วิธีการป้อนสัญญาณสำหรับเสาอากาศไมโครสตริป: ประเภทและการเลือกใช้

ไมโครสตริป แอนเทนนา ฟีด คืออะไร?

ตัวป้อนสัญญาณ (feed) ทำหน้าที่เชื่อมต่อแหล่งกำเนิดหรือตัวรับสัญญาณ RF เข้ากับแผ่นแผ่รังสี พร้อมทั้งแปลงอิมพีแดนซ์ของระบบให้เป็นอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ ในการออกแบบเชิงปฏิบัติ ตัวป้อนสัญญาณมักเป็นส่วนหนึ่งของเสาอากาศมากกว่าที่จะเป็นส่วนประกอบแยกต่างหาก รูปทรงของตัวป้อนสัญญาณจะส่งผลต่อการกระจายกระแส ความถี่เรโซแนนซ์ การสูญเสียการสะท้อนกลับ แบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้ และการแผ่รังสีที่ไม่ต้องการ

การป้อนสัญญาณเสาอากาศไมโครสตริปโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นวิธีการสัมผัสโดยตรงและวิธีการเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้า การป้อนสัญญาณด้วยสายไมโครสตริปและโพรบโคแอกเซียลจะสัมผัสทางไฟฟ้าโดยตรงกับแผ่นตัวนำ ส่วนการป้อนสัญญาณแบบเชื่อมต่อผ่านช่องเปิดและแบบเชื่อมต่อใกล้เคียงจะถ่ายโอนพลังงานผ่านการเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้า และโดยปกติจะใช้ชั้นวัสดุรองรับมากกว่าหนึ่งชั้น

วิธีการป้อนสัญญาณหลักสี่วิธีสำหรับเสาอากาศไมโครสตริป

1. การป้อนสายไมโครสตริป

ในระบบไมโครสตริปแบบป้อนสัญญาณด้วยสายส่งสัญญาณนั้น สายส่งสัญญาณที่พิมพ์ลงบนแผ่นวงจรจะเชื่อมต่อโดยตรงกับแผ่นตัวนำ สายส่งสัญญาณและแผ่นตัวนำสามารถผลิตบนพื้นผิวเดียวกันได้ในกระบวนการผลิต PCB เดียว ทำให้วิธีการนี้เรียบง่าย มีขนาดเล็ก และเหมาะสำหรับการผลิตต้นทุนต่ำและการพิมพ์อาร์เรย์จำนวนมาก

การปรับอิมพีแดนซ์สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนความกว้างของสายป้อน การใช้ตัวแทรก การเพิ่มหม้อแปลงควอเตอร์เวฟ หรือการปรับจุดเชื่อมต่อระหว่างสายและแผ่นตัวนำให้เหมาะสม ข้อจำกัดหลักคือสายป้อนยังแผ่รังสีออกมาด้วย รังสีที่ไม่พึงประสงค์นี้อาจส่งผลต่อการโพลาไรซ์แบบไขว้และรูปแบบการแผ่รังสี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวัสดุรองรับค่อนข้างหนาหรือเครือข่ายป้อนยาว

2. การป้อนโพรบแบบโคแอกเซียล

สายนำไฟฟ้าแบบโคแอกเซียลจะลอดผ่านระนาบกราวด์และวัสดุรองรับ ตัวนำภายนอกแบบโคแอกเซียลเชื่อมต่อกับระนาบกราวด์ ในขณะที่ตัวนำภายในเชื่อมต่อกับแผ่นตัวนำ การเลื่อนตำแหน่งของสายนำไฟฟ้าช่วยให้สามารถเลือกค่าความต้านทานอินพุตที่ต้องการได้อย่างสะดวก โดยไม่ต้องพิมพ์สายนำไฟฟ้าลงบนพื้นผิวที่แผ่รังสี

วิธีการนี้ให้ความยืดหยุ่นในการวางตำแหน่งจุดป้อนสัญญาณและโดยทั่วไปมีการแผ่รังสีจากสายป้อนสัญญาณต่ำ แต่ต้องมีการเจาะรูและการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ โพรบที่ยาวจะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ ดังนั้นประสิทธิภาพอาจลดลงเมื่อใช้กับวัสดุที่มีความหนาทางไฟฟ้าสูงหรือที่ความถี่สูง ดังนั้นรูปทรงของตัวเชื่อมต่อ ปริมาณตะกั่วบัดกรี และความคลาดเคลื่อนในการผลิตจึงควรนำมาพิจารณาในแบบจำลองขั้นสุดท้ายด้วย

