Методи за захранване на микролентови антени: Видове и избор

Микролентовата антена е нископрофилна печатна антена, в която от едната страна на диелектричен субстрат е оформен проводим пластир, а от другата е поставена заземителна равнина. Захранващата структура пренася радиочестотна енергия между предавателната линия и излъчващия пластир, така че има пряко влияние върху входния импеданс, работната честотна лента, ефективността на излъчване, чистотата на поляризацията и сложността на производство.

Четирите най-широко използвани метода за захранване на микролентови антени са захранване по микролентова линия, коаксиално захранване със сонда, апертурно свързано захранване и безконтактно свързано захранване. Няма един-единствен метод, който да е най-подходящ за всеки дизайн. Правилният избор зависи от необходимата честотна лента, профила на антената, изолацията, мощността, разположението на антенната решетка и производствения процес.

За по-подробно въведение в структурата и принципа на работа на антената вижте нашето ръководство заструктура, принципи на работа и приложения на микролентова антенаТази статия се фокусира по-специално върху механизмите за подаване, практическите компромиси и избора на точка на подаване.

Какво е захранване за микролентова антена?

Захранването свързва RF източника или приемника с излъчващата област, като същевременно трансформира системния импеданс във входния импеданс на антената. В практическа конструкция, захранващото устройство е част от антената, а не отделен детайл. Неговата геометрия променя разпределението на тока, резонансната честота, загубите от отражение, използваемата честотна лента и нежеланото излъчване.

Захранванията за микролентови антени обикновено се разделят на методи с директен контакт и методи с електромагнитно свързване. Захранванията от микролентова линия и коаксиална сонда осъществяват директен електрически контакт с пластира. Захранванията, свързани чрез апертура и безконтактно, предават енергия чрез електромагнитно свързване и обикновено използват повече от един слой субстрат.

Четири основни метода за захранване на микролентова антена

1. Микролентово захранване

При микролентово захранване, печатна предавателна линия е свързана директно към пластира. Линията и пластирът могат да бъдат изработени върху един и същ субстрат в един процес на печатна платка, което прави този метод прост, нископрофилен и подходящ за нискобюджетно производство и много печатни масиви.

Съгласуването на импеданса може да се регулира чрез промяна на ширината на захранващата линия, използване на вложка, добавяне на четвъртвълнов трансформатор или оптимизиране на прехода между линията и пластира. Основното ограничение е, че захранващата линия също излъчва. Това паразитно лъчение може да повлияе на кръстосаната поляризация и диаграмата на излъчване, особено когато подложката е относително дебела или захранващата мрежа е дълга.

2. Коаксиално захранване на сондата

Коаксиален захранващ проводник за сонда преминава през заземителната повърхност и подложката. Коаксиалният външен проводник е свързан към заземителната повърхност, докато вътрешният проводник е свързан към пластира. Преместването на позицията на сондата осигурява удобен начин за избор на желаното входно съпротивление, без да се отпечатва захранваща линия върху излъчващата повърхност.

Този метод предлага гъвкаво разположение на точките на захранване и като цяло ниско излъчване на захранващата линия, но изисква пробиване и надеждна електрическа връзка. Дългата сонда въвежда индуктивност, така че производителността може да се влоши при електрически дебели подложки или при по-високи честоти. Следователно геометрията на конектора, обемът на спойката и производственият толеранс трябва да бъдат включени в крайния модел.

3. Апертурно-свързано захранване

Апертурно свързано захранване поставя предавателната линия под заземителна равнина, а лъчевата част - над нея. Енергията преминава през слот в заземителната равнина. Тъй като заземителната равнина разделя захранващата мрежа от излъчващата част, тази конструкция осигурява добра изолация между захранването и радиатора и може да намали нежеланото излъчване от захранването.

Размерите на слота, позицията на слота, захранващата линия, дебелината на подложката и диелектричните константи влияят върху свързването и съгласуването. Апертурното свързване може да поддържа по-широка честотна лента от много директни захранвания, но изисква многослойна структура и точно подравняване между линията, слота и частта.

