‫‪ .6‬אנטנות מיקרוסטריפ‬ ‫הקדמה‬ ‫תכונות עיקריות‬ ‫מקרן בודד‬ ‫מערכים‬ ‫הגדלת רוחב סרט ‪ /‬ריבוי תדרים‬ ‫‪1‬‬ ‫הקדמה‬ ‫אנטנות מיקרוסטריפ הן סוג חדש וייחודי ושל אנטנות‬ ‫שהומצא בשנות ה‪ .70-‬אנטנות אלה זכו להתעניינות‬ ‫רבה בעשורים האחרונים ופותחו מאות גרסאות‪.‬‬ ‫האנטנות מיוצרות בטכנולוגיה של מעגלים מודפסים‬ ‫על גבי מצעים פלסטיים דקים‪ .‬הן מתאימות במיוחד‬ ‫לשילוב אינטגרלי עם מכלולי ‪ RF‬וזולות מאד בייצור‪.‬‬ ‫אפשר לעצב את האנטנות על פני משטחים קונפורמיים‬ ‫יתרונן העיקרי הוא חסכון משמעותי בנפח‪ .‬החסרונות‬ ‫העיקריים הם רוחב סרט מוגבל והפסדים לא קטנים‬ ‫ברשת ההזנה‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫אנטנות‬ ‫מיקרוסטריפ‬ ‫העובי הטיפוסי‪:‬‬ ‫מילימטרים‬ ‫‪3‬‬ ‫תכונות עיקריות‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫‪4‬‬ ‫עובי קטן << חסכון בנפח ובמשקל‬ ‫שילוב טבעי במעגלים מוכללים‪ ,‬מתאים לניצול‬ ‫במערכים סוקרים‪ ,‬מערכים מרובי אלומות וכו'‬ ‫שיטת ייצור פשוטה וזולה )‪(PCB‬‬ ‫אפשרות לעיצוב פני האנטנה על משטחים נתונים‬ ‫גמישות רבה בתכנון << מענה לדרישות מגוונות‬ ‫הפסדים בקווי הזנה מגבילים לשבח ‪6-30 dB‬‬ ‫הספק שידור מוגבל עד ‪ 5-20 Watt‬ממוצע‬ ‫רוחב סרט מוגבל )במקרים מיוחדים עד ‪(20%‬‬ ‫קרינה לא רצויה מקווי הזנה << אונות צד‬ ‫מקרן בודד‬ ‫המקרן הבודד בנוי ממשטח מתכתי בצורה כלשהי‬ ‫המודפס על גבי המצע הדיאלקטרי )בדרך כלל טפלון‬ ‫עם סיבי זכוכית( כאשר הצד השני של המצע מצופה‬ ‫מתכת מלאה )משטח אדמה(‪.‬‬ ‫המקרן הבודד יכול לקבל צורות גיאומטריות שונות‬ ‫אבל ברוב המקרים משתמשים במלבן או בעיגול‬ ‫הגודל האופייני של המקרן הוא ‪ .λ/2‬גודל זה בצירוף‬ ‫העובדה שהמקרן דק מאד )יש לו קיבול גדול מול‬ ‫משטח האדמה( יוצרים מהוד ולכן התכונה הבסיסית‬ ‫של המקרן היא רוחב סרט קטן‪.‬‬ ‫‪5‬‬ ‫מקרן בודד‬ ‫מקדם דיאלקטרי‬ ‫‪εr = 1.1 – 10‬‬ ‫מקדם הפסדים‬ ‫‪Tan δ = 0.01 – 0.001‬‬ ‫‪6‬‬ ‫מקרן בודד‬ ‫שיטות הזנה מגוונות‪:‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫קו מיקרוסטריפ‬ ‫קו סטריפליין‬ ‫קונקטור קואכסיאלי‬ ‫צימוד קיבולי‬ ‫צימוד דרך חריץ‬ ‫מקור השם "מיקרוסטריפ"‬ ‫הוא קו מודפס ממוזער‬ ‫‪7‬‬ ‫מקרן בודד‬ ‫שיטות הזנה‬ ‫‪8‬‬ ‫מקרן בודד‬ ‫שיטות הזנה‬ ‫‪9‬‬ ‫מקרן מלבני‬ ‫‪10‬‬ ‫רוחב‬ ‫‪W=0.3-0.8 λ‬‬ ‫עובי‬ ‫‪h=0.02-0.1 λ‬‬ ‫אורך ‪L=0.42-0.47 λ‬‬ ‫מקרן מלבני‬ ‫אימפדנס כניסה‪:‬‬ ‫‪150 – 250 Ω‬‬ ‫תלוי ב‪W,h,ε -‬‬ ‫רוחב אלומה‪70º-90º :‬‬ ‫שבח‪7 – 8 dB :‬‬ ‫‪11‬‬ ‫קיטוב לינארי‬ ‫מקרן מלבני‬ ‫אימפדנס הכניסה‬ ‫משתנה גם בתלות‬ ‫במיקום ההזנה‬ ‫מודל בסיסי של קו‬ ‫תמסורת באורך‬ ‫חצי אורך גל‬ ‫‪12‬‬ ‫מקרן מלבני‬ ‫תנאי למניעת גלי שטח‪:‬‬ ‫רוחב סרט של המקרן )‪:(VSWR=2‬‬ ‫‪h < 0.05 λ / √εr‬‬ ‫‪BW (%) ≈ h √εr / λ‬‬ ‫המלצה לתכנון ‪) W‬לאימפדנס ‪W ≈ λ√2/(1+εr) / 2 :(170Ω‬‬ ‫‪13‬‬ ‫מקרן בודד‬ ‫קיטוב מעגלי‬ ‫‪14‬‬ GPS 15 ‫קיטוב מעגלי‬ ‫‪ 4‬מקרנים‬ ‫בפאזות‬ ‫‪0,90,180,270‬‬ ‫‪16‬‬ ‫קיטוב מעגלי‬ ‫ע"י הזנה עוקבת‬ ‫‪BW(VSWR=2) = 9%‬‬ ‫‪BW(AR=3dB) = 3%‬‬ ‫‪17‬‬ ‫מערכי מיקרוסטריפ‬ ‫ניתן לצרף אלמנטים קורנים כדי להשיג מערך כיווני‪.‬‬ ‫אפשרויות הצירוף הן רבות ומגוונות‪ .‬ניתן להשיג‬ ‫קיטובים שונים וכן הסטת אלומה לכוונים שונים‪.‬‬ ‫שיטות הצירוף יכולות להיות על ידי הזנה דרך קווי‬ ‫תמסורת במקביל או בטור‪.‬‬ ‫במקביל‬ ‫‪18‬‬ ‫בטור‬ ‫מערכי מיקרוסטריפ‬ ‫הבעיות העיקריות במערכי מיקרוסטריפ הן‪:‬‬ ‫ברשת הזנה מודפסת יש הפסדים רבים ולכן שבח‬ ‫האנטנה מוגבל )בניגוד למשל לצלחות(‪.‬‬ ‫רשת ההזנה קורנת במידה מסוימת ולכן אונות הצד‬ ‫אינן נמוכות )בניגוד למשל למערכי חריצים(‪.‬‬ ‫ברשת ההזנה צריך לפצל את האימפדנסים מספר רב‬ ‫של פעמים ולכן צריך להשתמש במתאמי אימפדנסים‬ ‫שהם צרי סרט )הגבלה נוספת על רוחב הסרט(‬ ‫‪19‬‬ ‫מערך ‪ 4‬אלמנטים‬ ‫מרחק בין‬ ‫אלמנטים‬ ‫‪0.6 – 0.9 λ‬‬ ‫תיאום‬ ‫אימפדנסים ע"י‬ ‫שנאי ‪λ/4‬‬ ‫‪20‬‬ ‫מערך ‪ 4‬אלמנטים‬ ‫רוחב אלומה‪:‬‬ ‫‪θE = 80º‬‬ ‫‪θH = 20º‬‬ ‫שבח‪:‬‬ ‫‪8 + 6 - 1 = 13 dB‬‬ ‫‪21‬‬ ‫מערך ‪ 4‬אלמנטים‬ ‫השבח תלוי במרווח בין אלמנטים שכנים‪:‬‬ ‫)‪Gain (dB‬‬ ‫‪12.4‬‬ ‫‪13.0‬‬ ‫‪13.2‬‬ ‫‪12.6‬‬ ‫‪12.0‬‬ ‫‪22‬‬ ‫)‪Directivity (dB‬‬ ‫‪12.7‬‬ ‫‪13.4‬‬ ‫‪14.1‬‬ ‫‪14.0‬‬ ‫‪13.6‬‬ ‫‪Spacing (d/λ‬‬ ‫)‪λ‬‬ ‫‪0.6‬‬ ‫‪0.7‬‬ ‫‪0.8‬‬ ‫‪0.9‬‬ ‫‪1.0‬‬ ‫מערך‬ ‫מיקרוסטריפ‬ ‫הגדלה מודולרית של‬ ‫המערך במכפלות של ‪2‬‬ ‫‪23‬‬ ‫מערך מיקרוסטריפ‬ ‫‪24‬‬ ‫מערך מיקרוסטריפ‬ ‫‪25‬‬ ‫מערך כפול של ‪ 16‬אלמנטים‬ ‫‪26‬‬ ‫שבח במערכי מיקרוסטריפ‬ ‫הגדלת מספר האלמנטים מגדילה כיווניות ביחס ישר‬ ‫אבל עקב הפסדי הפיצול השבח לא עולה בהתאם‪:‬‬ ‫‪Gain‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪27‬‬ ‫‪13.5‬‬ ‫‪19.5‬‬ ‫‪24.5‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪35‬‬ ‫‪Directivity‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪dB‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪21‬‬ ‫‪27‬‬ ‫‪33‬‬ ‫‪39‬‬ ‫‪No. elements‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪64‬‬ ‫‪256‬‬ ‫‪1024‬‬ ‫מערכים‬ ‫דו‪-‬קיטוביים‬ ‫שתי הזנות נפרדות‬ ‫‪28‬‬ ‫מערכים‬ ‫דו‪-‬קיטוביים‬ ‫שתי הזנות נפרדות‬ ‫‪29‬‬ ‫קיטוב מעגלי‬ ‫הפרש דרכים של‬ ‫‪ 90‬מעלות‬ ‫‪30‬‬ ‫מערך מיקרוסטריפ‬ ‫דילול אלמנטים‬ ‫)‪ 9‬מתוך ‪(16‬‬ ‫‪31‬‬ ‫מערך מיקרוסטריפ‬ ‫דילול אלמנטים‬ ‫)‪ 12‬מתוך ‪(16‬‬ ‫‪32‬‬ ‫מערך‬ ‫מיקרוסטריפ‬ ‫דילול אלמנטים‬ ‫)‪ 36‬מתוך ‪(64‬‬ ‫‪33‬‬ ‫מערך‬ ‫מיקרוסטריפ‬ ‫מילוי מפתח עגול‬ ‫‪ 19 x 4‬אלמנטים‬ ‫‪34‬‬ ‫מערך‬ ‫מיקרוסטריפ‬ ‫תכנון המישקול‬ ‫‪35‬‬ ‫מערך מיקרוסטריפ אליפטי‬ ‫‪36‬‬ ‫מערך‬ ‫קונפורמי‬ ‫‪37‬‬ ‫מערך‬ ‫קונפורמי‬ ‫‪38‬‬ ‫מערך‬ ‫קונפורמי‬ ‫‪39‬‬ ‫מערך משולב‬ ‫הזנה משולבת‬ ‫)מקבילים וטורית(‬ ‫שתי נקודות הזנה‬ ‫בשני תדרים )שתי‬ ‫אלומות מוסטות(‬ ‫‪40‬‬ ‫מערך עם קיטוב כפול‬ ‫‪41‬‬ ‫מערך ‪Wire Grid‬‬ ‫שליטה מצוינת‬ ‫על עקומת‬ ‫הקרינה‬ ‫‪42‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫תוספות‬ ‫קיבוליות‬ ‫שיטות‬ ‫להגדלת‬ ‫רוחב סרט‬ ‫‪(25%‬‬ ‫)עד ‪25%‬‬ ‫דיפול‬ ‫דו צדדי‬ ‫אלמנט‬ ‫כפול‬ ‫‪43‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫אלמנט כפול‬ ‫‪44‬‬ ‫‪5%-10%‬‬ ‫רוחב סרט ‪10%‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫מצע ‪SUSPENDED‬‬ ‫‪45‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫הזנה על ידי‬ ‫‪Twin Line‬‬ ‫‪46‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫אורך הדיפול ‪λ/2‬‬ ‫רוחב הדיפול ‪W‬‬ ‫גובה מעל אדמה ‪H‬‬ ‫‪47‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫אימפדנס הקרינה‬ ‫‪48‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫‪BALUN‬‬ ‫בין‬ ‫מיקרוסטריפ‬ ‫לקו כפול‬ ‫‪49‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫מערך מישורי‬ ‫‪50‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫מערך מישורי‬ ‫‪51‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫דיפול דו צדדי‬ ‫מערך מישורי‬ ‫‪52‬‬ ‫דיפול‬ ‫דו‬ ‫צדדי‬ ‫‪53‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בקירות‬ ‫אנכיים‬ ‫‪AP--1586-1590‬‬ ‫‪54‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בקירות אנכיים‬ ‫‪55‬‬ ‫הגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בקירות אנכיים‬ ‫‪56‬‬ ‫הגדלת רוחב‬ ‫סרט‬ ‫שימוש בחריץ היקפי‬ ‫ובקצרים לאדמה‬ ‫‪AP--54, 1335-1339‬‬ ‫‪57‬‬ ‫הקטנת ממדים והגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בחריץ פנימי‬ ‫‪58‬‬ ‫הקטנת ממדים והגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בחריץ פנימי‬ ‫‪59‬‬ ‫הקטנת ממדים והגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בחריץ פנימי‬ ‫‪60‬‬ ‫הקטנת ממדים והגדלת רוחב סרט‬ ‫שימוש בחריץ פנימי‬ ‫‪61‬‬ ‫הקטנת ממדים‬ ‫קו זרם מתפתל‬ ‫‪AP--54, 1594-1599‬‬ ‫‪62‬‬ ‫אורך האלמנט ‪λ/10‬‬ ‫הקטנת ממדים‬ ‫אלמנט מודפס‬ ‫עם ‪ 4‬חריצים‬ ‫‪AP--53, 60-65‬‬ ‫‪63‬‬ ‫הקטנת ממדים‬ ‫אלמנט בצורת ‪E‬‬ ‫‪AP--54, 1871-1874‬‬ ‫‪64‬‬ ‫הקטנת ממדים‬ ‫שימוש במצע קרמי‬ ‫‪65‬‬ ‫הקטנת ממדים‬ ‫שימוש במצע קרמי‬ ‫‪66‬‬