3. ระบบป้อนสัญญาณแบบเชื่อมต่อรูรับแสง

การป้อนสัญญาณแบบช่องเปิด (Aperture-coupled feed) จะวางสายส่งสัญญาณไว้ใต้ระนาบกราวด์และแผ่นตัวนำไว้เหนือระนาบกราวด์ พลังงานจะผ่านช่องในระนาบกราวด์ เนื่องจากระนาบกราวด์แยกเครือข่ายป้อนสัญญาณออกจากแผ่นตัวนำ การจัดเรียงแบบนี้จึงให้การแยกสัญญาณที่ดีระหว่างตัวป้อนสัญญาณและตัวส่งสัญญาณ และสามารถลดการแผ่รังสีที่ไม่ต้องการจากตัวป้อนสัญญาณได้

ขนาดของช่อง, ตำแหน่งของช่อง, ส่วนต่อของสายป้อนสัญญาณ, ความหนาของวัสดุรองรับ และค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ล้วนส่งผลต่อการเชื่อมต่อและการจับคู่ การเชื่อมต่อแบบช่องเปิดสามารถรองรับแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่าการป้อนสัญญาณโดยตรงหลายแบบ แต่ต้องใช้โครงสร้างหลายชั้นและการจัดตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างสาย ช่อง และแผ่นโลหะ

4. ระบบป้อนสัญญาณแบบเชื่อมต่อระยะใกล้

ในระบบป้อนสัญญาณแบบเชื่อมต่อใกล้เคียง หรือที่เรียกว่าระบบป้อนสัญญาณแบบเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้า สายไมโครสตริปจะถูกวางไว้ใต้แผ่นตัวนำและแยกออกจากกันด้วยชั้นฉนวน สายจะทับซ้อนกับส่วนหนึ่งของแผ่นตัวนำ และพลังงานจะถูกส่งผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยตรงและไม่มีร่องในระนาบกราวด์

ความยาวส่วนที่ซ้อนทับกัน ตำแหน่งของเส้น คุณสมบัติของพื้นผิว และความหนาของชั้น ล้วนควบคุมการเชื่อมต่อ วิธีนี้สามารถให้แบนด์วิดท์อิมพีแดนซ์ที่กว้างและการแผ่รังสีที่ไม่พึงประสงค์ต่ำ แต่โครงสร้างสองชั้นจะหนากว่าและไวต่อความคลาดเคลื่อนในการจัดแนวและการเชื่อมต่อมากกว่า

การเปรียบเทียบวิธีการป้อนสัญญาณของเสาอากาศไมโครสตริป

วิธีการให้อาหาร	ศักยภาพแบนด์วิดท์ทั่วไป	การผลิต	การฉายรังสี/การแยกสาร	เหมาะที่สุดสำหรับ
สายไมโครสตริป	แคบถึงปานกลาง	แผงวงจรพิมพ์แบบชั้นเดียวที่เรียบง่าย	รังสีจากสายป้อนเพิ่มขึ้น	การออกแบบและการจัดวางสิ่งพิมพ์ที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ
โพรบโคแอกเซียล	แคบถึงปานกลาง	การเจาะและการเชื่อมต่อแนวตั้ง	การแผ่รังสีของสายป้อนต่ำ	การปรับแต่งจุดป้อนสัญญาณแบบองค์ประกอบเดี่ยวที่ยืดหยุ่น
การเชื่อมต่อรูรับแสง	ปานกลางถึงกว้าง	หลายชั้นพร้อมการจัดเรียงช่อง	การแยกอาหารที่ดี	การออกแบบที่ต้องการการแยกส่วนและแบนด์วิดธ์ที่กว้างขึ้น
การเชื่อมต่อระยะใกล้	กว้าง	หลายชั้นที่มีการจัดเรียงแบบซ้อนทับกัน	รังสีรบกวนต่ำ	การออกแบบบรอดแบนด์ที่ยอมรับความหนาเพิ่มเติมได้

สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงแนวโน้มการออกแบบเชิงสัมพัทธ์ ไม่ใช่การรับประกันประสิทธิภาพที่ตายตัว รูปทรงของแผ่นตัวนำ การสูญเสียของวัสดุรองรับ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ความหนา ความถี่ ความยาวของเครือข่ายป้อนสัญญาณ และความคลาดเคลื่อนในการผลิต สามารถเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ได้

วิธีเลือกวิธีการให้อาหารที่เหมาะสม

• แบนด์วิดท์ที่ต้องการ:การป้อนสัญญาณโดยตรงมักเพียงพอสำหรับระบบแถบความถี่แคบ การเชื่อมต่อผ่านช่องเปิดหรือการเชื่อมต่อแบบใกล้เคียงอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่าเมื่อต้องการแบนด์วิดท์ความต้านทานที่กว้างขึ้นเป็นหลัก
• จำนวนโปรไฟล์และเลเยอร์:ระบบป้อนสัญญาณแบบไมโครสตริปช่วยให้โครงสร้างบางและผลิตได้ง่าย ในขณะที่ระบบป้อนสัญญาณแบบคู่ต้องใช้ชั้นเพิ่มเติมและการจัดแนวที่เหมาะสม
• ความบริสุทธิ์ของรังสี:หากการแผ่รังสีของเครือข่ายป้อนสัญญาณหรือการแยกจากด้านหน้าไปด้านหลังมีความสำคัญ โครงสร้างแบบเชื่อมต่อช่องเปิดสามารถแยกสัญญาณป้อนออกจากแผ่นตัวนำได้
• การรวมอาร์เรย์:เครือข่ายไมโครสตริปแบบพิมพ์มีความสะดวกสำหรับการใช้งานเป็นอาร์เรย์ แต่การสูญเสียในสายส่งและการแผ่รังสีปรสิตจะเพิ่มขึ้นเมื่อเครือข่ายยาวขึ้น ควรประเมินรูปแบบการป้อนสัญญาณภายในและการทนต่อแอมพลิจูด/เฟสไปพร้อมกัน
• ความถี่และค่าความคลาดเคลื่อน:ที่ความถี่ระดับมิลลิเมตร การเปลี่ยนผ่านของตัวเชื่อมต่อ ความคลาดเคลื่อนในการกัดเซาะ ความหนาของวัสดุรองรับ และข้อผิดพลาดในการจัดตำแหน่ง จะมีความสำคัญทางไฟฟ้าอย่างมาก
• ข้อจำกัดด้านกำลังไฟและความร้อน:ควรตรวจสอบการสูญเสียในตัวนำ ความร้อนที่เกิดขึ้นในฉนวน ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าในตัวเชื่อมต่อ และความเข้มข้นของสนามไฟฟ้าเฉพาะจุด สำหรับระดับกำลังไฟฟ้าที่ต้องการใช้งาน
• ต้นทุนและความสามารถในการทำซ้ำ:การออกแบบที่ให้แบนด์วิดท์จำลองที่ดีที่สุด อาจไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตจริง หากต้องใช้การเชื่อมต่อที่ซับซ้อน หรือการจัดเรียงหลายชั้นที่แน่นหนา

วิธีการเลือกจุดป้อนสัญญาณของโพรบโคแอกเซียล

ตำแหน่งการวางโพรบที่ถูกต้องคือตำแหน่งที่แสดงค่าอิมพีแดนซ์อินพุตเป้าหมายในขณะที่กระตุ้นโหมดที่ต้องการด้วยการโพลาไรเซชันไขว้ที่ยอมรับได้ ไม่ควรเลือกตำแหน่งโดยอัตโนมัติที่กึ่งกลางของแผ่นตัวนำ จุดที่มีสนามไฟฟ้าสูงสุด หรือจุดที่มีกระแสสูงสุด

สำหรับแผ่นอิเล็กโทรดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าทั่วไปที่ทำงานในโหมดพื้นฐาน ความต้านทานอินพุตโดยทั่วไปจะสูงใกล้ขอบที่แผ่รังสีและลดลงเมื่อตัวป้อนเคลื่อนเข้าหาจุดศูนย์กลางตามมิติการสั่นพ้อง จุดที่มีความต้านทาน 50 โอห์มมักจะพบอยู่ระหว่างขอบและจุดศูนย์กลาง ตำแหน่งที่แน่นอนขึ้นอยู่กับขนาดของแผ่นอิเล็กโทรด คุณสมบัติของวัสดุรองรับ เส้นผ่านศูนย์กลางของโพรบ ระนาบกราวด์ ตัวเชื่อมต่อ และโครงสร้างใกล้เคียง