4. Захранване, свързано с близост

При захранване, свързано чрез близост, наричано още електромагнитно свързано захранване, микролентовата линия е поставена под пластира и е отделена от него с диелектричен слой. Линията се припокрива с част от пластира и енергията се пренася чрез електромагнитното поле. Няма директна електрическа връзка и няма слот в заземителната равнина.

Дължината на припокриване, позицията на линията, свойствата на основата и дебелината на слоя контролират свързването. Този метод може да осигури широка импедансна честотна лента и ниско ниво на паразитно излъчване, но двуслойната структура е по-дебела и по-чувствителна към толерансите на подравняване и свързване.

Сравнение на методите за захранване на микролентови антени

Метод на хранене	Типичен потенциал на честотната лента	Изработка	Захранваща радиация / изолация	Най-подходящ за
Микролентова линия	Тесен до умерен	Проста, еднослойна печатна платка	Повече радиация от захранващата линия	Нископрофилни, евтини печатни дизайни и масиви
Коаксиална сонда	Тесен до умерен	Пробиване и вертикално свързване	Ниско излъчване от захранващата линия	Гъвкава настройка на точката на захранване с един елемент
Свързан с апертура	Умерен до широк	Многослойно с подравняване на слотовете	Добра изолация на фуража	Проекти, изискващи изолация и по-широка честотна лента
Свързано с близост	Широк	Многослойно с подравняване на припокриване	Ниско паразитно излъчване	Широколентови конструкции, където допълнителната дебелина е приемлива

Това са относителни тенденции в дизайна, а не фиксирани гаранции за производителност. Формата на пластира, загубите в субстрата, диелектричната константа, дебелината, честотата, дължината на захранващата мрежа и производственият толеранс могат да променят резултата.

Как да изберете правилния метод на хранене

Необходима честотна лента:Директните захранвания често са достатъчни за теснолентови системи. Апертурното или безконтактното свързване може да е за предпочитане, когато по-широката импедансна честотна лента е основно изискване.
Профил и брой слоеве:Микролентовото захранване поддържа структурата тънка и лесна за производство. Свързаните захранвания изискват допълнителни слоеве и подравняване.
Радиационна чистота:Ако излъчването на захранващата мрежа или изолацията отпред до назад са от решаващо значение, структура, свързана с апертура, може да отдели захранването от пластира.
Интегриране на масиви:Печатните микролентови мрежи са удобни за решетки, но загубите в линията и паразитното излъчване се увеличават с удължаването на мрежата. Разположението на корпоративното захранване и толерансът на амплитуда/фаза трябва да се оценяват заедно.
Честота и толеранс:При милиметрови вълнови честоти, преходите на конекторите, толерансът на ецване, дебелината на основата и грешките в регистрацията стават електрически значими.
Мощностни и топлинни ограничения:Загубите на проводници, диелектричното нагряване, плътността на тока в конектора и локалната концентрация на полето трябва да се проверят за предвиденото ниво на мощност.
Цена и повторяемост:Дизайнът с най-добра симулирана честотна лента може да не е най-добрият избор за производство, ако изисква трудно свързване или плътно многослойно подравняване.

Как да изберем точка за захранване на коаксиална сонда

Правилната позиция на сондата е мястото, което осигурява целевия входен импеданс, като същевременно възбужда желания режим с приемлива кръстосана поляризация. Тя не трябва да се избира автоматично в центъра на областта, точката на максимално електрическо поле или точката на максимален ток.

За конвенционален правоъгълен пластир, работещ в основния си режим, входното съпротивление обикновено е високо близо до излъчващия ръб и намалява с придвижването на захранването към центъра по резонансното измерение. Между ръба и центъра обикновено се намира точка от 50 ома. Точната позиция зависи от размерите на пластира, свойствата на основата, диаметъра на сондата, заземяващата равнина, конектора и близките структури.

