Antena F inversată

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
O antenă F inversată într-o stație de bază DECT (o tehnologie utilizată pentru telefoane fără fir și dispozitive analogice)

O antenă F inversată este un tip de antenă utilizată în comunicațiile fără fir . Se compune dintr-o antenă monopolă care se desfășoară paralel cu un plan de masă și este conectată la masă la un capăt. Antena este alimentată într-un punct intermediar departe de capătul conectat la masă. Acest design are două avantaje față de o antenă simplă monopol: antena este mai scurtă și mai compactă, iar potrivirea impedanței poate fi controlată de proiectant fără a fi nevoie de componente externe pentru potrivire.

Antena F inversată a fost concepută pentru prima dată în anii 1950 ca o antenă cu sârmă îndoită. Cu toate acestea, utilizarea sa cea mai răspândită este ca planar inversat F antena, adesea menționată ca PIFA, din limba engleză planar inversat F-antenă, în dispozitive mobile fără fir , datorită proprietăților sale compactitatea. PIFA-urile pot fi tipărite utilizând formatul microstrip , o tehnologie utilizată pe scară largă, care permite fabricarea componentelor RF tipărite ca parte a aceleiași circuite imprimate utilizate pentru montarea altor componente.

PIFA-urile sunt o variantă a antenei patch - uri . Există multe variante ale acestei și a altor forme de antenă F inversată care implementează antene în bandă largă sau multibandă. Tehnicile includ rezonatoare cuplate și adăugarea de sloturi.

Evoluție și istorie

A: monopol de sfert de undă, B: monopol de sfert de undă cu sursă de alimentare intermediară, C: antenă L inversată, D: antenă F inversată

Antena F inversată este o evoluție a antenei monopol unice de sfert de undă. Antena cu fir de tip F a fost inventată în anii 1940 . [1] În această antenă sursa de alimentare este conectată la un punct intermediar de-a lungul lungimii antenei în locul bazei. Baza este conectată la masă. Avantajul acestui lucru este că impedanța de intrare a antenei depinde de distanța punctului de alimentare de la capătul conectat la masă. Porțiunea antenei între punctul de alimentare și planul de masă se comportă în esență ca o scurtcircuitare cioturi . Astfel, proiectantul poate adapta antena la impedanța sistemului reglând poziția punctului de alimentare (de obicei, sistemele RF au o impedanță a sistemului de 50 Ω în timp ce un monopol λ / 4 are o impedanță de 36,5 Ω). [2]

Antena L inversată este o antenă monopol pliată înainte pentru a rula paralel cu planul de la sol. Are avantajul compactității și lungimii mai mici decât monopolul λ / 4, dar dezavantajul unei impedanțe foarte mici, de obicei doar câțiva ohmi. Antena F inversată combină avantajele ambelor antene: are compactitatea antenei L inversate și capacitatea de potrivire a impedanței antenei cu fir de tip F. [3]

Antena F inversată a fost propusă pentru prima dată în 1958 de grupul de la Universitatea Harvard condus de Ronold WP King . [4] Antena lui King era sub formă de sârmă și era destinată utilizării în rachetele de telemetrie . [5]

Implementare plană

A: antenă F inversată turnată , B: antenă F inversată turnată cu șarpe, C: antenă patch , D: antenă F inversă plană (PIFA) sub formă de antenă patch
KeyBoardWithoutGroundPlane.png Suport fără plan de masă KeyBoardWithGroundPlane.png Suport cu plan de sol
KeyFeedPin.png Pinul de alimentare al antenei KeyGroundPin.png Pin de conectare la masă

O antenă F inversă plană (PIFA) este utilizată pentru circuitele wireless implementate în microstrip . Formatul micro-bandă este formatul ales pentru electronica RF modernă. Poate fi folosit pentru a pune în aplicare cererea de componente RF pentru elementele distribuite ca filtre , în timp ce în același timp este economic, deoarece sunt utilizate aceleași metode de producție în masă valabile pentru plăcile de circuite imprimate .