1. เริ่มต้นด้วยการกำหนดขนาดของแผ่นอิเล็กโทรดเพื่อให้ได้ความถี่เรโซแนนซ์และทิศทางการโพลาไรซ์ที่ต้องการ
2. วางหัววัดบนเส้นสมมาตรที่เหมาะสมเพื่อช่วยกระตุ้นโหมดที่ต้องการและจำกัดสนามโพลาไรซ์ไขว้
3. กวาดค่าชดเชยจากขอบการแผ่รังสีในแบบจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเต็มคลื่นจนกว่าจะถึงค่าอิมพีแดนซ์และค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับตามเป้าหมาย
4. เมื่อส่วนประกอบเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของชุดประกอบขั้นสุดท้าย ให้รวมตัวแปลงโคแอกเซียล ตัวเหนี่ยวนำของโพรบ แผ่นบัดกรี ระนาบกราวด์แบบจำกัด ตัวเรือน และเรโดมไว้ด้วย
5. สร้างแบบจำลองความคลาดเคลื่อนสำหรับความหนาของวัสดุรองรับ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ข้อผิดพลาดในการกัด และข้อผิดพลาดตำแหน่งการป้อนวัสดุ
6. ตรวจสอบความถูกต้องของเสาอากาศที่ผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ที่ได้รับการสอบเทียบแล้ว และปรับแต่งเฉพาะหลังจากเปรียบเทียบระนาบอ้างอิงที่วัดได้และจำลองแล้วเท่านั้น

การตรวจสอบการออกแบบและการวัด

ควรตรวจสอบการปรับปรุงประสิทธิภาพการป้อนอาหารโดยเทียบกับค่าพารามิเตอร์ S มากกว่าหนึ่งค่า การตรวจสอบอย่างครบถ้วนโดยปกติจะรวมถึง:

• ความถี่เรโซแนนซ์, S11, ค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ, VSWR และแบนด์วิดท์อิมพีแดนซ์
• อิมพีแดนซ์อินพุตจริงและจินตนาการตลอดช่วงการทำงาน
• ประสิทธิภาพโดยรวม อัตราขยายที่ได้จริง และการสูญเสียในตัวนำ/ฉนวน
• รูปแบบการแผ่รังสีแบบโพลาไรซ์ร่วมและโพลาไรซ์ไขว้ในระนาบหลัก
• อัตราส่วนด้านหน้าต่อด้านหลัง, แถบคลื่นด้านข้าง และการบิดเบือนของรูปแบบที่เกิดจากตัวป้อนสัญญาณหรือตัวเชื่อมต่อ
• การกระจายตัวในปัจจุบันและหลักฐานของคลื่นพื้นผิวที่ไม่ตั้งใจหรือโหมดลำดับสูงกว่า
• ประสิทธิภาพภายใต้สภาวะอุณหภูมิ โดมเรดาร์ ตัวเรือน การจัดวางสายเคเบิล และการติดตั้งที่คาดการณ์ไว้

แอปพลิเคชัน

เสาอากาศไมโครสตริปและอาร์เรย์ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย อุปกรณ์ดาวเทียมและระบบนำทาง เซ็นเซอร์เรดาร์ ระบบส่งข้อมูลทางไกล แพลตฟอร์มด้านอวกาศ ระบบทดสอบ และผลิตภัณฑ์ RF แบบฝังตัวขนาดกะทัดรัด ควรเลือกสถาปัตยกรรมของตัวป้อนสัญญาณให้เหมาะสมกับความต้องการของระบบจริง: ตัวป้อนสัญญาณแบบพิมพ์อย่างง่ายอาจเหมาะสำหรับหน่วยแบนด์วิดท์แคบขนาดกะทัดรัด ในขณะที่ตัวป้อนสัญญาณแบบคู่ อาจเหมาะสมกว่าสำหรับแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่าหรือการแยกสัญญาณที่ดีกว่า

คำถามที่พบบ่อย

วิธีการป้อนสัญญาณเสาอากาศไมโครสตริปแบบใดง่ายที่สุด?

