Планарная интегрированная антенна

За последние несколько десятилетий развитие технологии планарных антенн коренным образом изменило области связи в микроволновом и миллиметровом диапазонах. Планарные антенны можно напечатать на диэлектрической подложке с минимальными затратами и сократить расходы на обработку. Во многих приложениях эти компактные и низкопрофильные антенны представляют собой недорогое решение по сравнению с предыдущими поколениями антенных систем на основе волноводов или отражателей. Действительно, растущее проникновение коммерческих беспроводных приложений на этих частотах требует всей гибкости, которую может предложить этот класс антенн.

Преимущества планарных интегрированных  антенн

В течение последних нескольких десятилетий большое внимание уделялось разработке планарных антенн. Эти антенны очень востребованы по ряду причин.

• могут быть изготовлены с гораздо более низкой стоимостью, чем антенные технологии на основе волноводов, и они значительно более компактны и легки. Эти характеристики важны для многих коммерческих приложений, в которых все чаще используются плоские антенны, таких как антенны базовых станций или мобильных телефонов.
• планарность антенн делает их идеальными для больших массивов и упрощает взаимодействие дополнительной электроники, такой как усилители и фазовращатели, которые необходимы для радиоэлектронной борьбы, радаров, спутниковой связи или формирования изображений миллиметрового диапазона. Их планарная природа также позволяет использовать антенны в приложениях, где размер и форма имеют решающее значение, например, в конформных печатных антеннах на фюзеляже самолета. Множество приложений привело к разработке широкого спектра классов плоских антенн.

Одним из движущих факторов, делающих планарные интегрированные антенны столь востребованными, является их простота интеграции с компонентами схем микроволнового или миллиметрового диапазона. По этой причине планарные интегрированные антенны должны быть совместимы с этими технологиями, которые для микроволновых и миллиметровых волн обычно основаны на микрополосковых или компланарных волноводах (CPW). Эти линии передачи имеют несколько преимуществ, в том числе возможность интеграции трехконцевых устройств, механические и теплоотводящие возможности из-за металлических поверхностей заземления и упрощенные вопросы упаковки. Следовательно, важно, чтобы эти типы линий передачи прямо (или косвенно) питали плоские интегрированные антенны. Примеры прямого питания включают патч-антенну и щелевую антенну, которые легко интегрируются с микрополосковой или CPW соответственно. Непрямое питание может включать переходы или различные формы электромагнитной связи. Метод подачи имеет решающее значение и может повлиять на кросс-поляризацию антенны, диаграмму направленности и полосу пропускания, а также на возможные архитектуры решетки.

Недостатки

Однако заземленные диэлектрические пластины, на которых изготовлены антенны, совместимые с микрополосками и CPW, поддерживают поверхностные волны TM0 и могут распространять энергию от антенны в виде поверхностных волн, тем самым снижая эффективность. Хотя потери малы на более низких частотах, они могут стать серьезной проблемой на частотах микроволновых и миллиметровых волн, где многие новые приложения нацелены на плоские антенны. Толщина подложки, диэлектрическая проницаемость и частота срабатывания определяют величину потерь на поверхностных волнах. Различные классы планарных антенн обладают широким спектром характеристик излучения.

Основные классы

Наиболее распространенные классы:

• патч-антенны
• резонансные антенны
• щелевые антенны

демонстрируют широкие диаграммы направленности с низким коэффициентом усиления, что делает их пригодными для использования в многоэлементных решетках формирования луча или портативных телефонных трубках.