Μικροταινιακές κεραίες

Abstract

Η ιδέα των μικροταινιακών κεραιών έχει εξελιχθεί σε χρήσιμη τεχνολογία και ενέχει στις μέρες μας ένα ευρύ φάσμα τόσο ερευνών όσο και εφαρμογών. Οι κύριες μορφές των μικροταινιακών κεραιών αναλύονται ως προς τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους, τις εφαρμογές τους και τις τεχνικές τροφοδοσίας τους. Κύριες γεωμετρίες αποτελούν η ορθογώνια, κυκλική και η σχήματος U. Οι εφαρμογές τους είναι ευρείες με εξέχουσα τις τηλεπικοινωνίες και τα δίκτυα. Εξίσου σημαντικός είναι και ο ρόλος τους στα δορυφορικά συστήματα, τις τεχνολογίες διαστήματος και τα GPS. Ο τρόπος λειτουργίας τους είναι η λογική πομπού δέκτη, η οποία επιτυγχάνεται μέσω ασύρματης ζεύξης. Η ζεύξη επιτυγχάνεται μέσω της χρήσης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Το ζητούμενο ολοένα και μικρότερο μέγεθος στις κεραίες, με ταυτόχρονη υψηλή απόδοση, ώστε να συνάδουν αισθητικά και λειτουργικά με τις συσκευές που τοποθετούνται έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη τεχνικών σμίκρυνσης των κεραιών. Οι εκάστοτε τεχνικές τροφοδοσίας επηρεάζουν αυτές τις παραμέτρους. Κύριες μέθοδοι τροφοδοσίας των μικροταινιακών κεραιών αποτελούν η άμεση τροφοδοσία (microstrip feed line), η πρόμπα (coaxial probe), η οπή (aperture coupling) και η εγγύτητα (proximity coupling). Ανάλογα με την τεχνική τροφοδοσίας και την γεωμετρία της μικροταινιακής κεραίας αλλά και των επιθυμητών χαρακτηριστικών της, όπως εύρος, συχνοτικότητα κ.α. προτιμάται διαφορετική μέθοδος. Επικρατέστερες μέθοδοι είναι η χρήση γειώσεων και βραχυκυκλωμάτων, κυκλικής πόλωσης, κενού ηλεκτρομαγνητικής ζώνης και τροφοδοσίας σχήματος Τ. Εφόσον με τα παραπάνω βήματα καθοριστεί η λειτουργία της εκάστοτε μικροταινιακής κεραίας η μελέτη, κατανόηση και αξιολόγηση αυτής προσδιορίζεται μέσα από μια σειρά μεγεθών και διαγραμμάτων. Οι βασικές παράμετροι χαρακτηρισμού των κεραιών είναι το διάγραμμα ακτινοβολίας, η κατευθυντικότητα, η συχνότητα συντονισμού, οι παράμετροι S, ο συντελεστής ανάκλασης, ο ρυθμός ειδικής απορρόφησης (SAR) και η ενεργός ακτινοβολούμενη ισχύς (Effective Radiated Power). Οι τυπωμένες μονοπολικές κεραίες (συρμάτινο δίπολο) αποτελούν τις πιο διαδεδομένες τεχνολογίες καθώς είναι εύκολα κατασκευάσιμες, έχουν συμπαγές μέγεθος, υψηλή απόδοση, μεγάλο εύρος ζώνης και πανκατευθυντικό διάγραμμα ακτινοβολίας. Οι γεωμετρίες fractal που επιλέγονται επηρεάζουν τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Κυριότερες γεωμετρίες fractal βρίσκονται στα μονόπολα Sierpinski, Minkowski και Koch. Αν και όπως είναι λογικό δεν είναι εύκολο, αν όχι αδύνατο να κατασκευαστούν οι γεωμετρίες αυτές στο σύνολο των σταδίων ανάπτυξης των fractal, καθώς είναι άπειρα, ένα ή δύο στάδια ανάπτυξης των fractal αυτών επαρκούν για την διαφοροποίηση των κεραιών και την επίτευξη των εκάστοτε χαρακτηριστικών που απαιτούνται. Στο τελευταίο τμήμα, μελετήθηκε η συμπεριφορά τυπωμένης κεραίας μεσαίου μεγέθους χρησιμοποιώντας το λογισμικό CST. The idea of microstrip antennas has evolved to useful technology and is involved in our days to a wide range of both research and applications. The main forms of microstrip antennas are analyzed by their geometric features, adjustment and the feed line techniques. Main geometries are rectangles, circular and shaped U. Their uses are wide with prominent telecommunications and networks. Equally important is their role in satellite systems, space technologies and GPS. Their mode of operation is the logic of the transmitter accepted, which is achieved through wireless pairing. Pairing is achieved through the use of electromagnetic radiation. The increasingly small size of antennas required at the same time high performance, to conform aesthetically and functionally to the devices being placed has led to the development of minimization techniques of antennas. The current catering techniques affect these parameters. Main methods of power supply of microstrip antennas are microstrip feed line, coaxial probe, aperture coupling and proximity coupling. Depending on the feed line technique and the geometry of the microstrip antenna but also of its desired features, such as range, frequency etc. a different method is preferred. The most common methods are the use of earthing and short circuits, cyclic polarization, vacuum electromagnetic band and T-shapes feed line. Provided that the above steps determine the operation of each microstrip antenna its study, understanding and evaluation are determined through a range of sizes and charts (diagrams). The main characterization parameters of the antennas are the radiation chart, directivity, tuning frequency, parameters S, reflection coefficient, Specific Absorption Rate (SAR) and Effective Radiated Power. Printed monopole antennas (wire dipole) are the most common technologies as they are easily manufactured, have compact size, high output (definition), large bandwidth and omnidirectional radiation chart. The selected fractal geometries affect the above characteristics. The main fractal geometries are located to monopolies Sierpinski, Minkowski and Koch. Although as is logical it is not easy, if not impossible to construct these geometries in all stages of fractal development, as it is infinite, one or two development stages of fractal are enough for the differentiation of antennas and achieving the required characteristics. In the last section, I studied the behavior of a medium-sized printed antenna using the software CTS.