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Antenne a microstriscia

Figura 1: Sezione di una semplice antenna a microstriscia.

Figura 1: Sezione di una semplice antenna a microstriscia.

Antenne a microstriscia

Un’antenna a microstriscia è un’antenna a banda stretta con un ampio diagramma di radiazione. Ha una geometria planare. Nel caso più semplice, si tratta solo di una superficie di lunghezza pari a circa metà della lunghezza d’onda, in modo che la superficie metallica agisca come un risonatore, simile a un’antenna a dipolo. Un’antenna a microstriscia è realizzata attaccando una lamina metallica a un substrato dielettrico isolante (ad esempio un circuito stampato rivestito su due lati), con uno strato metallico continuo sul lato opposto del substrato collegato a terra. Pertanto, le antenne a microstriscia sono facili da progettare e poco costose da produrre. Alcune antenne a microstriscia non sono costruite su un substrato dielettrico, ma vengono montate su un piano di massa con distanziatori isolanti. Questo tipo di costruzione è meno robusto ma ha una larghezza di banda più ampia. Le antenne a microstriscia possono essere costruite dalla banda UHF fino a 100 GHz.

Le geometrie comunemente utilizzate sono forme quadrate o rettangolari, ma sono possibili anche forme rotonde o ellittiche. Tuttavia, non ci sono restrizioni sulla forma. Praticamente è possibile qualsiasi forma continua. Le antenne a microstriscia sono meccanicamente robuste e possono essere adattate anche a superfici rotonde, come la superficie della carrozzeria di un veicolo. Spesso sono montate all’esterno di aerei o missili, oppure sono integrate nelle radio mobili. Possono essere configurate per tutti i tipi di polarizzazione e possono avere più punti di alimentazione.

Figura 2: Un array di antenne a microstriscia di un radar di navigazione marittima come radar FMCW in banda X

Figura 2: Un array di antenne a microstriscia di un radar di navigazione marittima come radar FMCW in banda X

Figura 2: Un array di antenne a microstriscia di un radar di navigazione marittima come radar FMCW in banda X

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  • a = larghezza laterale del patch
  • λ = lunghezza d’onda
  • εr = costante dielettrica del PCB.

I substrati di PCB più spessi, con valori bassi di εr, sono preferibili in quanto consentono efficienze più elevate con una larghezza di banda più ampia. Tuttavia, occupano più spazio. I substrati sottili con valori più elevati della costante dielettrica riducono geometricamente l’antenna patch, ma l’efficienza è inferiore a causa delle maggiori perdite nel substrato e in genere si ottiene anche una larghezza di banda inferiore.

Vantaggi
  • Elevata precisione nella produzione: La progettazione viene effettuata con tecniche di incisione fotografica.
  • Sono facili da integrare in altre apparecchiature.
  • Le dimensioni ridotte consentono l’installazione in apparecchiature portatili.
  • Le antenne a microstriscia come antenne array raggiungono una buona direttività.
  • Queste antenne patch possono produrre un pattern d’antenna dalla forma complessa, difficile da ottenere con una singola antenna.
  • Se queste antenne ad array sono dotate di sfasatori o di interruttori a diodi PIN, è possibile effettuare il beam steering elettronico.
Svantaggi
  • Larghezza di banda molto bassa (1%); i telefoni cellulari hanno bisogno di almeno l’8%.
  • Bassa efficienza, soprattutto per le antenne non accoppiate.
  • Alcune tecniche di alimentazione, come le aperture o gli accoppiamenti laschi, sono difficili da realizzare.
  • Più grande è l’array, peggiore è l’efficienza, poiché le linee di alimentazione si trovano sullo stesso piano delle antenne patch.

Le prime antenne a microstriscia sono apparse negli anni Ottanta. Inizialmente si trattava di uno sviluppo militare in cui il costo (soprattutto per i dielettrici a bassa perdita) non era un problema. A partire dagli anni ’90, questa tecnologia è stata adottata come versione a basso costo per i dispositivi di comunicazione wireless. Tuttavia, le prestazioni di un array di microstrisce sono molto inferiori a quelle di un’antenna a riflettore.

Antenne a microstriscia
  • sono preferite per la bassa direttività
  • hanno un’efficienza inferiore;
  • hanno un’efficienza ancora più bassa quando sono necessarie reti più grandi per l’alimentazione;
  • possono essere spostate elettronicamente utilizzando reti di sfasamento;
  • hanno una maggiore precisione grazie ai processi di produzione fotochimica;
  • sono alimentate da linee coassiali o da accoppiamenti laschi.
Antenne a riflettore
  • destinate ad applicazioni che richiedono un’elevata direttività;
  • maggiore efficienza;
  • possibili ombreggiamenti dovuti ai montanti di sostegno del radiatore;
  • rotazione meccanica e brandeggio;
  • minore precisione, soprattutto in presenza di superfici riflettenti ruvide;
  • sono alimentate da altre antenne (dipoli, monopoli, radiatori ad apertura, ecc.)..