Започнете с размерите на пластира за необходимата резонансна честота и поляризация.
Поставете сондата на подходяща линия на симетрия, за да възбудите желания режим и да ограничите кръстосано поляризираните полета.
Измерете отместването от излъчващия ръб в пълновълнов електромагнитен модел, докато се достигнат целевият импеданс и загуба на отражение.
Включете коаксиалния преход, индуктивността на сондата, спойката, крайната заземителна равнина, корпуса и радарния панел, когато те са част от крайния монтаж.
Изградете модел на толеранс за дебелината на основата, диелектричната константа, ецването и грешката в позицията на подаване.
Валидирайте произведената антена с калибриран векторен мрежов анализатор и я настройте само след сравняване на референтните равнини на измерване и симулация.

Проверки на дизайна и измерванията

Оптимизацията на фуражите трябва да се провери спрямо повече от една стойност на S-параметъра. Пълният преглед обикновено включва:

Резонансна честота, S11, загуба на отражение, VSWR и импедансна честотна лента.
Реален и въображаем входен импеданс в работната лента.
Обща ефективност, реализирано усилване и загуби проводник/диелектричен елемент.
Кополяризирани и кросполяризирани диаграми на излъчване в главните равнини.
Съотношение отпред към назад, странични лобове и изкривяване на диаграмата, причинени от подаването или конектора.
Разпределение на тока и доказателства за нежелани повърхностни вълни или модове от по-висок порядък.
Производителност при очаквани условия на температура, обтекател, корпус, прокарване на кабели и монтаж.

Приложения

Микролентовите антени и решетки се използват в безжични комуникационни терминали, сателитно и навигационно оборудване, радарни сензори, телеметрия, аерокосмически платформи, тестови системи и компактни вградени радиочестотни продукти. Архитектурата на захранването трябва да бъде избрана според действителните системни изисквания: просто печатно захранване може да е идеално за компактно теснолентово устройство, докато свързано захранване може да е оправдано за по-широка честотна лента или по-силна изолация.

Често задавани въпроси

Кой метод за захранване на микролентова антена е най-лесният?

Микролентовото захранване обикновено е най-просто, защото линията и пластирът могат да бъдат отпечатани върху един и същ субстрат. Лесно е да се интегрира с планарна захранваща мрежа, въпреки че излъчването на захранващата линия трябва да се контролира.

Кой метод на хранене осигурява най-широка честотна лента?

Захранванията, свързани чрез близост и чрез апертура, обикновено предлагат по-голям потенциал за честотна лента от основните директни захранвания. Действителната честотна лента все още зависи от цялостната геометрия на антената и стека от подложки.

Кой фидер предлага най-добра изолация от излъчващата област?

Апертурното свързване осигурява силна структурна изолация, тъй като заземяваща равнина разделя захранващата линия от пластира. Все още е необходимо да се оцени изтичането през слотовете и обратното излъчване.

Променя ли точката на захранване резонансната честота?

Основната му цел е импедансно съгласуване, но сондата или линията също така смущават електромагнитните полета. Големи сонди, дълги сонди, силно свързване или захранване близо до чувствителна област на полето могат да изместят резонанса, както и входния импеданс.

Каква е разликата между захранване и импедансно съгласуване?

Захранването описва как радиочестотната енергия се доставя към пластира. Съгласуване на импеданса е процесът на съвместимост на входа на антената с предавателната линия, обикновено 50 ома. Позицията и геометрията на захранването са важни променливи за съгласуване, но могат да се използват и допълнителни трансформатори, вложки, разклонители или съгласувателни мрежи.

Заключение

Изборът на захранващо устройство за микролентова антена е решение на системно ниво. Микролентовите линии и коаксиалните сонди спомагат за опростяването и директната настройка, докато апертурното и безконтактното свързване предлагат по-силна изолация или по-широка честотна лента за сметка на допълнителни слоеве и по-строг контрол на производството. Крайните характеристики винаги трябва да се потвърждават с пълновълнова симулация, анализ на толерансите и калибрирано измерване.

Препоръки за продукти за микролентови антени

Разгледайте RF MISOпродукти за микролентови антенипо-долу, илисвържете се с нашия инженерен екипда се обсъдят честотният диапазон, усилването, поляризацията, интерфейсът и изискванията за интеграция.