Mikrowellen-Technik - Mikrowellenherd Hochfrequenz PCB Antenne Technologie Tutorial und Forschungstrends

Mikrowellen Hochfrequenz-Leiterplatten-Antennen und Hochfrequenz-Mikrowellen-Antennen-Arrays sind die "Augen und Ohren" aller drahtlosen Systeme. Nach dem IEEE Standard (145-1983) kann eine Antenne einfach als "Gerät zum Senden und Empfangen von Radiowellen" definiert werden. Die Antenne dient als Wandler zwischen Sender und Freiraum oder zwischen Medium und Empfänger. Im weiten Sinne können Antennen in drei Kategorien unterteilt werden, nämlich isotrop, omnidirektional und direktional. Eine isotrope Antenne ist ein hypothetisches Konzept des Unit Gain in alle Richtungen. Sie dient als Benchmark, an dem die tatsächlichen Antennenelemente gemessen werden. Eine omnidirektionale Antenne ist die nächste Implementierung einer isotropen Antenne mit einem nahezu konstanten Gewinn in einer Referenzebene (Azimut oder Elevation) und wird häufig in Broadcast-Anwendungen verwendet. Richtantennen mit ihrem hohen Richtverstärker und ihrem schmalen Strahlungsmuster (Strahl) sind wünschenswert für Anwendungen wie Funkerkennung und -reichung (Radar) und Punkt-zu-Punkt-Kommunikation.

In 1830 führte Michael Faraday die Ringantenne als Teil seines Experiments ein, um die Kopplung von elektrischen und magnetischen Feldern zu untersuchen. Später entdeckte Heinrich Hertz elektromagnetische Wellen und entwarf Dipolantennen. In 1901 schickte Guglielmo Marconi Nachrichten über den Atlantik mit mehreren vertikalen direkten Bodenlinien. Dies ist die erste Verwendung eines Mikrowellenantenarrays. Maxwell schrieb die erste Sammlung von Artikeln zur EM-Theorie, postuliert von Oersted, Faraday, Gauss und anderen und allgemein bekannt als die Maxwell-Gleichung. Laut Maxwell strahlt jede beschleunigende Ladung aus, so dass eine Antenne als EM-Gerät definiert werden kann, das den Fluss eines zeitwechselnden Stroms steuert. Dies erzeugt elektromagnetische Strahlung.

Die Struktur der Mikrowellen-Hochfrequenzantenne kann als dreiteilig betrachtet werden, nämlich den elektromagnetischen Generator, die Führungsstruktur und den Übergangsbereich. Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Methode (FEM) Simulation der Hornantenne zeigen den HF-Energiefluss im entsprechenden Teil. Der EM-Generator speist die EM-Welle in die Führungsstruktur (den Eingang zum Horn) ein und leitet sie dann in den Übergangsbereich. Der Übergangsbereich ist ein abgestimmter Transformator, der der Impedanz des Drahtes auf 377 ohm (Freiraumimpedanz) entspricht. EM-Wellen entweichen aus dem Übergangsbereich in den freien Raum und verursachen so Antennenstrahlung. Obwohl die Liste der vorhandenen Antennentypen zu groß ist, um sie hier zusammenzufassen, werden einige von ihnen basierend auf ihren kommerziellen und militärischen Anwendungen ausgewählt und diskutiert.

Hochfrequenz-Mikrowellenantenfundament

Antennen-Qualifizierungsparameter (AQP)

Antennen können quantitativ in Bezug auf räumliche und Schaltungsparameter beschrieben werden. AQP definiert die Strahlungsmerkmale bzw. Impedanzmerkmale der Antenne und sie sind wie folgt aufgelistet:

