisée pour construire l'élément rayonnant et les lignes d'alimentation.
- Un substrat diélectrique épais avec une constante diélectrique comprise entre 2,2 et 12 offre d'excellentes performances d'antenne.
- Les réseaux d'éléments microruban dans la conception de l'antenne microruban offrent une directivité supérieure.
- Les antennes microruban offrent une largeur de faisceau élevée.
- Cette antenne fournit des facteurs de qualité extrêmement élevés car un facteur Q élevé entraîne un faible rendement et une légère bande passante. Mais cela peut être compensé en augmentant simplement la largeur du substrat. Cependant, l’augmentation de la largeur au-delà d’une limite particulière entraînera une perte de puissance inutile.
Avantages et inconvénients
Le avantages de l'antenne microruban inclure les éléments suivants.
- Les antennes microruban sont très petites.
- Le poids de ces antennes est moindre.
- La procédure de fabrication fournie par cette antenne est simple.
- Son installation est très simple de par sa petite taille et son volume.
- Il offre une intégration simple avec d’autres appareils.
- Cette antenne peut effectuer des opérations à double et triple fréquence.
- Ces réseaux d'antennes peuvent être construits facilement.
- Cette antenne offre une grande robustesse au-dessus des surfaces solides.
- Il est simple à fabriquer, personnaliser et modifier.
- Cette antenne a une construction simple et peu coûteuse.
- Dans cette antenne, une polarisation linéaire et circulaire est réalisable.
- Il convient aux antennes réseau.
- Il est compatible avec les circuits intégrés micro-ondes monolithiques.
- La bande passante peut être étendue en améliorant simplement la largeur du matériau diélectrique.
Le inconvénients des antennes microruban inclure les éléments suivants.
- Cette antenne offre moins de gain.
- L'efficacité de ce type d'antenne est faible en raison des pertes conductrices et diélectriques.
- Cette antenne a une large gamme de rayonnement à polarisation croisée.
- La capacité de tenue en puissance de cette antenne est faible.
- Il a moins de bande passante d’impédance.
- La structure de cette antenne rayonne à partir d'alimentations et d'autres points de jonction.
- Cette antenne présente des performances extrêmement sensibles aux facteurs écologiques.
- Ces antennes sont plus sujettes au rayonnement d’alimentation forgé.
- Cette antenne a plus de pertes conductrices et diélectriques.
Applications
Le utilise ou applications des antennes microruban inclure les éléments suivants.
- Les antennes microruban sont applicables dans différents domaines ; dans les missiles, satellites , vaisseaux spatiaux, avions, systèmes de communication sans fil, téléphones mobiles, télédétection et radars.
- Ces antennes sont utilisées dans les communications sans fil. pour montrer la compatibilité avec les appareils portables tels que les téléphones mobiles et les téléavertisseurs.
- Ceux-ci sont utilisés sur les missiles comme antennes de communication.
- Ces antennes ont une petite taille, elles sont donc utilisées dans les applications de communication par micro-ondes et par satellite.
- GPS C'est l'un des principaux avantages des antennes microruban car elle facilite le suivi des véhicules et des marines.
- Ceux-ci sont utilisés en réseau multiéléments radars pour gérer une tolérance de bande passante égale à un certain pourcentage.
Comment améliorer la bande passante de l’antenne microruban ?
La bande passante d'une antenne microruban peut être améliorée par différentes techniques telles que l'augmentation de l'épaisseur du substrat avec une faible constante diélectrique, la découpe des fentes, l'alimentation de la sonde à travers la découpe des encoches et différentes formes d'antenne.
Pourquoi les antennes microruban rayonnent-elles ?
Les antennes patch microruban rayonnent principalement en raison des champs frangeants entre le bord du patch et le plan de masse.
Comment augmenter le gain de l'antenne microruban ?
Le gain de l'antenne microruban peut être augmenté avec un patch parasite et un entrefer entre le patch d'alimentation et le plan de masse.
Ainsi, c'est un aperçu de l'antenne microruban , le travail et ses applications. Cette antenne est une invention assez moderne qui permet l'intégration pratique d'une antenne et d'autres circuits de commande d'un système de communication sur un PCB commun (ou) une puce semi-conductrice. Ceux-ci sont largement utilisés dans une vaste gamme de systèmes micro-ondes actuels dans la gamme du gigahertz. Les principaux avantages de cette antenne sont : poids léger, faible coût, formes conformes et compatibilité avec les circuits intégrés micro-ondes monolithiques et hybrides. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'un antenne dipôle ?
