Materiały wykorzystywane do budowy anten mikropaskowych 

S

TRONA

 25 

 

 

bardzo  gwałtownie  w  wyższych  temperaturach.  Przy  dużym  nasłonecznieniu  antena  może 
osiągnąć  temperaturę  dochodzącą  do  60  °C.  Ze  względu  na  dwukrotny  wzrost  stałej 
dielektrycznej antena utraci całkowicie swoje własności obwodowe oraz polowe.  

Należy  również  zwrócić  uwagę,  że  przenikalność  elektryczna  tego  laminatu  wykazuje 

duży rozrzut wartości w kolejnych partiach produkcyjnych.  

4.  Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy 

anten mikropaskowych  

 

Jednym  z  najprostszych  sposobów  poszerzenia  częstotliwościowego  pasma  pracy 

anteny mikropaskowej jest zwiększenie grubości  podłoża pod łatą promieniującą. Metoda ta 
ma jednak wady. Grube podłoże sprzyja powstawaniu fal powierzchniowych, powodujących 
niepożądane  efekty  w  charakterystyce  promieniowania  anteny  oraz  obniżenie  sprawność 
promieniowania  [6].  Wraz  ze  wzrostem  grubości  podłoża  pojawiają  się  również  problemy  z 
zasilaniem  łaty  promieniującej  za  pomocą  sondy  współosiowej.  Duża  indukcyjność  długiej 
sondy uniemożliwia dobre dopasowanie impedancyjne anteny. 
 

Dlatego też opracowane zostały inne metody poszerzania częstotliwościowego pasma 

pracy  anten  mikropaskowych  [13,  14].  Krótki  przegląd  stosowanych  technik  zestawiono  na 
rys.  4.1.  Typowa  szerokość  częstotliwościowego  pasma  pracy  anteny  mikropaskowej  
(rys. 4.1.b) jest prawie zawsze zbyt mała. W większości przypadków zastosowanie elementu 
promieniującego  o  poszerzonym  paśmie  pracy  (rys.  4.1c)  rozwiązuje  problem.  Jednak 
czasami  uzyskanie  pożądanej  szerokości  pasma  jest  niemożliwe,  wówczas  jedynym 
rozwiązaniem  jest  zastosowanie  przestrajanych  lub  wieloczęstotliwościowych  struktur 
promieniujących (rys. 4.1d, e i f). 

ρ

[dB]

f [Hz]

ρ

[dB]

f [Hz]

ρ

[dB]

f [Hz]

ρ

[dB]

f [Hz]

ρ

[dB]

f [Hz]

ρ

[dB]

f [Hz]

f

0

f

0

f

0

f

1

f

2

f

1

f

2

f

1

f

2

f

3

a)

b)

c)

d)

e)

f)

 

Rys. 4.1. Szerokość częstotliwościowego pasma pracy anteny mikropaskowej: a) "idealna" - pożądana szerokość 

pasma, b) typowa szerokość pasma jednowarstwowego elementu promieniującego, c) poszerzone pasmo pracy, 

d) przestrajana częstotliwość pracy, e) dwa pasma pracy, f) dwa pasma pracy z możliwością przestrajania 

4.1.  Mikropaskowe elementy promieniujące o przestrajanej częstotliwości 

pracy 

 

Elementy promieniujące o przestrajanej częstotliwości pracy są stosowane najczęściej 

w systemach, w których jest pożądane, aby ta sama antena mogła być stosowana w różnych, 

S

TRONA

 26 

Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy anten mikropaskowych 

 

sąsiadujących kanałach częstotliwościowych. Wśród najpopularniejszych metod przestrajania 
można wymienić struktury wykorzystujące reaktancyjne elementy zwierające oraz dodatkowe 
szczeliny powietrzne. 

4.1.1.  Przestrajanie częstotliwości pracy za pomocą diod waraktorowych 

 

Przy  ustalonych  rozmiarach  elementu  promieniującego  jego  częstotliwość 

rezonansowa zależy głównie od wartości wypadkowej przenikalności elektrycznej 

ε

r

 podłoża. 

Poprzez  wprowadzenie  diod  waraktorowych  (rys.  4.2)  można  zmieniać 

ε

r

 

podłoża,  a  tym 

samym można regulować częstotliwość rezonansową elementu.  