1. Antennengewinn, G und Direktivität (Direktivitätsgewinn), D

2. Antennentemperatur, T

3. Strahlenbeständigkeit, R

4. Halbe Leistungsstrahlbreite, Bandbreite 3dB

5. Richtung, Beobachtungsrichtung oder Abtastwinkel

6. Eigenschaften des Seitenlobbens (SLL), wie Peak SLL (PSLL), durchschnittliche SLL (ASLL).

7. Eigenschaften der Kreuzpolarisation (X-Pol)

8. Axialverhältnis (AR)

G misst die Richtung des Antennenmusters in Bezug auf die isotrope Antenne (G.1), so dass DBI (für isotrope I) gemessen werden kann. Es unterscheidet sich von D dadurch, dass es verschiedene Verluste in Leitern, Raum (Strahlung) und Leitern (Dielektrikum oder Luft) berücksichtigt und nicht in der Richtverstärkung D enthalten ist. G ist also immer kleiner als D. BW 3dB ist der Winkelabstand zwischen zwei und 3dB Punkten vom Maximal- oder Spitzenwert des Fernlichts im Strahlungsdiagramm. Die Sichtrichtung definiert die Richtung, in die der Fernstrahl des Antennenmusters zeigt, wenn das Array mechanisch (mit einem Servomotor) oder elektronisch (durch digitale Anwendung einer Phasenverschiebung auf die Arrayelemente) gescannt wird. Eine ideale Hochfrequenz-Mikrowellenantenne hat keine Seitenläppchen. Aufgrund der endlichen Natur der Antennengrundebene, aufgrund der Phasenlänge und der Annullierungsstörung zwischen dem Strom, der in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung fließt, wird jedoch der Strom, der sich an der Antennenöffnung ausbreitet, von seiner endlichen Kante reflektiert, was zur Bildung von Seitenlappen führt. Die Sidelobe Hüllkurve kann durch die PSLL, ASLL und root-mean-square (RMS) SLL mit Bezug auf ML-Messungen charakterisiert werden. Die Kreuzpolarisationsebene (X-Pol) definiert die Strahlungsintensität in einer Ebene, die orthogonal zur gewünschten Polarisationsebene ist; Daher ist X-Pol für eine horizontal polarisierte Antenne vertikal polarisiert. Die Polarisationsebene definiert die Ebene, die den elektrischen Feldvektor enthält. AR quantifiziert die Polarisation der Antenne. Die Polarisation kann elliptisch, kreisförmig (AR〜0 dB) oder linear (AR〜➞).

Klassifizierung von Hochfrequenz-Mikrowellenantennen

Es umfasst verdrahtete Antennen, Wanderwellenantennen, Reflektorantennen, Mikrostreifenantennen, log-periodische Antennen, Apertur-Antennen und andere Antennen wie NFC-Antennen und fraktale Antennen. Je nach Typ kann die Verstärkung eines einzelnen Antennenelements von 0 dBi (unipolar) bis 10-12 dBi (z. B. Kegelschlitzantennen und Spiralantennen) reichen. Kategorien können für bestimmte Anwendungen basierend auf Spezifikationen wie Power Handling, G, SLL, Größe, Gewicht und Volumen ausgewählt werden. Zum Beispiel erfordern astronomische Radioteleskopantennen sehr hohe Verstärkung und hohe Leistungsverarbeitungsfähigkeiten und erfordern eine offene Installation über eine große Fläche, die verschiedenen und oft schweren topologischen und Umweltbedingungen ausgesetzt ist. Diese Anforderungen werden in der Regel mit Reflektorantennenarrays erfüllt. HAPS HAPS 2 Microstrip-Antennen wurden für ein Plateau mit begrenzten Liegenschaften entwickelt und sind nützlich für Kampfjets, leicht im Gewicht, kompakt in der Größe und passen in die Natur. Wanderwellenantennen und log-periodische Antennen sind nützlich für Ultra-Breitband- und Hochleistungsverarbeitungsanwendungen.

Die Fraktalantenne kann verwendet werden, um die eingebettete Antennenstruktur im Inneren des Mobiltelefons zu realisieren. Planar invertierte Faltantenne (PIFA) ist eine gute Struktur für tragbare konforme Antennenanwendungen. Antennen-Arrays können für Anwendungen wie Radar verwendet werden, bei denen höhere Verstärkungen für die Erkennung über eine größere Reichweite erforderlich sind, und Richtungsstrahlen, bei denen Zielverfolgung erforderlich ist.

Mikrowellen-Hochfrequenz-Antennen-Array kann in drei breite Kategorien unterteilt werden:

Linear antenne array (LAA), bestehend aus einem eindimensionalen Antennenelement Cluster. Ein planares Antennenarray (PAA), bestehend aus einem zweidimensionalen Cluster von Antennenelementen. Ein konformes Antennenarray (CAA) besteht aus einem konformen Array aus ein oder zweidimensionalen Antennenelementclustern, die auf einer Oberfläche angeordnet sind. Samaiyar diskutierte die Anwendung von Mikrowellen-Hochfrequenzantenarrays bei der Implementierung simultaner Sende- und Empfangsvorgänge bei 5,8GHz im ISM-Band. Tiefe Schluchten usw.