Metode Pemberian Daya Antena Mikrostrip: Jenis dan Pemilihan

Apa itu Feed Antena Microstrip?

Feed menghubungkan sumber atau penerima RF ke patch pemancar sekaligus mengubah impedansi sistem menjadi impedansi input antena. Dalam desain praktis, feed merupakan bagian dari antena, bukan detail terpisah. Geometrinya mengubah distribusi arus, frekuensi resonansi, rugi balik, bandwidth yang dapat digunakan, dan radiasi yang tidak diinginkan.

Saluran antena mikrostrip umumnya dibagi menjadi metode kontak langsung dan metode kopling elektromagnetik. Saluran mikrostrip dan saluran probe koaksial melakukan kontak listrik langsung dengan patch. Saluran kopling apertur dan kopling kedekatan mentransfer energi melalui kopling elektromagnetik dan biasanya menggunakan lebih dari satu lapisan substrat.

Empat Metode Utama Pemberian Daya Antena Mikrostrip

1. Saluran Umpan Mikrostrip

Pada saluran transmisi mikrostrip, saluran transmisi tercetak dihubungkan langsung ke patch. Saluran dan patch dapat dibuat pada substrat yang sama dalam satu proses PCB, sehingga metode ini menjadi sederhana, berprofil rendah, dan cocok untuk produksi berbiaya rendah serta banyak susunan tercetak.

Pencocokan impedansi dapat disesuaikan dengan mengubah lebar saluran transmisi, menggunakan sisipan, menambahkan transformator seperempat gelombang, atau mengoptimalkan sambungan antara saluran dan patch. Batasan utamanya adalah saluran transmisi juga memancarkan radiasi. Radiasi palsu ini dapat memengaruhi polarisasi silang dan pola radiasi, terutama ketika substrat relatif tebal atau jaringan transmisi panjang.

2. Umpan Probe Koaksial

Kabel probe koaksial melewati bidang ground dan substrat. Konduktor luar koaksial terhubung ke bidang ground, sedangkan konduktor dalam terhubung ke patch. Menggeser posisi probe memberikan cara mudah untuk memilih resistansi input yang diinginkan tanpa perlu membuat jalur kabel pada permukaan pemancar.

Metode ini menawarkan penempatan titik umpan yang fleksibel dan radiasi saluran umpan yang umumnya rendah, tetapi memerlukan pengeboran dan koneksi listrik yang andal. Probe yang panjang menimbulkan induktansi, sehingga kinerja dapat menurun dengan substrat yang tebal secara elektrik atau pada frekuensi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, geometri konektor, volume solder, dan toleransi manufaktur harus disertakan dalam model akhir.

3. Umpan Terhubung Bukaan

Sistem transmisi dengan kopling apertur menempatkan saluran transmisi di bawah bidang tanah dan patch di atasnya. Energi melewati celah pada bidang tanah. Karena bidang tanah memisahkan jaringan transmisi dari patch pemancar, pengaturan ini memberikan isolasi yang baik antara saluran transmisi dan pemancar serta dapat mengurangi radiasi yang tidak diinginkan dari saluran transmisi.

Dimensi celah, posisi celah, stub saluran umpan, ketebalan substrat, dan konstanta dielektrik semuanya memengaruhi kopling dan pencocokan. Kopling apertur dapat mendukung bandwidth yang lebih lebar daripada banyak umpan langsung, tetapi membutuhkan struktur multi-lapisan dan penyelarasan yang akurat antara saluran, celah, dan patch.

4. Umpan yang Terhubung dengan Kedekatan

Pada saluran yang terhubung secara dekat, juga disebut saluran yang terhubung secara elektromagnetik, saluran mikrostrip ditempatkan di bawah patch dan dipisahkan darinya oleh lapisan dielektrik. Saluran tersebut tumpang tindih dengan sebagian patch, dan energi ditransfer melalui medan elektromagnetik. Tidak ada koneksi listrik langsung dan tidak ada celah pada bidang ground.

Panjang tumpang tindih, posisi garis, sifat substrat, dan ketebalan lapisan mengontrol kopling. Metode ini dapat memberikan bandwidth impedansi yang luas dan radiasi spurious yang rendah, tetapi struktur dua lapis lebih tebal dan lebih sensitif terhadap toleransi penyelarasan dan pengikatan.