Zasilanie

Diody

waraktorowe

f  [Hz]

U

diody

[V]

f

0

D1

D2

Z

r

ε

r

 

Rys. 4.2. Przestrajanie częstotliwości pracy mikropaskowego elementu promieniującego  

za pomocą diod waraktorowych 

 

Typowy  zakres  przestrajania  wynosi  20%  dla  napięcia  zasilającego  diody  10 V  

i  30% dla  napięcia  30 V.  Zmiana  częstotliwości  rezonansowej  nie  jest  liniowa  względem 
zmian  napięcia  polaryzacji  diod.  Dużą  zaletą  przedstawionej  metod  jest  możliwość 
elektronicznego przestrajania częstotliwości rezonansowej anteny mikropaskowej. 

4.1.2.  Przestrajanie częstotliwości pracy za pomocą kołków zwierających 

 

Wartość  względnej  przenikalności  dielektrycznej  podłoża 

ε

r

  może  być  również 

zmieniana  poprzez  wprowadzanie  kołków  zwierających  w  różnych  punktach  elementu 
promieniującego, między łatą promieniującą a metalizowanym podłożem (rys. 4.3).  

Zasilanie

zwierające

f  [Hz]

f

0

K1

K2

Z

r

ε

r

Kołki

d

d

d [mm]

 

Rys. 4.3. Przestrajanie częstotliwości pracy mikropaskowego elementu promieniującego  

za pomocą kołków zwierających 

Kołki  zwierające  przedstawiają  pewną  indukcyjność  co  powoduje  zmianę  efektywnej 
wartości 

ε

r

.  Dla  układu  dwóch  kołków  zwierających  częstotliwość  rezonansowa  zależy  od 

odległości d między nimi, a możliwy do osiągnięcia zakres przestrajania wynosi około 18%. 

4.1.3.  Przestrajanie częstotliwości pracy za pomocą dodatkowej szczeliny 

powietrznej 

 

Omawiana metoda przestrajania częstotliwości jest nieco inna niż poprzednie i polega 

na wprowadzaniu szczeliny powietrznej między dielektryk a metalizowane podłoże (rys. 4.4). 

Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy anten mikropaskowych 

S

TRONA

 27 

 

 

Zastosowanie  dodatkowej  szczeliny  powietrznej  powoduje  obniżenie  efektywnej 
przenikalności  elektrycznej  podłoża 

ε

eff

,  a  w  wyniku  tego  zwiększenie  częstotliwości 

rezonansowej. 

Zasilanie

powietrzna

ε

r

Szczelina

Dielektryk

d

 

Rys. 4.4. Element z dodatkową szczeliną powietrzną 

Element promieniujący ze szczeliną powietrzną umożliwia przestrajanie częstotliwości pracy 
anteny  mikropaskowej  nawet  do  20%,  przy  zmianie  grubości  d  szczeliny  powietrznej  od 
0 mm  do  1-2  mm.  Niestety  szerokość  szczeliny  może  być  zmieniana    tylko  mechanicznie,  
co bardzo utrudnia elektroniczne przestrajanie częstotliwości pracy anteny mikropaskowej. 

4.2.  Dwuczęstotliwościowe mikropaskowe elementy promieniujące  

 

Dwuczęstotliwościowe  elementy  promieniujące  są  stosowane  do  transmisji 

wąskopasmowych  sygnałów  na  dwóch,  znacznie  oddalonych  od  siebie,  częstotliwościach. 
Jako  przykład  może  posłużyć  antena  do  odbioru  sygnałów  systemu  GPS.  Transmisja 
informacji  odbywa  się  tu  w  dwóch  stosunkowo  wąskich  pasmach  o  częstotliwościach 
środkowych 1.225 GHz i 1.575 GHz.  

4.2.1.  Dwuwarstwowe elementy promieniujące 

 

Budowę  dwuwarstwowego  elementu  promieniującego  przedstawiono  na  rys.  4.5. 

Konfiguracja  z  rys.  4.5.a)  dotyczy  przypadku  szczególnego  z  kołowymi  łatami 
promieniującymi,  natomiast  na  rys.  4.5.b)  przedstawiono  częściej  stosowaną  strukturę 
dwuczęstotliwościowego elementu promieniującego. 
 

