Mikropásková patch anténa, alebo plošná anténa je populárna anténa, ktorá sa používa v mnohých rôznych aplikáciách vrátane bezdrôtových komunikácií, satelitných systémov a rádiových frekvenčných identifikačných technológií (RFID). Táto anténa sa vyznačuje svojimi malými rozmermi, ľahkosťou a schopnosťou poskytnúť vysoký výkon v obmedzenom priestore.

Mikropáskové patch antény sú navrhnuté tak, že sa na povrch substrátu prilepí kovová ploška. Táto kovová ploška je často tvarovaná do obdĺžnika alebo kruhu a je napájaná cez kovový náter na druhej strane substrátu. Vďaka tomuto dizajnu je anténa veľmi malá a môže byť ľahko integrovaná do rôznych zariadení.

Jedným z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú výkon mikropáskovej patch antény, je veľkosť a tvar antény. Väčšie antény majú väčšiu zisk a väčšie frekvenčné pásma, ale sú ťažšie a menej praktické pre niektoré aplikácie. Tvar antény tiež ovplyvňuje jej výkon a polarizáciu. Kruhové antény majú kruhovú polarizáciu, zatiaľ čo obdĺžnikové antény majú lineárnu polarizáciu.

Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje výkon mikropáskovej patch antény, je substrát, na ktorý je anténa pripevnená. Substrát musí mať určité vlastnosti, aby bola anténa účinná, vrátane nízkej straty a nízkej permitivity. Väčšina substrátov je vyrobená z materiálov, ako sú sklené vlákna alebo polyméry.

Mikropáskové patch antény majú mnoho výhod oproti iným typom antén. Sú malé, ľahké a jednoduché na integrovanie do zariadení. Majú tiež vysoký zisk a môžu byť navrhnuté pre rôzne frekvenčné pásma. Ich jednoduchosť a všestrannosť robia z mikropáskových patch antén populárny nástroj v bezdrôtových komunikáciách a iných aplikáciách, ktoré vyžadujú malú a výkonnú anténu.

FR-4 a G-10 sú bežne používané materiály pre výrobu plošných spojov a sú obľúbené kvôli svojej vynikajúcej mechanické a izolačnej vlastnosti. CEM-1 a CEM-3 sú podobné FR-4, ale s nižšími Dielektrickými konštantami. BT je materiál používaný najmä na výrobu vysokorýchlostných dosiek a vyniká svojou nízkou stratovou kmitočtovou konštantou. Epoxidová, polyesterová a peková živica sa používajú na výrobu izolovaných dosiek a majú rôzne Dielektrické konštanty v závislosti na ich zložení.

Dielektrická konštanta

Dielektrická konštanta je dôležitý faktor pri návrhu mikropáskovej plošnej antény a to hneď z dvoch podstatných dôvodov.

1. Dielektrická konštanta ovplyvňuje vlnovú impedanciu mikropáskovej plošnej antény. Vlnová impedancia je pomer elektrického poľa ku magnetickému poľu na hranici medzi anténou a prostredím, v ktorom sa anténa nachádza. V prípade mikropáskovej plošnej antény sa táto hranica nachádza medzi anténou a dielektrickým substrátom. Vysoká Dielektrická konštanta substrátu vedie k nízkej vlnovej impedancii, zatiaľ čo nízka Dielektrická konštanta vedie k vysokým hodnotám vlnovej impedancie. Preto pri návrhu mikropáskovej plošnej antény je dôležité zvoliť substrát s vhodnou Dielektrickou konštantou, aby sa dosiahla požadovaná vlnová impedancia.
2. Dielektrická konštanta ovplyvňuje aj fyzikálne rozmery antény. Pre mikropáskové plošné antény je dôležitá hrúbka dielektrického substrátu. Táto hrúbka by mala byť rovná dĺžke vlny signálu, aby sa dosiahol optimálny výkon antény. Avšak vysoká Dielektrická konštanta substrátu umožňuje použitie tenšieho substrátu na dosiahnutie rovnakej dĺžky vlny. To umožňuje výrobcovi vytvoriť anténu s menšími fyzikálnymi rozmermi, čo zase umožňuje jej použitie v aplikáciách, kde je priestor obmedzený.

Preto je dôležité vybrať vhodný substrát s optimálnou Dielektrickou konštantou pre návrh mikropáskovej plošnej antény, aby sa dosiahlo optimálne vlastnosti antény a zlepšila sa jej výkonnosť.

FR-4 a G-10 sú bežne používané materiály pre výrobu plošných spojov a sú obľúbené kvôli svojej vynikajúcej mechanické a izolačnej vlastnosti. CEM-1 a CEM-3 sú podobné FR-4, ale s nižšími Dielektrickými konštantami. BT je materiál používaný najmä na výrobu vysokorýchlostných dosiek a vyniká svojou nízkou stratovou kmitočtovou konštantou. Epoxidová, polyesterová a peková živica sa používajú na výrobu izolovaných dosiek a majú rôzne Dielektrické konštanty v závislosti na ich zložení.

Vzorec výpočtu

Pre výpočet šírky (W) a výšky (L) mikropáskovej patch antény sa často používa vzorec:

W = (c / (2 * f * √(εr))) * (1 - 1 / (εr + 1)) L = (c / (2 * f * √(εr))) * (1 + 1 / (εr + 1))

kde c je rýchlosť svetla, f je frekvencia signálu, εr je dielektrická konštanta a √() znamená odmocnina.

Pre výpočet účinnej dielektrickej konštanty (εreff) sa používa vzorec:

εreff = (εr + 1) / 2 + ((εr - 1) / 2) * (1 + 12L/W)^(-0.5)

kde L a W sú výsledné hodnoty z predchádzajúceho vzorca.

Je dôležité poznamenať, že tieto vzorce sú len približné a používajú sa pre prvotné navrhovanie mikropáskových patch antén. Skutočné rozmery a výkonnosť antény môžu byť ovplyvnené mnohými ďalšími faktormi, ako sú napríklad výrobné tolerancie a iné vlastnosti antény.