Кіріспе
Телекоммуникация саласында микрожолақты антенна (баспа антенна деп те аталады) әдетте баспалы схема тақтасында (PCB) фотолитографиялық техникаларды қолдану арқылы жасалған антенна. Бұл ішкі антеннаның бір түрі. Олар көбінесе микротолқынды жиіліктерде қолданылады. Жеке микрожолақты антенна ПКБ бетіндегі әртүрлі пішінді металл фольгадан жасалған жапсырмадан (жапсырма антенна) тұрады, ал платаның екінші жағында металл фольганың жер жазықтығы болады. Көптеген микрожолақты антенналар екі өлшемді массивтегі бірнеше жапсырмалардан тұрады. Антенна әдетте микрошағын жолақты тарату желілері арқылы хабар таратушы немесе қабылдаушымен қосылады. Радиожиілік тогы антенна мен жер деңгейі арасында қолданылады (немесе қабылдау антенналарында алынған сигнал шығарылады). Микрожолақты антенналар соңғы онжылдықта тұтыну өнімдерінің, ұшақтардың және зымырандардың беттеріне енгізілетін жұқа жазық профиліне байланысты өте танымал болды; олардың басып шығарылған схема техникасын қолдану арқылы оңай жасалуы; антеннаны басқа схемамен бір тақтаға біріктірудің оңайлығы және белсенді антенналарды жасау үшін микротолқынды интегралдық схемалар сияқты белсенді құрылғыларды антеннаның өзіне қосу мүмкіндігі. Микрожолақ атауы екі сөзден тұрады – «микро» (өте жұқа/кішкентай) және ол жапсырма/бөлшек пішініндегі, өте жұқа/кішкентай антеннаның түрі ретінде анықталады. Микрожолақты антеннаның ең көп таралған түрі – жапсырма антенна. Массивтің құрамдас элементтері ретінде жапсырмаларды пайдаланатын антенналар да мүмкін. Жапсырма антенна – тар жолақты, кең сәулелі антенна, ол металл ізге антенна элементінің пішінін түсіру арқылы жасалады, ол диэлектрлік субстратқа (мысалы, баспалы схема тақтасына) жабыстырылған, ал оның қарама-қарсы жағында жер жазықтығын құрайтын металл қабаты болады. Микрожолақты антенналардың кең таралған пішіндері – шаршы, тіктөртбұрыш, дөңгелек және эллипс пішіндес, бірақ кез келген үздіксіз пішін мүмкін. Кейбір жапсырма антенналар диэлектрлік субстратты қолданбайды және диэлектрлік аралықтарды пайдалана отырып, жер жазықтығының үстіне орнатылған металл жапсырмадан жасалады; мұндай конструкция аз берік, бірақ жолағы кеңірек болады. Мұндай антенналардың профилі өте төмен, механикалық тұрғыдан берік және көліктің қисық бетіне бейімделуге қабілетті болғандықтан, олар көбінесе ұшақтар мен ғарыш кемелерінің сыртына орнатылады немесе ұялы радиобайланыс құрылғыларына енгізіледі.
Patch antenna. Based on its origin, microstrip consists of two words, namely micro (very thin/small) and is defined as a type of antenna that has a blade/piece shape and is very thin/small. The most common type of microstrip antenna is commonly known as patch antenna. Antennas using patches as constitutive elements in an array are also possible. A patch antenna is a narrowband, wide beam antenna fabricated by etching the antenna element pattern in metal trace bonded to an insulating dielectric substrate, such as a printed circuit board, with a continuous metal layer bonded to the opposite side of the substrate which forms a ground plane. Common microstrip antenna shapes are square, rectangular, circular and elliptical, but any continuous shape is possible. Some patch antennas do not use a dielectric substrate and instead are made of a metal patch mounted above a ground plane using dielectric spacers; the resulting structure is less rugged but has a wider bandwidth. Because such antennas have a very low profile, are mechanically rugged and can be shaped to conform to the curving skin of a vehicle, they are often mounted on the exterior of aircraft and spacecraft, or are incorporated into mobile radio communications devices.
Артықшылықтар
Микрожолақты антенналар қарапайым екі өлшемді физикалық геометриясының арқасында өндіру және жобалау жағынан салыстырмалы түрде арзан. Олар көбінесе ЖЖД (UHF) және одан жоғары жиіліктерде қолданылады, себебі антеннаның мөлшері резонанстық жиіліктегі толқын ұзындығымен тікелей байланысты. Жеке жапсырмалы антенна шамамен 6–9 дБ-ға дейінгі максималды директивті күшейтуді қамтамасыз етеді. Литографиялық әдістерді қолдану арқылы бір (ірі) негізге жапсырмалардың массивін басып шығару өте оңай. Жапсырма массиві бір жапсырмаға қарағанда аз қосымша шығынмен әлдеқайда жоғары күшейтуді қамтамасыз ете алады; сәйкестендіру және фазалық реттеу баспалы микрожолақты қоректендіру құрылымдарымен, сәуле шығаратын жапсырмаларды қалыптастырумен бірдей операцияларда жүзеге асырылуы мүмкін. Төмен профильді антеннада жоғары күшейту массивін құру мүмкіндігі – жапсырма массивінің ұшақтарда және басқа да әскери салаларда кең таралған себебінің бірі. Мұндай жапсырмалы антенналар массиві динамикалық сәуле қалыптастыру қабілетіне ие антенналардың фазалық массивін жасаудың оңай жолы. Жапсырмалы антенналардың ерекше артықшылығы – поляризациялық әртүрлілікке ие болу мүмкіндігі. Жапсырмалы антенналарды тік, көлденең, оң айналмалы (RHCP) немесе сол айналмалы (LHCP) поляризацияларына ие болу үшін бірнеше қоректендіру нүктелерін немесе асимметриялық жапсырма құрылымдары бар бір қоректендіру нүктесін пайдалану арқылы оңай жобалауға болады. Бұл бірегей қасиет жапсырмалы антенналарды әртүрлі талаптарға ие болатын көптеген коммуникациялық желілерде пайдалануға мүмкіндік береді.