W przypadku konfiguracji z kołowymi łatami promieniującymi wybór  częstotliwości 

rezonansowych  odbywa  się  poprzez  dobór  promieni  dolnego  i  górnego  dysku.  Na  wartość 
częstotliwości  rezonansowej  najniższych  modów  ma  wpływ  tylko  efektywna  (wypadkowa) 
średnica 

dysków. 

Dolna 

częstotliwość 

rezonansowa 

dwuwarstwowego 

elementu 

promieniującego zmienia  się tylko nieznacznie wraz ze zmianą  promienia a

1

 górnego dysku. 

Natomiast  górna  częstotliwość  zależy  silnie  od  a

1

  i  maleje  wraz  ze  wzrostem  wartości  a

1

. 

Wypadkowa  charakterystyka  promieniowania  elementu  jest  zbliżona  do  charakterystyki 
jednowarstwowego elementu promieniującego. 
 

Konfiguracja  z  rys.  4.5.b)  umożliwia  uzyskanie  dwóch  różnych  częstotliwości  pracy 

elementu  promieniującego,  praktycznie  dla  wszystkich  podstawowych  kształtów  łat 
promieniujących.  Warunkiem  poprawnej  pracy  elementu  jest  dostatecznie  duże  wzajemne 
oddalenie częstotliwości roboczych, tak że dla danej częstotliwości pracuje praktycznie tylko 
jedna  łata.  Wartość  mniejszej  częstotliwości  pracy  elementu  promieniującego  odpowiada 
częstotliwości rezonansowej dolnej łaty, natomiast większej - górnej łaty.  
 

Parametry  elektryczne  dolnej  łaty  zależą  tylko  w  niewielkim  stopniu  od  rozmiarów 

górnej  łaty.  Szerokości  pasm  wokół  częstotliwości  rezonansowych  są  porównywalne  
z  otrzymywanymi  dla  jednowarstwowego  elementu  promieniującego  i  rzadko  przekraczają 
wartość kilku procent. 
 

S

TRONA

 28 

Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy anten mikropaskowych 

 

Zasilanie

ε

r

2

ε

r

1

t2

t1

a1

a 2

ε

r

2

ε

r

1

t2

t1

a)

b)

 

Rys. 4.5. Element dwuwarstwowy 

4.2.2.  Pojedynczy element promieniujący pracujący w dwóch pasmach 

 

Podstawowym  warunkiem  na  budowę  elementu  pracującego  w  dwóch  pasmach 

częstotliwości jest znalezienie dwóch modów pola wytwarzających podobną charakterystykę 
promieniowania oraz te samą  polaryzację. Jako przykład posłużyć może prostokątny element 
promieniujący  pracujący  z  modami    TM

01 

i  TM

03

.  Odpowiedni  stosunek  częstotliwości 

rezonansowych modu pierwszego f

01

 i trzeciego f

03

 osiąga się poprzez zastosowanie kołków 

zwierających  w  odpowiednich  punktach  elementu.  Wartość  stosunku  można  zmieniać  
w granicach od 2 do 3. 

4.2.3.  Element dwuczęstotliwościowy z reaktancyjnym obciążeniem 

 

Struktura  mikropaskowa  zapewniająca  pracę  w  dwóch  pasmach  częstotliwości  może 

być również zrealizowana poprzez zastosowanie reaktancyjnego obciążenia (rys. 4.6). 

W

L

L

W

S

G

Zasilanie

Metalizowane podłoże

Dielektryk

Łata

promieniująca

 

Rys. 4.6. Elementy dwuczęstotliwościowe 

Obciążenie  reaktancyjne    jest  wytwarzane  poprzez  niskoprofilową,  zwartą  na  końcu,  linię 
mikropaskową  o  długości  L.  Zmiana  długości  umożliwia  regulację  stopnia  separacji 
częstotliwości  pierwszego  i  drugiego  pasma.  Regulację  tę  możemy  przeprowadzać  również 
poprzez  regulację  głębokości  S  wcięć.  Opisana  metoda  zapewnia  rozsunięcie  częstotliwości 
obu pasm w granicach od 10 do 20%. 

