Патч-антенна

Патч-антенна (от англ. patch — заплатка, в русскоязычной литературе используется термин полосковая антенна) — тип слабонаправленной антенны диапазонов УВЧ и СВЧ. Патч-антенна состоит из тонкой плоской металлической пластины ("пятачка"), расположенной на малом (0.01…0.1λ) расстоянии параллельно плоскому металлическому экрану. Зазор между пятачком и экраном может быть заполнен слоем диэлектрика (ε = 2.5…10, tgδ = 10-3…10-2), а сама антенна изготавливаться по технологии печатных плат (микрополосковая или печатная патч-антенна). Как правило, пятачок имеет прямоугольную форму, причем расстояние между излучающими сторонами прямоугольника (т. е. длина неизлучающих сторон) близка к половине рабочей длины волны (с учётом ε). Питание осуществляется штырем, проходящим сквозь экран (например, являющимся продолжением сигнального проводника коаксиальной линии) и смещенным от центра прямоугольника в сторону одной из его излучающих сторон, либо микрополосковой линией, сигнальный проводник которой расположен в плоскости пятачка и подходит к одной из его излучающих сторон. В обоих случаях возбуждающие проводники электрически соединяются с пятачком. Известен также электродинамический способ возбуждения пятачка через щель в экране. Поляризация излучаемой электромагнитной волны в направлении нормали к пятачку близка к линейной, известные технические решения позволяют формировать волну и с круговой поляризацией. Патч-антенна простейшей конструкции узкополосна (<5 %), но специальные технические решения позволяют расширить рабочую полосу частот до 50 % и более или строить многодиапазонные антенны. Принцип действия патч-антенны основан на резонансе моды TM10 в объёме под пятачком, возбуждении электрического поля в зазорах вдоль двух противоположных сторон пятачка, что может рассматриваться как сонаправленное протекание эквивалентного магнитного тока вдоль каждой из этих сторон, и возбуждении электромагнитной волны этими двумя участками магнитного тока. Действие патч-антенны аналогично действию пары синфазных параллельных друг другу щелевых антенн, разнесенных на небольшое (< λ/2) расстояние. Кроссполяризационное излучение в патч-антенне традиционной конструкции обусловлено излучением магнитного тока вдоль сторон пятачка, поперечных основным (т. е. создающим излучение на основной поляризации), в том числе, модой TM02. Это излучение скомпенсировано за счет интерференции только в плоскостях E и H и достигает максимума (—10 дБ) в диагональных плоскостях. Известно множество разновидностей патч-антенн, различающихся способом возбуждения, наличием согласующих элементов (щелей в пятачке и др.), формой пятачков (прямоугольная, круглая и др.), их числом в одном излучателе (один или несколько, как правило, не более трех), взаимным расположением (копланарное, стек) и способом взаимной связи (электрическое соединение, электродинамическая связь) и др., решающих определенные задачи и различающихся техническими характеристиками. Патч-антенны технологичны, просты в изготовлении, дёшевы, удобны для использования в качестве излучающего элемента антенной решетки, в том числе, антеннах бортовых радиолокаторов, базовых станций мобильной связи GSM, плоских антеннах для приема спутникового телевидения и др. В диапазоне ОВЧ патч-антенна может изготовляться как отдельное устройство, защищенное от внешних воздействий. Участок корпуса такого устройства напротив пятачка делается радиопрозрачным.