Una antena o antena en ingeniería de radio es una especialidad transductor , diseñado por una serie de conductores que están conectados eléctricamente al transmisor o receptor. La función principal de una antena es transmitir y recibir ondas de radio por igual en todas las direcciones horizontales. Las antenas están disponibles en diferentes tipos y formas. Las antenas pequeñas se pueden encontrar en el techo de las casas para ver televisión y las antenas grandes captan señales de diferentes satélites que se encuentran a millones de kilómetros de distancia. Las antenas se mueven vertical y horizontalmente para capturar y transmitir la señal. Hay diferentes tipos de antenas disponibles como apertura, cable, lente, reflector, microcinta, registro periódico, matriz y muchos más. Este artículo analiza una visión general de antena microcinta .
Definición de antena microstrip
Una antena a la que se le da forma simplemente grabando un trozo de material conductor sobre una superficie dieléctrica se llama antena microcinta o antena de parche. En el plano de tierra de esta antena microstrip se monta el material dieléctrico, donde este plano soporta toda la estructura. Además, la excitación de esta antena se puede proporcionar con líneas de alimentación que están conectadas al parche. Generalmente, estas antenas se consideran antenas de bajo perfil que se utilizan en aplicaciones de frecuencia de microondas que tienen una frecuencia superior a 100 MHz.
La microcinta/parche de la antena se puede seleccionar para que sea rectangular, cuadrada, elíptica y circular para facilitar el análisis y la fabricación. Algunas antenas de microcinta no utilizan un sustrato dieléctrico, sino que están fabricadas con un parche metálico montado en un plano de tierra con espaciadores dieléctricos; por tanto, la formación resultante es menos fuerte pero su ancho de banda es más amplio.
Construcción de antena microstrip
El diseño de una antena Microstrip se puede realizar con la ayuda de una tira metálica extremadamente delgada colocándola en un plano de tierra entre un material dieléctrico. Aquí, el material dieléctrico es un sustrato utilizado para separar la tira del plano de tierra. Una vez que se excita esta antena, las ondas generadas en el dieléctrico sufren reflexiones y la energía emitida por los bordes del parche metálico es muy baja. Estas formas de antena se identifican por la forma del parche metálico dispuesto sobre el material dieléctrico.
Generalmente, la tira/parche y las líneas de alimentación están fotograbadas en la superficie del sustrato. Existen diferentes formas de antenas microstrip como cuadrada, dipolo, rectangular, circular, elíptica y dipolo. Sabemos que los parches se pueden formar en varias formas pero, debido a su fácil fabricación, normalmente se utilizan parches con formas circulares, cuadradas y rectangulares.
Las antenas microstrip también se pueden formar con un grupo de varios parches encima de un sustrato dieléctrico. Se utilizan líneas de alimentación únicas o numerosas para excitar la antena microcinta. Por lo tanto, la presencia de conjuntos de elementos microstrip proporciona una mejor directividad, una alta ganancia y un mayor rango de transmisión con baja interferencia.
Funcionamiento de la antena Microstrip
Una antena microstrip funciona como; Siempre que la corriente a través de una línea de alimentación llega a la tira de la antena microstrip, se producen ondas electromagnéticas. Entonces estas ondas del parche comenzarán a irradiar desde el lado ancho. Sin embargo, cuando el espesor de la tira es muy pequeño, las ondas producidas en el sustrato se reflejarán a través del borde de la tira. La estructura de tiras constante a lo largo de la longitud no permite la emisión de radiación.
La baja capacidad de radiación de la antena microstrip permite cubrir solo transmisiones de ondas en distancias pequeñas, como tiendas, lugares interiores u oficinas locales. Por tanto, esta transmisión de ondas ineficiente no es aceptable en una localidad centralizada en un área muy grande. Por lo general, la cobertura hemisférica la proporciona una antena de parche en un ángulo de 30⁰ – 180⁰ a una distancia del soporte.
Especificaciones de la antena microstrip
Las especificaciones de la antena microstrip incluyen lo siguiente.
- Su frecuencia de resonancia es de 1.176 GHz.
- El rango de frecuencia de la antena microstrip es de 2,26 GHz a 2,38 GHz.