4.3.  Mikropaskowe elementy promieniujące o poszerzonym pasmie pracy 

 

Opisane  wcześniej  mikropaskowe  elementy  promieniujące  charakteryzuje  możliwość 

równoczesnej  pracy  na  dwóch  różnych  częstotliwościach.  W  wielu  systemach 
telekomunikacyjnych wymaga się jednak, aby antena pracowała w jednym, szerokim pasmie 
częstotliwości.  Jako  przykład    mogą  tu  posłużyć  anteny  pracujące  w  systemach  telefonii 

Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy anten mikropaskowych 

S

TRONA

 29 

 

 

komórkowej:  GSM  -  w  pasmie  częstotliwości  od  890 MHz  do  960 MHz  lub  DCS  -  od 
1710 MHz do 1880 MHz. 
 

Poszerzenie częstotliwościowego pasma pracy anteny mikropaskowej można osiągnąć 

stosując następujące metody: 
•

  zwiększenie grubości podłoża pod łatą promieniującą, 

•

  zastosowanie struktur wykorzystujących sprzężenie elektromagnetyczne z dodatkową łatą 

promieniującą lub elementami pasożytniczymi, 

•

  zasilanie przez sprzężenie z aperturą, 

•

  wprowadzenie elementów dopasowujących w układzie zasilania łaty promieniującej,  

np. zasilanie przez pojemność. 

Wymienione  metody  zapewniają  znaczne  poszerzenie  częstotliwościowego  pasma  pracy 
anten mikropaskowych.  Uzyskiwane typowo wartości mieszczą się w przedziale od 10% do 
25%.  Elementy  promieniujące  o  poszerzonym  pasmie  pracy  są  realizowane  najczęściej  
w strukturach wielowarstwowych. 

4.3.1.  Dwuwarstwowy element promieniujący ze sprzężeniem 

elektromagnetycznym 

 

Struktura elementu, przedstawiona na rys. 4.7, przypomina opisany wcześniej element 

ze  szczeliną  powietrzną  oraz  element  dwuwarstwowy,  pracujący  w  dwóch  pasmach 
częstotliwości.  W  budowie  tego  elementu  istnieją  jednak  różnice.  Grubość  szczeliny 
powietrznej  jest  kilka  razy  większa  od  grubości  zastosowanego  podłoża  dielektrycznego. 
Dolny  element  promieniujący  umieszczony  jest  możliwie  blisko  metalizowanego  podłoża  
i  zasilany  jest  sondą,  natomiast  górny  -  promieniujący,  sprzęga  się  z  nim  poprzez  pole 
elektromagnetyczne. 

Zasilanie

ε

r

2

ε

r

1

Szczelina

powietrzna

Łata sprzężona

Łata zasilana

 

Rys. 4.7. Element ze sprzężeniem elektromagnetycznym 

Elementy  o  podstawowych  kształtach  na  podłożu  o  grubości  0,01λ  umożliwiają  uzyskanie 
pasma  o  szerokości  od  9%  do  15%  (20%).  W  przypadku  konfiguracji  bez  szczeliny 
powietrznej  szerokość  pasma  nie  przekracza  10%.  Charakterystyki  promieniowania  takiej 
struktury są węższe w porównaniu do pojedynczego elementu promieniującego. 
Na  uwagę  zasługuje  element  z  łatą  promieniującą  o  kształcie  trójkąta  równobocznego. 
Powyżej pewnej progowej wartości grubości szczeliny powietrznej (rzędu kilku mm) zanika 
pierwszy  rezonans,  co  powoduje  poszerzenie  pasma  częstotliwości  wokół  częstotliwości 
drugiego rezonansu z około 3% do 17%.  
Dwuwarstwowy  element  promieniujący  ze  szczeliną  powietrzną  posiada  interesujące 
własności.  Dla  grubości  szczeliny  powietrznej  z  przedziału  od  0  do  0.31λ

ο

  uzyskuje  

się  poszerzenie  częstotliwościowego  pasma  pracy,  natomiast  dla  grubości  powyżej  0.31λ

ο

 

szerokość  pasma  pracy  wynosi  około  1%,  natomiast  znacznie  wzrasta  zysk  elementu, 
osiągając nawet wartość 10 dB. 
Z  punktu  widzenia  technologii  wykonania  anten  mikropaskowych  bardzo  ciekawy  jest 
element zbudowany w konfiguracji odwróconej (rys. 4.8).  