การป้อนสัญญาณแบบไมโครสตริปมักเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด เนื่องจากสามารถพิมพ์เส้นและแผ่นตัวนำลงบนพื้นผิวเดียวกันได้ นอกจากนี้ยังง่ายต่อการรวมเข้ากับเครือข่ายป้อนสัญญาณแบบระนาบ แม้ว่าการแผ่รังสีของเส้นป้อนสัญญาณจะต้องได้รับการควบคุมก็ตาม

วิธีการป้อนข้อมูลแบบใดให้แบนด์วิดท์ที่กว้างที่สุด?

โดยทั่วไปแล้ว การป้อนสัญญาณแบบใกล้เคียงและแบบผ่านช่องเปิดจะให้แบนด์วิดท์ที่กว้างกว่าการป้อนสัญญาณโดยตรงแบบพื้นฐาน แบนด์วิดท์ที่แท้จริงยังคงขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของเสาอากาศและชั้นของวัสดุรองรับโดยรวม

ช่องทางการป้อนสัญญาณใดให้การแยกตัวจากบริเวณที่แผ่รังสีได้ดีที่สุด?

การเชื่อมต่อแบบช่องเปิดช่วยให้เกิดการแยกโครงสร้างที่แข็งแรง เนื่องจากระนาบกราวด์คั่นระหว่างสายป้อนกับแผ่นตัวนำ การรั่วไหลของช่องและรังสีด้านหลังยังคงต้องได้รับการประเมินเพิ่มเติม

จุดป้อนสัญญาณส่งผลต่อความถี่เรโซแนนซ์หรือไม่?

จุดประสงค์หลักคือการจับคู่ความต้านทาน แต่หัววัดหรือสายส่งก็รบกวนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยเช่นกัน หัววัดขนาดใหญ่ หัววัดยาว การเชื่อมต่อที่แรง หรือจุดป้อนสัญญาณที่อยู่ใกล้บริเวณสนามที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง อาจทำให้ความถี่เรโซแนนซ์และความต้านทานอินพุตเปลี่ยนไปได้

การป้อนสัญญาณและการจับคู่ความต้านทานแตกต่างกันอย่างไร?

การป้อนสัญญาณหมายถึงวิธีการส่งพลังงาน RF ไปยังแผ่นตัวนำ การจับคู่ความต้านทานคือกระบวนการทำให้สัญญาณขาเข้าของเสาอากาศเข้ากันได้กับสายส่ง ซึ่งโดยทั่วไปคือ 50 โอห์ม ตำแหน่งการป้อนสัญญาณและรูปทรงเป็นตัวแปรสำคัญในการจับคู่ แต่ก็อาจใช้หม้อแปลงเพิ่มเติม ตัวแทรก สตับ หรือวงจรจับคู่เพิ่มเติมได้เช่นกัน

บทสรุป

การเลือกใช้ตัวป้อนสัญญาณสำหรับเสาอากาศไมโครสตริปนั้นเป็นการตัดสินใจในระดับระบบ ตัวป้อนสัญญาณแบบสายไมโครสตริปและแบบโพรบโคแอกเซียลนั้นเหมาะสำหรับความเรียบง่ายและการปรับจูนโดยตรง ในขณะที่ตัวป้อนสัญญาณแบบช่องเปิดและแบบใกล้เคียงนั้นให้การแยกสัญญาณที่ดีกว่าหรือแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่า แต่ต้องแลกมาด้วยจำนวนชั้นที่เพิ่มขึ้นและการควบคุมการผลิตที่เข้มงวดมากขึ้น ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายควรได้รับการยืนยันเสมอด้วยการจำลองคลื่นเต็มรูปแบบ การวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อน และการวัดที่สอบเทียบแล้ว

คำแนะนำผลิตภัณฑ์เสาอากาศไมโครสตริป

สำรวจ RF MISOผลิตภัณฑ์เสาอากาศไมโครสตริปด้านล่าง หรือติดต่อทีมวิศวกรของเราเพื่อหารือเกี่ยวกับช่วงความถี่ อัตราขยาย โพลาไรเซชัน อินเทอร์เฟซ และข้อกำหนดในการบูรณาการ