마이크로스트립 안테나 급전 방식: 종류 및 선택

마이크로스트립 안테나 피드란 무엇인가요?

급전선은 RF 소스 또는 수신기를 방사 패치에 연결하면서 시스템 임피던스를 안테나 입력 임피던스로 변환합니다. 실제 설계에서는 급전선이 별도의 부품이 아니라 안테나의 일부로 통합됩니다. 급전선의 형상은 전류 분포, 공진 주파수, 반사 손실, 유효 대역폭 및 원치 않는 방사에 영향을 미칩니다.

마이크로스트립 안테나 급전 방식은 크게 직접 접촉 방식과 전자기 결합 방식으로 나뉩니다. 마이크로스트립 라인 및 동축 프로브 급전 방식은 패치와 직접 전기적으로 접촉합니다. 개구 결합 방식과 근접 결합 방식은 전자기 결합을 통해 에너지를 전달하며, 일반적으로 두 개 이상의 기판층을 사용합니다.

마이크로스트립 안테나 급전의 네 가지 주요 방법

1. 마이크로스트립 라인 피드

마이크로스트립 라인 피드 방식에서는 인쇄된 전송선이 패치에 직접 연결됩니다. 라인과 패치는 하나의 PCB 공정에서 동일한 기판에 제작할 수 있으므로 이 방식은 간단하고 슬림하며 저비용 생산 및 다수의 인쇄 어레이에 적합합니다.

임피던스 정합은 급전선 폭 변경, 인서트 사용, 1/4 파장 변환기 추가 또는 급전선과 패치 사이의 접합부 최적화를 통해 조정할 수 있습니다. 주요 제한 사항은 급전선 자체에서도 방사가 발생한다는 점입니다. 이러한 불필요한 방사는 특히 기판이 비교적 두껍거나 급전 네트워크가 길 경우 교차 편파 및 방사 패턴에 영향을 미칠 수 있습니다.

2. 동축 프로브 피드

동축 프로브 피드는 접지면과 기판을 통과합니다. 동축 외부 도체는 접지면에 연결되고, 내부 도체는 패치에 연결됩니다. 프로브 위치를 이동함으로써 방사면에 급전선을 인쇄하지 않고도 원하는 입력 저항을 편리하게 선택할 수 있습니다.

이 방법은 급전점 배치에 유연성을 제공하고 일반적으로 급전선 방사가 적지만, 드릴링 작업과 안정적인 전기 연결이 필요합니다. 긴 프로브는 인덕턴스를 발생시키므로 전기적으로 두꺼운 기판을 사용하거나 고주파수에서 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 커넥터 형상, 납땜량 및 제조 공차를 최종 모델에 포함해야 합니다.

3. 개구 결합 급전

개구 결합 급전 방식은 전송선을 접지면 아래에, 패치를 접지면 위에 배치합니다. 에너지는 접지면의 슬롯을 통해 전달됩니다. 접지면이 급전망과 방사 패치를 분리하기 때문에, 이러한 구조는 급전망과 방사체 사이의 우수한 절연을 제공하고 원치 않는 급전망 방사를 줄일 수 있습니다.

슬롯 크기, 슬롯 위치, 급전선 스터브, 기판 두께 및 유전 상수 모두 결합 및 정합에 영향을 미칩니다. 개구 결합은 많은 직접 급전 방식보다 더 넓은 대역폭을 지원할 수 있지만, 다층 구조와 급전선, 슬롯 및 패치 사이의 정확한 정렬이 필요합니다.

4. 근접 결합 피드

근접 결합 급전(전자기 결합 급전이라고도 함)에서는 마이크로스트립 라인이 패치 아래에 배치되고 유전체 층으로 패치와 분리됩니다. 라인은 패치의 일부를 덮고 있으며, 에너지는 전자기장을 통해 전달됩니다. 직접적인 전기적 연결이나 접지면에 슬롯이 없습니다.

중첩 길이, 라인 위치, 기판 특성 및 층 두께가 커플링을 제어합니다. 이 방법은 넓은 임피던스 대역폭과 낮은 스퓨리어스 방사를 제공할 수 있지만, 2층 구조는 더 두껍고 정렬 및 접합 허용 오차에 더 민감합니다.