- La constante dieléctrica del sustrato es 5,9.
- La altura del sustrato dieléctrico es 635um.
- El método de alimentación es una alimentación por línea de microcinta.
- La tangente de pérdida es 0,00 · 12.
- El conductor es plateado.
- El espesor del conductor es de 25um.
- Su ancho de banda es de ± 10 GHz.
- Su ganancia está por encima de los 5 dB.
- Su relación axial está por debajo de 4 dB.
- Su pérdida de retorno es mejor que 15 dB.
Tipos de antena microcinta
Hay diferentes tipos de antenas microstrip disponibles que se analizan a continuación.
Antena de parche microcinta
Este tipo de antenas son antenas de bajo perfil donde se dispone un parche metálico a nivel del suelo a través de un material dieléctrico en el medio que comprende una tira (o) Antena de Parche. Estas antenas son antenas de tamaño extremadamente pequeño con baja radiación. Esta antena incluye un parche radiante en una cara de un sustrato dieléctrico y en la otra cara tiene un plano de tierra.
Generalmente, el parche está fabricado con material conductor como oro o cobre. Este tipo de antenas se pueden formar con un método de microcinta simplemente fabricándolas en una PCB. Estas antenas se utilizan en aplicaciones de frecuencia de microondas que tienen una frecuencia superior a 100 MHz.
Antena dipolo microcinta
la microcinta antena dipolo Es un conductor delgado de microcinta y se coloca sobre la parte real del sustrato y está cubierto totalmente con metal en una cara conocida como plano de tierra. Estas antenas se utilizan en dispositivos de comunicación digital como computadoras y nodos para WLAN. El ancho de este tipo de antena es pequeño por lo que puede utilizarse en el punto de entrada del sistema WLAN.
Antena de ranura impresa
La antena de ranura impresa juega un papel clave en la mejora del ancho de banda de la antena con patrones de radiación en ambas direcciones. La sensibilidad de esta antena es baja en comparación con las antenas normales. Estas antenas se requieren a lo largo de una línea de alimentación que está dispuesta en sentido inverso al sustrato y verticalmente al eje de la ranura proporcionada sobre el parche.
Antena de onda viajera Microstrip
Las antenas de onda viajera Microstrip están diseñadas principalmente con una línea Microstrip larga de ancho suficiente para soportar la conectividad TE. Estos tipos de antenas con microchip están diseñados de tal manera que el haz principal se encuentra dentro de cualquier ruta desde el costado hasta el final del fuego.
Métodos de alimentación de la antena Microstrip
La antena microstrip tiene dos métodos de alimentación; alimentación con contacto y alimentación sin contacto que se analizan a continuación.
Contacto con la fuente
La potencia en contacto con la alimentación se proporciona directamente al elemento radiante. Entonces esto se puede hacer con una línea coaxial/microstrip. Este tipo de método de alimentación se clasifica nuevamente en dos tipos; Alimentación Microstrip y alimentación coaxial que se analizan a continuación.
Alimentación de microtira
La alimentación Microstrip es una tira conductora con un ancho muy pequeño que el ancho del elemento radiante. La línea de alimentación proporciona un grabado sencillo sobre el sustrato debido a que la tira tiene dimensiones más delgadas. El beneficio de este tipo de disposición de alimentación es: que el alimento se puede grabar sobre un sustrato similar para ofrecer una estructura plana. La línea de alimentación hacia la estructura se proporciona en el medio, desplazada o insertada. El objetivo principal del corte insertado dentro del parche es hacer coincidir la impedancia de la línea de alimentación con el parche sin requerir ningún elemento de coincidencia adicional.
Alimentación coaxial
Este método de alimentación es el más utilizado y es un método de alimentación no plano en el que se utiliza un cable coaxial z para alimentar el parche. Este método de alimentación se le da a la antena microstrip de tal manera que el conductor interior está conectado directamente al parche mientras que el conductor externo está conectado al plano de tierra.