S

TRONA

 30 

Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy anten mikropaskowych 

 

Zasilanie

ε

r

2

ε

r

1

Pianka

dielektryczna

ε

r

2

ε

r

1

Konfiguracja normalna

Konfiguracja odwrócona

 

Rys. 4.8. Konfiguracja normalna i odwrócona mikropaskowego dwuwarstwowego  

elementu promieniującego 

Jego główna zaleta polega na ochronie górnego elementu promieniującego przed działaniem 
czynników  zewnętrznych  poprzez  warstwę  dielektryczną  stanowiącą  podłoże  łaty 
promieniującej. 

4.3.2.  Elementy promieniujące zasilane przez pojemność 

 

Jedną  z  najprostszych  metod  poszerzania  częstotliwościowego  pasma  pracy  anteny 

mikropaskowej  jest  zwiększenie  grubości  podłoża  pod  łatą  promieniującą.  W  celu 
ograniczenia wzbudzania się niepożądanych fal powierzchniowych wykorzystuje się do tego 
celu podłoża o jak najmniejszych stałych dielektrycznych. Zwykle składają się one z warstwy 
laminatu  mikrofalowego  i  pianki  dielektrycznej  o  grubości  nie  przekraczającej  0,12λ

ο

. 

Elementy takie są zasilane z reguły sondą współosiową, której indukcyjność znacząco rośnie 
wraz  ze  wzrostem  grubości  podłoża.  Zjawisko  to  uniemożliwia  impedancyjne  dopasowanie 
anteny i osiągnięcie pożądanego częstotliwościowego pasma pracy. 
Jednym ze sposobów kompensacji indukcyjności długiej sondy zasilającej jest wprowadzenie 
pojemności włączonej szeregowo do układu zasilania łaty [15, 16]. Pojemność taka może być 
zintegrowana bezpośrednio z łatą promieniującą wewnątrz anteny lub dołączona na zewnątrz. 
W pierwszym przypadku istnieją dwa rozwiązania, a ich struktura pokazana jest na rys. 4.9. 

Zasilanie

ε

r

Pianka

dielektryczna

a)

ε

r

b)

 

Rys. 4.9. Mikropaskowy element promieniujący zasilany przez pojemność: a) konfiguracja z kondensatorem 

koplanarnym, b) konfiguracja z kondensatorem mikropaskowym 

W  konfiguracji  pokazanej  na  rys.  4.9.a)  zastosowano  pojemność  w  postaci  kondensatora 
"planarnego". Powstaje on w wyniku wytrawienia kołowej lub prostokątnej szczeliny wokół 
punktu  połączenia  sondy  zasilającej  z  łatą  promieniującą.  W  przypadku  konfiguracji  
z rys. 4.9.b) szeregowa pojemność jest uzyskiwana w postaci kondensatora płaskiego, którego 
dodatkowa okładka jest wytrawiona na dolnej powierzchni podłoża łaty promieniującej. 
Skuteczność  poszerzenia  częstotliwościowego  pasma  pracy  anteny  mikropaskowej  jest  taka 
sama  w  przypadku  jednej  i  drugiej  konfiguracji,  a  osiągana  względna  szerokość  pasma 
wynosi nawet do 30% (dla WFS ≤ 2). 

Przegląd metod poszerzania częstotliwościowego pasma pracy anten mikropaskowych 

S

TRONA

 31 

 

 

4.3.3.  Wielowarstwowe elementy promieniujące zasilane przez pojemność 

 

Struktury  wielowarstwowe,  zasilane  przez  pojemność,  zapewniają  znaczne 

poszerzenie  szerokości  częstotliwościowego  pasma    pracy  anten  mikropaskowych  [17,  13]. 
Typowe jego wartości mieszczą się w przedziale od 15% do 30%  
Konstrukcja omawianego elementu promieniującego jest pokazana na rys. 4.10. Stanowi ona 
połączenie  dwuwarstwowego  elementu  ze  sprzężeniem  elektromagnetycznym  oraz  elementu 
na grubym podłożu zasilanego przez pojemność. 

Zasilanie

ε

r

2

ε

r

1

Pianka

dielektryczna

d1

d2

 

Rys. 4.10. Wielowarstwowy element promieniujący zasilany przez pojemność 

Częstotliwość  środkowa  pasma  pracy  elementu  zależy  głównie  od  rozmiarów  dolnej  łaty 
promieniującej oraz grubości d2 dolnej pianki. Poprzez odpowiedni dobór grubości d1 górnej 
pianki można w pewnym zakresie prowadzić regulację szerokości pasma pracy elementu. 