Тікбұрышты жамау
Ең көп қолданылатын микрожолақты антенна – тікбұрышты жапсырма, ол үзілген микрожолақты тарату желісі сияқты көрінеді. Оның ұзындығы шамамен жарты толқын ұзындығына тең. Егер диэлектрлік субстрат ретінде ауа қолданылса, тікбұрышты микрожолақты антеннаның ұзындығы бос кеңістіктегі толқын ұзындығының шамамен жартысына жуық болады. Антенна диэлектрлік субстратпен жүктелгенде, субстраттың қатысты диэлектрлік тұрақтысы артатын сайын антеннаның ұзындығы қысқарады. Антеннаның резонанстық ұзындығы, антеннаның электрлік ұзындығын сәл ұлғайтатын кеңейтілген электрлік "шеттік өрістердің" әсерінен сәл қысқа болады. Микрожолақты антеннаның ерте модельдері – сәулелену жоғалтуларын бейнелеу үшін екі басында тең жүктемелері бар микрожолақты тарату желісінің бір бөлігі.
Сипаттамалар
Микрожолақты антеннаның диэлектрлік жүктемесі оның сәулелену диаграммасына да, кедергілік еніне де әсер етеді. Субстраттың диэлектрлік тұрақтысы артқан сайын антеннаның ені төмендейді, бұл антеннаның сапа коэффициентін (Q) арттырады, демек кедергілік ені төмендейді. Бұл қатынас антеннаның желілік моделін қолданғанда бірден байқалмады, бірақ Итох және Митра 1973 жылы ұсынған қуыс моделін қолданғанда анық көрінеді. Тіктөртбұрышты микрожолақты антеннадан сәулеленуді эквивалентті екі ойық жұбы ретінде қарастыруға болады. Бұл ойықтар массив ретінде әрекет етеді және антеннада ауа диэлектригі болғанда ең жоғары бағыттылыққа ие болады, ал диэлектрлік субстратпен алмастырылғанда, оның қабылдағыштығы артып, бағыттылығы төмендейді. Жарты толқынды тіктөртбұрышты микрожолақты антеннаның ортасында виртуалды қысқа тұйықтама жатыр. Бұл физикалық қысқа тұйықтамамен алмастырылып, төрттен бір толқын ұзындығындағы микрожолақты антенна құруға болады. Бұл кейде «жартылай пластина» деп аталады. Антеннаның тек бір сәулелену жиегі (эквивалентті ойығы) бар, бұл антеннаның бағыттылығын/пайдасын төмендетеді. Кедергілік ені жарты толқынды толық пластинадан сәл төмен, себебі сәулелену жиектері арасындағы байланыс жойылған.
Басқа түрлері
Жапсырмалы антеннаның тағы бір түрі – жазық инвертті F антеннасы (PIFA). PIFA ұялы телефондарда (мобильді телефондарда) құрылыстың бір бөлігі ретінде жиі қолданылады. Бұл антенналар төрттен бір толқынды жартылай жапсырмалы антеннадан туындайды. Жартылай жапсырманың қысқа жазықтығының ұзындығы қысқартылып, резонанстық жиілік төмендетіледі. Бұл антенна төмен профильді және қабылданатын SAR қасиеттеріне ие. Антенна инвертті F әрпіне ұқсайды, содан PIFA деп аталады. Ол компактты, барлық бағытта сәулеленетін антенна ретінде танымал. Көптеген PIFA антенналары әртүрлі ұялы жиіліктерде резонансқа түсу үшін бірнеше тармаққа ие. Кейбір телефондарда сәулелену жолағының сипаттамаларын жақсарту үшін жерге қосылған паразиттік элементтер қолданылады. Қалпақталған инвертті конформалды антеннаның (FICA) PIFA-ға қарағанда бірнеше артықшылықтары бар, себебі ол көлемді тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Дефектілі жер құрылымы (DGS) интеграцияланған микрожолақты жапсырма көп мақсаттар үшін қолданылады. Бұл техника жапсырманың астындағы жер жазықтығындағы «дефектілер» деп аталатын шағын ойықтардың шектеулі санын енгізеді және оның алыс және жақын өрістік қасиеттерін жақсартуға потенциалды мүмкіндік береді. Бұл әдіс 2005 жылы Гуха тарапынан қосымша компоненттер, көлем, салмақ немесе шығындарсыз көлденең поляризацияланған сәулеленуді басқару үшін ұсынылған. Бұл техника микрожолақты жапсырманың диагональдық жазықтықтарында да көлденең поляризацияланған сәулеленуді азайтуға жеткілікті. DGS техникасы үлкен микрожолақты массивтердегі өзара әсерді азайтуда және радар сәулелерінің сканерлеу соқырлығы мәселесін шешуде де тиімді. DGS техникасы әуеде қолданылатын құрылғыларда өте тартымды болып табылады.