Perbandingan Metode Pemberian Daya Antena Mikrostrip

Metode pemberian makan	Potensi bandwidth tipikal	Pembuatan	Radiasi/isolasi umpan	Paling cocok untuk
Saluran mikrostrip	Sempit hingga sedang	PCB sederhana, satu lapis.	Radiasi saluran umpan yang lebih besar	Desain dan susunan cetak berprofil rendah dan berbiaya rendah
Probe koaksial	Sempit hingga sedang	Pengeboran dan sambungan vertikal	Radiasi saluran umpan rendah	Penyetelan titik umpan elemen tunggal yang fleksibel
Terhubung dengan bukaan	Sedang hingga luas	Multilayer dengan penyelarasan slot	Isolasi pakan yang baik	Desain yang membutuhkan isolasi dan bandwidth yang lebih luas.
Terhubung secara jarak dekat	Lebar	Multilayer dengan penyelarasan tumpang tindih	Radiasi palsu rendah	Desain pita lebar di mana penambahan ketebalan dapat diterima.

Ini adalah tren desain relatif, bukan jaminan kinerja tetap. Bentuk patch, kerugian substrat, konstanta dielektrik, ketebalan, frekuensi, panjang jaringan umpan, dan toleransi manufaktur dapat mengubah hasilnya.

Cara Memilih Metode Pemberian Makan yang Tepat

• Bandwidth yang dibutuhkan:Penyaluran langsung seringkali cukup untuk sistem pita sempit. Kopling apertur atau kopling kedekatan mungkin lebih disukai ketika lebar pita impedansi yang lebih luas merupakan persyaratan utama.
• Jumlah profil dan lapisan:Saluran mikrostrip membuat struktur tetap tipis dan mudah diproduksi. Saluran kopling memerlukan lapisan tambahan dan penyelarasan.
• Kemurnian radiasi:Jika radiasi jaringan umpan atau isolasi depan-belakang sangat penting, struktur yang digabungkan dengan bukaan dapat memisahkan umpan dari patch.
• Integrasi array:Jaringan mikrostrip tercetak nyaman untuk susunan antena, tetapi kehilangan daya dan radiasi parasit meningkat seiring dengan semakin panjangnya jaringan. Tata letak saluran umpan korporat dan toleransi amplitudo/fase harus dievaluasi bersama-sama.
• Frekuensi dan toleransi:Pada frekuensi gelombang milimeter, transisi konektor, toleransi etsa, ketebalan substrat, dan kesalahan registrasi menjadi signifikan secara elektrik.
• Batasan daya dan termal:Kerugian konduktor, pemanasan dielektrik, kerapatan arus konektor, dan konsentrasi medan lokal harus diperiksa untuk tingkat daya yang diinginkan.
• Biaya dan kemampuan pengulangan:Desain dengan bandwidth simulasi terbaik mungkin bukan pilihan produksi terbaik jika memerlukan pengikatan yang rumit atau penyelarasan multi-lapisan yang ketat.

Cara Memilih Titik Umpan Probe Koaksial

Posisi probe yang benar adalah lokasi yang menampilkan impedansi input target sambil membangkitkan mode yang diinginkan dengan polarisasi silang yang dapat diterima. Posisi tersebut tidak boleh dipilih secara otomatis di tengah patch, titik medan listrik maksimum, atau titik arus maksimum.

Untuk patch persegi panjang konvensional yang beroperasi dalam mode fundamentalnya, resistansi input umumnya tinggi di dekat tepi pemancar dan menurun saat umpan bergerak menuju pusat sepanjang dimensi resonansi. Titik 50 ohm biasanya ditemukan di antara tepi dan pusat. Posisi tepatnya bergantung pada dimensi patch, sifat substrat, diameter probe, bidang ground, konektor, dan struktur di sekitarnya.

1. Mulailah dengan menentukan dimensi patch untuk frekuensi resonansi dan polarisasi yang dibutuhkan.
2. Tempatkan probe pada garis simetri yang sesuai untuk membantu membangkitkan mode yang diinginkan dan membatasi medan polarisasi silang.
3. Lakukan pemindaian offset dari tepi pemancar pada model elektromagnetik gelombang penuh hingga impedansi target dan rugi balik tercapai.
4. Sertakan transisi koaksial, induktansi probe, bantalan solder, bidang tanah terbatas, penutup, dan radome jika merupakan bagian dari perakitan akhir.
5. Buat model toleransi untuk ketebalan substrat, konstanta dielektrik, etsa, dan kesalahan posisi umpan.
6. Validasi antena yang telah dibuat dengan penganalisis jaringan vektor yang telah dikalibrasi dan lakukan penyesuaian hanya setelah membandingkan bidang referensi pengukuran dan simulasi.