4.3.4.  Elementy promieniujące sprzężone z aperturą 

 

Metoda  zasilania  łaty  mikropaskowej  przez  sprzężenie  z aperturą  została  po  raz 

pierwszy zaproponowana przez D. M. Pozara  w 1985 roku [18]. 
 

Moc  mikrofalowa  doprowadzana  linią  mikropaskową,  znajdującą  się  pod  ekranem,  

sprzęgana jest poprzez szczelinę do łaty lub też łat umieszczonych nad ekranem, rys. 4.11. 

Ekran z wyciętą
aperturą

Linia
mikropaskowa

Przekładka
dystansująca
łatę

Laminat z
wytrawioną łatą

 

Rys. 4.11. Promiennik zasilany przez sprzężenie z aperturą 

Taki  sposób  zasilania  łaty  umożliwia  osiągnięcie  dopasowania  impedancyjnego  
w  paśmie  około  15 %  w  konfiguracji  z  łatą  pojedynczą,  a  nawet  do  50 %  w  strukturach  
z kilkoma łatami kolejno umieszczonymi na sobą [19]. 
 
Do dalszych badań nad elementami szerokopasmowymi autorzy projektu wytypowali anteny 
na grubym podłożu zasilane sondą współosiową  oraz elementy wielowarstwowe zasilane 
sondą oraz przez sprzężenie z aperturą. 

S

TRONA

 32 

Mikropaskowy element promieniujący na grubym podłożu 

 

5.  Mikropaskowy element promieniujący na grubym podłożu.  

 

Głównym  ograniczeniem  w  zastosowaniu  jednowarstwowych  mikropaskowych 

elementów  promieniujących  jest  ich  wąskie  częstotliwościowe  pasmo  pracy  [3,  6,  13].  Dla 
anten  budowanych  na  cienkich  podłożach,  których  grubość  spełnia  warunki  h/

λ

o

  <  0,07  dla  

ε

r

≈2,3 i h/

λ

o

 < 0,023 dla 

ε

r

≈10, osiąga ono typowo wartość jednego procenta, a sporadycznie 

wartość kilku procent. Dla  porównania pasmo dipola półfalowego o smukłości 0,01 wynosi 
około 16%. 
Prawie  zawsze  czynnikiem  ograniczającym  pasmo  pracy  anteny  mikropaskowej  jest  zmiana 
jej  impedancji  wejściowej  w  funkcji  częstotliwości.  Dlatego  też  pojęcie  szerokości  pasma 
elementu  promieniującego  jest  utożsamiane  z  szerokością  pasma  odnoszoną  do  impedancji 
wejściowej,  reprezentowanej  poprzez  współczynnik  odbicia  lub  związany  z  nim 
współczynnik  fali  stojącej  (WFS).  Zagadnienie  to  zostało  dokładniej  przedyskutowane  w 
punkcie 2.2. 

Zmianę 

względnej 

szerokości 

pasma 

pracy 

mikropaskowego 

elementu 

promieniującego  można  osiągnąć  poprzez  zmianę  grubości  i  przenikalności  elektrycznej 
podłoża.  Niestety  dla  elementów  jednowarstwowych    parametry  te  są  ze  sobą  związane 
odwrotnie proporcjonalnie. Oznacza to, że wszelkie próby poszerzenia pasma pracy powodują 
obniżenie sprawności i na odwrót. Typowy przebieg wartości szerokości pasma i sprawności 
w  zależności  od  grubości  podłoża  (przy  przyjętym  modelu  wnęki  rezonansowej)  o  różnych 
stałych dielektrycznych przedstawiono na rys. 5.1. Pokazany na rysunku przebieg sprawności 
definiowany jest jako: 

 

Q

Q

r

1

1

=

η

, 

(5.1) 

w którym: 

Q

r

  - dobroć wnęki dla strat promieniowania,  

Q

.

  - całkowita dobroć wnęki rezonansowej. 