마이크로스트립 안테나 급전 방식 비교

사료 공급 방식	일반적인 대역폭 잠재력	제작	공급 방사선/절연	가장 적합한 대상
마이크로스트립 라인	좁은 범위 ~ 중간 범위	간단한 단층 PCB	더 많은 급전선 방사	눈에 잘 띄지 않고 비용이 저렴한 인쇄 디자인 및 배열
동축 프로브	좁은 범위 ~ 중간 범위	드릴링 및 수직 연결	낮은 급전선 방사	유연한 단일 소자 급전점 튜닝
조리개 결합형	중간에서 넓은	슬롯 정렬을 갖춘 다층 구조	사료 분리가 잘 됩니다	격리 및 넓은 대역폭이 필요한 설계
근접 결합	넓은	겹침 정렬을 사용하는 다층 구조	낮은 허위 방사선	두께 증가가 허용되는 광대역 설계

이는 상대적인 설계 경향일 뿐, 고정된 성능 보장은 아닙니다. 패치 모양, 기판 손실, 유전 상수, 두께, 주파수, 급전망 길이 및 제조 공차에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.

올바른 사료 급여 방법을 선택하는 방법

• 필요한 대역폭:협대역 시스템에서는 직접 급전 방식이 충분한 경우가 많습니다. 더 넓은 임피던스 대역폭이 주요 요구 사항일 경우에는 개구 결합 또는 근접 결합 방식이 선호될 수 있습니다.
• 프로필 및 레이어 개수:마이크로스트립 라인 피드는 구조를 얇게 유지하고 제조를 용이하게 합니다. 커플링 피드는 추가적인 레이어와 정렬이 필요합니다.
• 방사선 순도:급전망 방사 또는 전후방 절연이 중요한 경우, 개구 결합 구조를 사용하여 급전부와 패치를 분리할 수 있습니다.
• 배열 통합:인쇄형 마이크로스트립 네트워크는 어레이에 편리하지만, 네트워크 길이가 길어질수록 선로 손실과 기생 방사가 증가합니다. 따라서 코어 피드 레이아웃과 진폭/위상 허용 오차를 함께 평가해야 합니다.
• 빈도 및 허용 오차:밀리미터파 주파수에서는 커넥터 전환, 에칭 공차, 기판 두께 및 정렬 오류가 전기적으로 중요한 의미를 갖게 됩니다.
• 전력 및 열 제한:의도된 전력 수준에 대해 도체 손실, 유전체 발열, 커넥터 전류 밀도 및 국부 전계 집중을 확인해야 합니다.
• 비용 및 반복성:시뮬레이션에서 가장 우수한 대역폭을 보이는 설계가 까다로운 접합이나 정밀한 다층 구조 정렬이 필요한 경우 최적의 생산 선택이 아닐 수 있습니다.

동축 프로브 급전점 선택 방법

올바른 프로브 위치는 목표 입력 임피던스를 나타내는 동시에 허용 가능한 교차 분극으로 의도된 모드를 여기시키는 위치입니다. 패치 중심, 최대 전기장 지점 또는 최대 전류 지점에서 자동으로 선택되어서는 안 됩니다.

기본 모드로 동작하는 일반적인 직사각형 패치의 경우, 입력 저항은 일반적으로 방사 가장자리 근처에서 높고 공진 방향을 따라 급전부가 중심으로 이동함에 따라 감소합니다. 보통 가장자리와 중심 사이에 50옴 지점이 존재합니다. 정확한 위치는 패치 크기, 기판 특성, 프로브 직경, 접지면, 커넥터 및 주변 구조물에 따라 달라집니다.

1. 필요한 공진 주파수와 편광에 맞는 패치의 크기부터 시작하십시오.
2. 원하는 모드를 여기시키고 교차 편광장을 제한하기 위해 프로브를 적절한 대칭선에 배치하십시오.
3. 전파 전자기 모델에서 방사 가장자리로부터의 오프셋을 목표 임피던스 및 반사 손실에 도달할 때까지 조정합니다.
4. 최종 조립품에 포함되는 경우 동축 변환기, 프로브 인덕턴스, 솔더 패드, 유한 접지면, 인클로저 및 레이돔을 포함하십시오.
5. 기판 두께, 유전 상수, 에칭 및 이송 위치 오차에 대한 허용 오차 모델을 구축하십시오.
6. 제작된 안테나는 보정된 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 검증하고, 측정값과 시뮬레이션 기준면을 비교한 후에만 조정하십시오.