O antenă F inversată turnată poate fi implementată în forma clasică F inversată, de obicei pe o parte a circuitului de unde a fost îndepărtat planul de masă de sub antenă. Cu toate acestea, o altă abordare este antena patch modificată, antena patch scurtcircuitată . În această abordare, un capăt al patch-ului, sau un punct intermediar, este conectat la sol cu ​​știfturile de masă sau căile către planul de masă. Această antenă funcționează pe același principiu ca și antena F inversată; văzută din lateral, se poate vedea forma F, deoarece elementul antenei este foarte lat în plan orizontal. [6] Antena patch-ului scurtcircuitat are o lățime de bandă mai mare decât tipul de linie subțire datorită zonei mai mari de radiații. [7] La fel ca tipul cu linie subțire, antena cu scurtcircuit poate fi imprimată pe aceeași placă de circuite imprimate ca și restul circuitelor. Cu toate acestea, în mod obișnuit, aceste antene sunt tipărite pe propriul suport sau pe un dielectric atașat la suportul principal. Acest lucru se realizează asigurându-vă că antena, care poate fi suspendată și de fapt în aer, acționând ca dielectric, se află la o distanță mai mare de planul de la sol decât ar fi altfel sau că dielectricul utilizat este un material mai potrivit pentru performanță RF . [8]

Termenul PIFA de mulți autori (de exemplu, Sánchez-Hernández) [9] este rezervat pentru antena patch-ului scurtcircuitat în care elementul antenei este la fel de lat ca planul de bază subiacent. Linia subțire de tip F inversată a antenei cu planul de masă pe o parte, ca A și B în diagramă, se numește pur și simplu IFA, chiar dacă este în format plan. Unii autori pot indica, de asemenea, un IFA de acest tip ca o antenă F inversată tipărită, dar totuși rezervă termenul PIFA pentru tipul corespunzător antenei de patch-uri scurtcircuitate (de exemplu, Hall și Wang). [10]

O configurație obișnuită pentru o antenă de patch scurtcircuitată este plasarea știftului de scurtcircuit cât mai aproape de un unghi cu știftul de alimentare relativ aproape de știftul de scurtcircuit. În această configurație, frecvența de rezonanță este dată aproximativ de,

unde este
f 0 este frecvența rezonantă
w , b sunt lățimea și lungimea plasturelui
c este viteza luminii
ε r este constanta dielectrică a substratului.

Această formulă este valabilă numai dacă antena nu este afectată de dielectrice din apropiere, cum ar fi carcasa dispozitivului. [11]

O altă variantă care poate fi întâlnită este antena F șarpe inversată, denumită adesea MIFA , din antena F inversă meandrată în engleză . Atunci când spațiul de pe suport este insuficient pentru a extinde o antenă pe toată lungimea necesară, antena poate fi aranjată în formă de șarpe pentru a-și reduce înălțimea, menținându-și în același timp lungimea electrică proiectată. [12] Acest lucru poate fi comparat cu spirala unei antene așa cum se găsește în antena de cauciuc . [13]

Antenele F inversate au lățimi de bandă mici. O lățime de bandă mai mare poate fi obținută prin întinderea antenei, ceea ce le mărește rezistența la radiații . O altă soluție este plasarea a două antene în apropiere. Acest lucru funcționează deoarece rezonatoarele cuplate au o lățime de bandă mai mare decât lățimea de bandă a fiecăruia dintre ambii rezonatori. Majoritatea tehnicilor pentru producerea antenelor cu mai multe benzi sunt, de asemenea, eficiente pentru creșterea lățimii de bandă. [14]

Antene multibandă

O antenă F inversată tipărită pe două benzi dintr-o aplicație PC Card care oferă o placă de rețea în benzile de 2,4 GHz și 5,2 GHz [15]