Sprawność

Pasmo pracy

B [%]

1.00

0.80

0.60

0.40

0.00

16

12

8

4

0

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

1.00

Grubość podłoża

h/λ

o

ε

r

=2.2

ε

r

=10

ε

r

=2.2

ε

r

=10

η

Sprawność

Pasmo pracy

 

Rys. 5.1. Sprawność promieniowania i pasmo pracy prostokątnego elementu promieniującego  

w zależności od rodzaju i grubości podłoża [20] 

 

W  następnych  rozdziałach  przedstawiono  różne  konfiguracje  mikropaskowych 

wielowarstwowych  elementów  promieniujących  oraz  omówiono  ich  parametry.  Opisano 
również  zasady  projektowania,  tj.  określenie  częstotliwości  pracy,  impedancji  wejściowej  

Mikropaskowy element promieniujący na grubym podłożu 

S

TRONA

 33 

 

 

i szerokości częstotliwościowego pasma pracy. Określone zostały ponadto parametry polowe 
elementów promieniujących takie jak zysk energetyczny i charakterystyki promieniowania. 
 

5.1.  Element promieniujący na grubym podłożu zasilany sondą 

współosiową 

 

Zwiększenie  grubości  podłoża  pod  łatą  promieniującą  jest  praktycznie  najprostszym 

sposobem 

poszerzenia 

częstotliwościowego 

pasma 

pracy 

jednowarstwowego 

mikropaskowego  elementu  promieniującego.  Konfiguracja  taka  posiada  jednak  wady,  
o których już wspomniano w rozdziale 2. 

W  celu  zmniejszenia  niepożądanego  efektu  fali  powierzchniowej  grube  podłoże 

elementu  promieniującego  jest  wykonane  z  dielektryka  o  małej  względnej  przenikalności 
elektrycznej.  Najczęściej  stosowana  jest  tu  pianka  dielektryczna  lub  kompozytowy 
wypełniacz komórkowy. Budowę takiego elementu pokazano na rys. 5.2. 

Mikropaskowy  element  promieniujący  na  grubym  podłożu  zaliczono  w  niniejszej 

raporcie do  grupy wielowarstwowych elementów promieniujących.  Grube podłoże elementu 
jest  zbudowane w postaci dwóch warstw dielektryka. 

Zasilanie

ε

r

2

Pianka

dielektryczna

h2

h1

ε

r

1

Łata

promieniująca

Laminat

dielektryczny

 

Rys. 5.2. Konstrukcja mikropaskowego elementu promieniującego na grubym podłożu 

Pierwsza  warstwa,  umieszczona  bezpośrednio  na  metalowym  ekranie,  jest  wykonana  
z  materiału  o  małej  względnej  przenikalności  elektrycznej 

ε

r1

,  której  wartość  powinna  się 

mieść w granicach od 1 do 1,5. Grubość h

1

 warstwy jest głównym parametrem omawianego 

elementu  promieniującego.  Jej  wartość  decyduje  o  częstotliwości  rezonansowej  anteny, 
impedancji  wejściowej,  szerokości  częstotliwościowego  pasma  pracy  oraz  o  parametrach 
polowych.  
Druga  warstwa  jest  wykonana  z  laminatu  mikrofalowego  o  przenikalności  elektrycznej 

ε

r2

, 

przyjmującej wartości z przedziału od 2 do 4,5. Warstwa ta stanowi bezpośrednie podłoże dla 
metalowej  łaty  promieniującej  i  ma  znaczący  wpływ  na  parametry  całego  elementu 
promieniującego. Jej grubość h

2

 typowo mieści się w granicach od 0,3 mm do 1,8 mm. 

 

W  kolejnych  rozdziałach  przedstawiono  wyniki  badań  mikropaskowego  elementu 

promieniującego  na  grubym  podłożu.  Oceniono  ilościowy  i  jakościowy  wpływ  grubości 
podłoża  na  parametry  anteny  ze  szczególnym  uwzględnieniem  efektu  poszerzenia 
częstotliwościowego pasma pracy oraz zmiany zysku energetycznego. 
W  celu  uproszczenia  zagadnień  teoretycznych  badania  przeprowadzono  na  antenie 
mikropaskowej  z  prostokątna  łatą  promieniującą.  Podejście  takie  nie  zawęża  ogólności 
przeprowadzonych  rozważań,  a  otrzymane  wyniki  można  przenieść  na  inne  podstawowe 
kształty łat promieniujących [21].