설계 및 측정 검토

사료 최적화는 하나 이상의 S-매개변수 값을 기준으로 검증해야 합니다. 종합적인 검토에는 일반적으로 다음 사항이 포함됩니다.

• 공진 주파수, S11, 반사 손실, VSWR 및 임피던스 대역폭.
• 동작 대역 전체에 걸친 실제 및 허수 입력 임피던스.
• 총 효율, 실현 이득 및 도체/유전체 손실.
• 주 평면에서의 동일 편광 및 교차 편광 방사 패턴.
• 급전부 또는 커넥터로 인해 발생하는 전후방비, 측엽 및 패턴 왜곡.
• 의도치 않은 표면파 또는 고차 모드의 현재 분포 및 증거.
• 예상 온도, 레이돔, 하우징, 케이블 배선 및 설치 조건 하에서의 성능.

응용 프로그램

마이크로스트립 안테나 및 어레이는 무선 통신 단말기, 위성 및 항법 장비, 레이더 센서, 원격 측정 장치, 항공우주 플랫폼, 테스트 시스템 및 소형 임베디드 RF 제품에 사용됩니다. 급전 구조는 실제 시스템 요구 사항에 따라 선택해야 합니다. 간단한 인쇄형 급전 방식은 소형 협대역 장치에 적합할 수 있으며, 더 넓은 대역폭이나 더 강력한 절연이 필요한 경우에는 결합형 급전 방식이 적합할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

마이크로스트립 안테나 급전 방식 중 가장 간단한 방식은 무엇입니까?

마이크로스트립 급전 방식은 라인과 패치를 동일한 기판에 인쇄할 수 있기 때문에 일반적으로 가장 간단합니다. 평면 급전 네트워크와의 통합도 용이하지만, 급전선 방사를 제어해야 합니다.

어떤 급전 방식이 가장 넓은 대역폭을 제공합니까?

근접 결합 및 개구 결합 급전 방식은 일반적으로 기본 직접 급전 방식보다 더 큰 대역폭 잠재력을 제공합니다. 하지만 실제 대역폭은 안테나의 전체 구조와 기판 스택에 따라 달라집니다.

방사 패치로부터 가장 우수한 차폐 효과를 제공하는 피드는 무엇입니까?

개구 결합은 접지면이 급전선과 패치를 분리하기 때문에 강력한 구조적 절연을 제공합니다. 슬롯 누설 및 후방 방사는 아직 평가가 필요합니다.

급전점이 공진 주파수를 변화시키나요?

주된 목적은 임피던스 정합이지만, 프로브나 라인은 전자기장에도 영향을 미칩니다. 크기가 큰 프로브, 긴 프로브, 강한 커플링 또는 민감한 전자기장 영역에 가까운 급전부는 공진 주파수뿐만 아니라 입력 임피던스도 변화시킬 수 있습니다.

급전과 임피던스 정합의 차이점은 무엇인가요?

급전은 RF 에너지가 패치 안테나에 전달되는 방식을 설명합니다. 임피던스 정합은 안테나 입력단을 전송선로(일반적으로 50옴)와 호환되도록 만드는 과정입니다. 급전부 위치와 기하학적 구조는 중요한 정합 변수이지만, 추가적인 변압기, 삽입부, 스터브 또는 정합 네트워크를 사용할 수도 있습니다.

결론

마이크로스트립 안테나 급전 방식 선택은 시스템 수준에서의 결정입니다. 마이크로스트립 라인 및 동축 프로브 급전 방식은 단순성과 직접적인 튜닝이 용이한 반면, 개구 결합 및 근접 결합 방식은 추가적인 층과 엄격한 제작 제어가 필요하지만 더 강력한 절연 또는 더 넓은 대역폭을 제공합니다. 최종 성능은 전파 시뮬레이션, 허용 오차 분석 및 교정된 측정을 통해 반드시 확인해야 합니다.

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