La impedancia cambiará con la diferencia en la disposición de la alimentación coaxial. Una vez que la línea de alimentación está conectada en cualquier lugar del parche, se ayuda a igualar la impedancia. Sin embargo, la línea de alimentación que se conecta a lo largo del plano de tierra es un poco difícil porque será necesario perforar un agujero dentro del sustrato. Este método de alimentación es muy sencillo de fabricar y tiene menos radiación espuria. Pero su principal inconveniente es que está conectado a un conector de plano de tierra.
Alimentación sin contacto
La energía se le da al elemento radiante desde la línea de alimentación con acoplamiento electromagnético. Estos métodos de alimentación están disponibles en tres tipos; acoplado por apertura, acoplado por proximidad y alimentación de ramal.
Alimentación acoplada a apertura
La técnica de alimentación de apertura incluye dos sustratos dieléctricos como un sustrato dieléctrico de antena y un sustrato dieléctrico de alimentación que se dividen simplemente a través de un plano de tierra y tienen un espacio en el medio. El parche metálico está ubicado sobre el sustrato de la antena, mientras que el plano de tierra está ubicado en otra cara del dieléctrico de la antena. Para proporcionar aislamiento, la línea de alimentación y el dieléctrico de alimentación están ubicados en el otro lado del plano de tierra.
Esta técnica de alimentación proporciona una pureza de polarización excepcional que no se puede lograr con otras técnicas de alimentación. La alimentación del par de apertura proporciona un gran ancho de banda y es extremadamente útil en aplicaciones en las que no queremos utilizar cables de una sola capa a otra. El principal inconveniente de esta técnica de alimentación es que necesita una fabricación multicapa.
Alimentación acoplada por proximidad
La alimentación acoplada por proximidad también se denomina alimentación indirecta cuando el plano de tierra no está presente. En comparación con una antena de alimentación de apertura acoplada, su fabricación es muy sencilla. En la cara conductora de la antena, hay una ranura y el acoplamiento se realiza con una línea microstrip.
Este método de alimentación proporciona baja radiación espuria y un enorme ancho de banda. La línea de alimentación en este método está ubicada entre dos sustratos dieléctricos. El borde de la línea de alimentación está dispuesto en algún punto donde la impedancia de entrada de la antena microstrip sea de 50 ohmios. Esta técnica de alimentación ha mejorado la eficiencia del ancho de banda en comparación con otros tipos de métodos. El principal inconveniente de esta técnica es; que la fabricación multicapa es posible y proporciona una pureza de polarización deficiente.
Alimentación de ramal
En la técnica de alimentación de ramales, una tira conductora se conecta directamente al borde del parche de la microcinta. En comparación con el parche, el ancho de la tira conductora es menor. El principal beneficio de esta técnica de alimentación es; que el alimento se grabe sobre un sustrato similar para darle una estructura plana.
Se puede integrar un corte insertado en el parche para obtener una excelente adaptación de impedancia sin necesidad de ningún elemento de adaptación adicional. Esto se puede lograr controlando adecuadamente la posición del inserto; de lo contrario, podemos cortar la ranura y grabarla desde el parche con un tamaño adecuado. Además, esta técnica de alimentación se utiliza y se denomina técnica de alimentación por ramal.
Patrón de radiación de antena microstrip
La representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena se conoce como patrón de radiación y explica cómo la antena emite energía al espacio. La variación de la potencia en función del ángulo de llegada se controla en el campo lejano de la antena.
El patrón de radiación de la antena microstrip es amplio y tiene menos potencia de radiación y BW de frecuencia estrecha. A continuación se muestra el patrón de radiación de la antena microstrip, que tiene menor directividad. Al utilizar estas antenas, se puede formar una matriz que tenga una directividad superior.
Características
El características de la antena microstrip Incluya lo siguiente.
- El parche de la antena microstrip debe ser una región conductora extremadamente delgada.
- En comparación con un parche, el plano de masa debería tener unas dimensiones bastante grandes.
- Se realiza fotograbado sobre el sustrato para construir el elemento radiante y las líneas de alimentación.
- Un sustrato dieléctrico grueso con una constante dieléctrica en el rango de 2,2 a 12 ofrece un excelente rendimiento de una antena.
- Los conjuntos de elementos microstrip en el diseño de antena microstrip ofrecen una directividad superior.
- Las antenas Microstrip ofrecen un ancho de haz alto.