Pemeriksaan Desain dan Pengukuran

Optimasi pemberian pakan harus diverifikasi terhadap lebih dari satu nilai parameter S. Tinjauan lengkap biasanya meliputi:

• Frekuensi resonansi, S11, rugi balik, VSWR, dan lebar pita impedansi.
• Impedansi input riil dan imajiner di seluruh pita operasi.
• Efisiensi total, penguatan yang terealisasi, dan kerugian konduktor/dielektrik.
• Pola radiasi ko-polarisasi dan silang-polarisasi pada bidang utama.
• Rasio depan-belakang, sidelobe, dan distorsi pola yang disebabkan oleh saluran masuk atau konektor.
• Distribusi saat ini dan bukti adanya mode gelombang permukaan yang tidak disengaja atau mode orde lebih tinggi.
• Performa dalam kondisi suhu, radome, housing, jalur kabel, dan instalasi yang diharapkan.

Aplikasi

Antena dan susunan mikrostrip digunakan dalam terminal komunikasi nirkabel, peralatan satelit dan navigasi, sensor radar, telemetri, platform kedirgantaraan, sistem pengujian, dan produk RF tertanam yang ringkas. Arsitektur umpan harus dipilih sesuai dengan kebutuhan sistem yang sebenarnya: umpan tercetak sederhana mungkin ideal untuk unit pita sempit yang ringkas, sementara umpan terkopel mungkin tepat untuk bandwidth yang lebih lebar atau isolasi yang lebih kuat.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Metode pemberian daya antena mikrostrip mana yang paling sederhana?

Saluran umpan mikrostrip biasanya yang paling sederhana karena saluran dan patch dapat dicetak pada substrat yang sama. Mudah diintegrasikan dengan jaringan umpan planar, meskipun radiasi saluran umpan harus dikontrol.

Metode pemberian daya mana yang memberikan bandwidth terluas?

Sistem penyaluran dengan kopling jarak dekat dan kopling apertur umumnya menawarkan potensi bandwidth yang lebih besar daripada sistem penyaluran langsung dasar. Bandwidth aktual masih bergantung pada geometri antena lengkap dan susunan substrat.

Manakah jenis catu daya yang menawarkan isolasi terbaik dari area yang memancarkan radiasi?

Kopling apertur memberikan isolasi struktural yang kuat karena bidang ground memisahkan saluran umpan dari patch. Kebocoran slot dan radiasi balik masih perlu dievaluasi.

Apakah titik pemasukan mengubah frekuensi resonansi?

Tujuan utamanya adalah pencocokan impedansi, tetapi probe atau saluran tersebut juga mengganggu medan elektromagnetik. Probe yang besar, probe yang panjang, kopling yang kuat, atau saluran yang dekat dengan daerah medan yang sensitif dapat menggeser resonansi serta impedansi masukan.

Apa perbedaan antara pemberian daya dan pencocokan impedansi?

Pemberian daya (feeding) menjelaskan bagaimana energi RF disalurkan ke antena patch. Pencocokan impedansi adalah proses membuat input antena kompatibel dengan saluran transmisi, umumnya 50 ohm. Posisi dan geometri feed merupakan variabel pencocokan yang penting, tetapi transformator tambahan, inset, stub, atau jaringan pencocokan juga dapat digunakan.

Kesimpulan

Pemilihan feed antena microstrip merupakan keputusan tingkat sistem. Feed saluran microstrip dan feed probe koaksial lebih mengutamakan kesederhanaan dan penyetelan langsung, sementara aperture dan kopling proximity menawarkan isolasi yang lebih kuat atau bandwidth yang lebih lebar dengan mengorbankan lapisan tambahan dan kontrol fabrikasi yang lebih ketat. Kinerja akhir harus selalu dikonfirmasi dengan simulasi gelombang penuh, analisis toleransi, dan pengukuran terkalibrasi.

Rekomendasi Produk Antena Mikrostrip

Jelajahi RF MISOproduk antena mikrostripdi bawah, atauhubungi tim teknik kamiuntuk membahas rentang frekuensi, penguatan, polarisasi, antarmuka, dan persyaratan integrasi.