Necesitatea antenelor multibandă apare atunci când dispozitivele mobile trebuie să se deplaseze între țări și rețele unde benzile de frecvență utilizate pot fi adesea diferite. Poate că cel mai simplu design conceptual, raportat pentru prima dată în 1997, [16] este să cuibereze două antene patch-uri PIFA una în alta. O altă tehnică este de a introduce una sau mai multe linii de spurline în plasture, care are ca efect rezonatori cuplați care lărgesc banda. Alte tehnici se bazează pe generarea mai multor moduri de propagare , ceea ce face designul mai compact. Exemple în acest sens sunt modelul slotului C , care este o configurație similară cu filtrul interdigital și modelul strâns meandrat, așa cum se arată în diagramă din figurile C și, respectiv, D. [17]

Proiecte PIFA multibandă, A: antene patch PIFA imbricate, B: antenă patch PIFA cu două linii de spur pentru a produce o antenă triband, C: o antenă triband similară cu configurație în formă de C, D: antenă F inversată cu configurație șarpe îngustă

Aplicații

Antenele F inversate sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele portabile fără fir compacte, unde spațiul este la un nivel superior. Aceasta include telefoane mobile și tablete care utilizează transmisii wireless, cum ar fi GSM , Bluetooth și Wi-Fi . [18] Antena F plană inversată este cea mai frecvent utilizată antenă interioară în proiectele de telefoane mobile. [19]

Aceste antene sunt utile și pentru telematica vehiculului . Producătorilor de vehicule le place să utilizeze antene care urmăresc contururile vehiculului din motive de stil și aerodinamică. PIFA-urile multiband pot fi utilizate pentru a combina sursele de alimentare ale antenelor pentru telefoane mobile, navigație prin satelit și radiouri auto. [20]

Aceste antene au fost utilizate și în aplicații de telemetrie, în domenii de testare militară, inclusiv în cele care acceptă standardele Grupului de instrumentare Inter-Range . [21]

Un PIFA cu două benzi în formă de R a fost planificat pentru utilizare pe vehicule militare. Benzile care urmează să fie acoperite sunt cele de 225 MHz și 450 MHz. Aceste frecvențe sunt legate între ele în conformitate cu același raport 1: 2 al benzilor pentru telefoanele mobile GSM de 900 MHz și 1,8 GHz pentru care ar putea fi utilizat și designul pentru această aplicație atâta timp cât dimensiunile sunt adaptate la scară. [22]

Notă

  1. ^ Waterhouse & Novak, p. 19
  2. ^ Hall și colab. , pp. 197–198
  3. ^ Hall și colab. , pp. 197–198; Yarman, p. 67.
  4. ^ King, Harrison și Denton, 1958, 1960)
  5. ^ Petosa, p. 62; Prasad & King, pp. 449, 452.
  6. ^ Hall și colab. , pp. 198-199
  7. ^ Yarman, p. 68
  8. ^ Hall și colab. , pp. 200, 209
  9. ^ Sánchez-Hernández, pp. 16-22
  10. ^ Hall și Wang, p. 96
  11. ^ Hall și colab. , pp. 199-200; Yarman, pp. 68-69.
  12. ^ Kervel, pp. 1, 3-4
  13. ^ Cohen, p. 43: „Văzând rața de cauciuc ca o linie de meandru 3-D folosind o spirală, este ușor de văzut că sunt posibile și alte încercări de miniaturizare”.
  14. ^ Hall și colab. , p. 200
  15. ^ Hall și colab. , pp. 221-222; Kin-Lu și colab. , pp. 223-225.
  16. ^ Liu și colab. , p. 1451
  17. ^ Hall și colab. , pp. 203–204
  18. ^ Hall și colab. , p. 197
  19. ^ Yarman, p. 67
  20. ^ Hall și colab. , p. 222
  21. ^ Barton, 2017
  22. ^ Ali și colab. , p. 29

Bibliografie

Elemente conexe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Antenna_a_F_invertita&oldid=118648642 ”