- Esta antena proporciona factores de calidad extremadamente alta porque un factor Q alto da como resultado una baja eficiencia y un ancho de banda reducido. Pero esto se puede compensar simplemente aumentando el ancho del sustrato. Sin embargo, el aumento del ancho más allá de un límite particular provocará una pérdida de potencia innecesaria.
Ventajas y desventajas
El ventajas de la antena microstrip Incluya lo siguiente.
- Las antenas microstrip son muy pequeñas.
- El peso de estas antenas es menor.
- El procedimiento de fabricación que proporciona esta antena es sencillo.
- Su instalación es muy sencilla debido a su reducido tamaño y volumen.
- Ofrece integración sencilla con otros dispositivos.
- Esta antena puede realizar operaciones de doble y triple frecuencia.
- Estos conjuntos de antenas se pueden construir fácilmente.
- Esta antena proporciona una gran robustez sobre superficies fuertes.
- Es sencillo de fabricar, personalizar y modificar.
- Esta antena tiene una construcción sencilla y de bajo coste.
- En esta antena, se puede lograr polarización lineal y circular.
- Es apropiado para antenas de matriz.
- Es compatible con circuitos integrados de microondas monolíticos.
- El ancho de banda se puede ampliar simplemente mejorando el ancho del material dieléctrico.
El desventajas de las antenas microstrip Incluya lo siguiente.
- Esta antena proporciona menos ganancia.
- La eficiencia de este tipo de antena es baja debido a las pérdidas dieléctricas y del conductor.
- Esta antena tiene un alto rango de radiación de polarización cruzada.
- La capacidad de manejo de potencia de esta antena es baja.
- Tiene menos ancho de banda de impedancia.
- La estructura de esta antena irradia desde fuentes y otros puntos de unión.
- Esta antena muestra un rendimiento extremadamente sensible a los factores ecológicos.
- Estas antenas son más propensas a la radiación de alimentación falsificada.
- Esta antena tiene más pérdidas conductoras y dieléctricas.
Aplicaciones
El usos o aplicaciones de antenas microstrip Incluya lo siguiente.
- Las antenas Microstrip son aplicables en diferentes campos; en misiles, satélites , naves espaciales, aviones, sistemas de comunicación inalámbrica, teléfonos móviles, teledetección y radares.
- Estas antenas se utilizan en comunicaciones inalámbricas. para mostrar compatibilidad con dispositivos portátiles como teléfonos móviles y buscapersonas.
- Se utilizan en misiles como antenas de comunicación.
- Estas antenas tienen un tamaño pequeño, por lo que se utilizan en aplicaciones de comunicaciones por microondas y por satélite.
- GPS Es uno de los principales beneficios de las antenas microstrip porque facilita el seguimiento de vehículos y marinos.
- Estos se utilizan en fase. radares para manejar la tolerancia del ancho de banda igual a algún porcentaje.
¿Cómo mejorar el ancho de banda de la antena Microstrip?
El ancho de banda de una antena microstrip se puede mejorar mediante diferentes técnicas, como mejorar el espesor del sustrato con una constante dieléctrica baja, corte de ranuras, alimentación de sonda a través de muescas y diferentes formas de antena.
¿Por qué irradian las antenas Microstrip?
Las antenas de parche Microstrip irradian principalmente debido a los campos marginales entre el borde del parche y el plano de tierra.
¿Cómo aumentar la ganancia de la antena Microstrip?
La ganancia de la antena microstrip se puede aumentar con un parche parásito y un espacio de aire entre el parche de alimentación y el plano de tierra.
Así, esto es una descripción general de la antena microstrip , funcionamiento y sus aplicaciones. Esta antena es un invento bastante moderno que permite la integración conveniente de una antena y otros circuitos de control de un sistema de comunicación en una PCB común (o) un chip semiconductor. Estos se utilizan ampliamente en una amplia gama de sistemas de microondas actuales en el rango de gigahercios. Los principales beneficios de esta antena son; peso ligero, bajo costo, formas conformes y compatibilidad con los circuitos integrados de microondas monolíticos e híbridos. Aquí tienes una pregunta: ¿Qué es un antena dipolo ?
