4.7 Planární širokopásmové antény

Podrobnější popis

Návrh širokopásmové mikropáskové antény s obdélníkovám flíčkem a zářezem ve tvaru U

Planární UWB antény se v dnešní době často používají ve vysokofrekvenčních a vysokorychlostních datových komunikacích. Plošné antény jsou lehce umístitelné v malých mobilních přístrojích, a jejich velkou výhodou je snadná a levná výroba. Klasické flíčkové antény mají bohužel velmi úzké operační pásmo a proto je nutné použít techniky zvyšující šířku pásma. Jednou z těchto technik zmíněných ve vrstvě A je použití zářezů v původního tvaru flíčku. Tato metoda je vhodná pro použití v anténních řadách, nezvětšuje rozměry antény.

Obr. 4.7B.1

Mikropásková U-anténa [42].

Krok 1:

Určení centrální frekvence f_res3 a požadované šířky pásma (f_res2 – f_res4) [42]. Anténa je navrhována k pokrytí PCS a WLAN pásem od 1,8 GHz do 2,5 GHz. Střední kmitočet 2,15 GHz.

f_res2 = 1,8 GHz

f_res3 = 2,15 GHz

f_res4 = 2,5 GHz

Krok 2:

Výběr permitivity substrátu (ε_r) a jeho tloušťky (T) takové, aby vyhovovalo podmínce (4.7B.1). Pro širokopásmové antény platí

T \geq 0,06 \frac{λ_{r e s 3} (a i r)}{\sqrt{ε_{r}}}

( 4.7B.1 )

kde λ_res3 je vlnová délka ve vakuu.

T = 6,35 mm

ε_r = 2,2

Krok 3:

Odhad délky flíčku (B)

B + 2 Δ B \approx \frac{c_{0}}{2 \sqrt{ε_{r}} f_{r e s 3}}

( 4.7B.2 )

B + 2ΔB ≈ 47,04

Krok 4:

Výpočet šířky flíčku (A)

A = 1,5 (B + 2 Δ B)

( 4.7B.3 )

A = 70,56 mm

Krok 5:

Výpočet efektivní permitivity (ε_eff) a parametru (2ΔB)

ε_{e f f} = \frac{ε_{r} + 1}{2} + \frac{ε_{r} - 1}{2} \sqrt{(1 + \frac{12 T}{A})}

( 4.7B.4 )

2 Δ B = 0,824 T \frac{(ε_{e f f} + 0,3) (\frac{A}{T} + 0,262)}{(ε_{e f f} - 0,258) (\frac{A}{T} + 0,813)}

( 4.7B.5 )

ε_eff = 2,465

2ΔB = 6,249

Krok 6:

Výpočet délky flíčku (B)

B = \frac{c_{0}}{2 \sqrt{ε_{e f f}} f_{r e s 3}} - 2 Δ B

( 4.7B.6 )

B = 38,19 mm

Krok 7:

Vybrat startovací hodnotu šířky štěrbiny (E, F)

E = F = \frac{λ_{r e s 3} (a i r)}{60}

( 4.7B.7 )

E = F = 2,33 mm

Krok 8:

Výpočet šířky U-štěrbiny (D)

D = \frac{c_{0}}{\sqrt{ε_{e f f}} f_{r e s 2}} - 2 (B + 2 Δ B - E)

( 4.7B.8 )

D = 21,93 mm

Krok 9:

Vybrat C takové, aby splňovalo podmínky

\frac{C}{A} \geq 0,3

\frac{C}{D} \geq 0,75

( 4.7B.9 )

Vybráno $\frac{C}{A} \geq 0,33$ , $\frac{C}{D} \geq 0,9$

Krok 10:

Zpřesnění výpočtu efektivní permitivity a prodloužení efektivní délky pseudoflíčku na čtvrté resonanční frekvenci s efektivní šířkou flíčku (D-2F)

ε_{e f f (P P)} = \frac{ε_{r} + 1}{2} + \frac{ε_{r} - 1}{2} \sqrt{(1 + \frac{12 T}{D - 2 F})}

( 4.7B.10 )

2 Δ_{B - E - H} = 0,824 T \frac{(ε_{e f f (P P)} + 0,3) (\frac{D - 2 F}{T} + 0,262)}{(ε_{e f f (P P)} - 0,258) (\frac{D - 2 F}{T} + 0,813)}

( 4.7B.11 )

ε_eff(PP) = 2,996

2Δ_B-E-H = 5,32

Krok 11:

Odhad umístění U-štěrbiny

H \approx B - E + 2 Δ_{B - E - H} - \frac{1}{\sqrt{ε_{e f f (P P)}}} (\frac{c_{0}}{f_{r e s 4}} - (2 C + D))

( 4.7B.12 )

Pro C = 23,28 H ≈ 11,41

Krok 12:

Musí být splněna podmínka

C + E + H \leq B

( 4.7B.13 )

$23,28 + 2,33 + 11,41 \leq 38,19$

Tab. 4.7B.1

Přibližné hodnoty parametrů antény vypočtené pomocí návrhových vztahů [42].

A [mm]	B [mm]	C [mm]	D [mm]	E [mm]	F [mm]	O [mm]	T [mm]	ε_r
70,56	38,19	23,28	21,93	2,33	2,33	0	6,53	2,2