माइक्रोस्ट्रिप एंटीना फीडिंग विधियाँ: प्रकार और चयन

माइक्रोस्ट्रिप एंटीना फीड क्या है?

फीड, आरएफ स्रोत या रिसीवर को विकिरण पैच से जोड़ता है और सिस्टम प्रतिबाधा को एंटेना इनपुट प्रतिबाधा में परिवर्तित करता है। व्यावहारिक डिजाइन में, फीड एंटेना का ही एक हिस्सा होता है, न कि कोई अलग भाग। इसकी ज्यामिति धारा वितरण, अनुनाद आवृत्ति, प्रतिगमन हानि, उपयोगी बैंडविड्थ और अवांछित विकिरण को प्रभावित करती है।

माइक्रोस्ट्रिप एंटीना फीड को आमतौर पर प्रत्यक्ष संपर्क विधियों और विद्युत चुम्बकीय युग्मन विधियों में विभाजित किया जाता है। माइक्रोस्ट्रिप लाइन और समाक्षीय प्रोब फीड पैच के साथ सीधा विद्युत संपर्क बनाते हैं। एपर्चर-युग्मित और निकटता-युग्मित फीड विद्युत चुम्बकीय युग्मन के माध्यम से ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं और सामान्यतः एक से अधिक सब्सट्रेट परत का उपयोग करते हैं।

माइक्रोस्ट्रिप एंटीना फीडिंग के चार मुख्य तरीके

1. माइक्रोस्ट्रिप लाइन फ़ीड

माइक्रोस्ट्रिप लाइन फीड में, एक प्रिंटेड ट्रांसमिशन लाइन सीधे पैच से जुड़ी होती है। लाइन और पैच को एक ही सबस्ट्रेट पर एक ही पीसीबी प्रक्रिया में बनाया जा सकता है, जिससे यह विधि सरल, कम जगह घेरने वाली और कम लागत वाले उत्पादन तथा कई प्रिंटेड एरे के लिए उपयुक्त बन जाती है।

इंपीडेंस मैचिंग को फीड लाइन की चौड़ाई बदलकर, इनसेट का उपयोग करके, क्वार्टर-वेव ट्रांसफार्मर जोड़कर या लाइन और पैच के बीच जंक्शन को अनुकूलित करके समायोजित किया जा सकता है। मुख्य सीमा यह है कि फीड लाइन से भी विकिरण निकलता है। यह अवांछित विकिरण क्रॉस-पोलराइजेशन और विकिरण पैटर्न को प्रभावित कर सकता है, खासकर जब सब्सट्रेट अपेक्षाकृत मोटा हो या फीड नेटवर्क लंबा हो।

2. समाक्षीय प्रोब फ़ीड

एक समाक्षीय प्रोब फीड ग्राउंड प्लेन और सबस्ट्रेट से होकर गुजरती है। समाक्षीय बाहरी कंडक्टर ग्राउंड प्लेन से जुड़ा होता है, जबकि आंतरिक कंडक्टर पैच से जुड़ा होता है। प्रोब की स्थिति को बदलकर, विकिरण सतह पर फीड लाइन प्रिंट किए बिना वांछित इनपुट प्रतिरोध का चयन करना सुविधाजनक होता है।

यह विधि फीड-पॉइंट प्लेसमेंट में लचीलापन और आमतौर पर कम फीड-लाइन रेडिएशन प्रदान करती है, लेकिन इसके लिए ड्रिलिंग और एक विश्वसनीय विद्युत कनेक्शन की आवश्यकता होती है। एक लंबी प्रोब इंडक्टेंस उत्पन्न करती है, इसलिए विद्युत रूप से मोटी सतहों या उच्च आवृत्तियों पर प्रदर्शन खराब हो सकता है। इसलिए, कनेक्टर की ज्यामिति, सोल्डर की मात्रा और निर्माण सहनशीलता को अंतिम मॉडल में शामिल किया जाना चाहिए।

3. छिद्र-युग्मित फ़ीड

एपर्चर-युग्मित फीड प्रणाली में ट्रांसमिशन लाइन ग्राउंड प्लेन के नीचे और पैच उसके ऊपर स्थित होता है। ऊर्जा ग्राउंड प्लेन में बने एक स्लॉट से होकर गुजरती है। ग्राउंड प्लेन फीड नेटवर्क को रेडिएटिंग पैच से अलग करता है, इसलिए यह व्यवस्था फीड और रेडिएटर के बीच अच्छा अलगाव प्रदान करती है और अवांछित फीड विकिरण को कम कर सकती है।

स्लॉट के आयाम, स्लॉट की स्थिति, फीड-लाइन स्टब, सब्सट्रेट की मोटाई और डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक, ये सभी कपलिंग और मैचिंग को प्रभावित करते हैं। एपर्चर कपलिंग कई डायरेक्ट फीड की तुलना में व्यापक बैंडविड्थ को सपोर्ट कर सकता है, लेकिन इसके लिए मल्टीलेयर संरचना और लाइन, स्लॉट और पैच के बीच सटीक संरेखण की आवश्यकता होती है।

4. निकटता-युग्मित फ़ीड

निकटता-युग्मित फीड, जिसे विद्युतचुंबकीय रूप से युग्मित फीड भी कहा जाता है, में माइक्रोस्ट्रिप लाइन पैच के नीचे रखी जाती है और एक परावैद्युत परत द्वारा उससे अलग की जाती है। लाइन पैच के कुछ हिस्से को ओवरलैप करती है, और ऊर्जा विद्युतचुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से स्थानांतरित होती है। इसमें कोई सीधा विद्युत कनेक्शन नहीं होता और ग्राउंड प्लेन में कोई स्लॉट नहीं होता।

ओवरलैप की लंबाई, लाइन की स्थिति, सब्सट्रेट के गुण और परत की मोटाई कपलिंग को नियंत्रित करते हैं। यह विधि व्यापक प्रतिबाधा बैंडविड्थ और कम अवांछित विकिरण प्रदान कर सकती है, लेकिन दो-परत संरचना मोटी होती है और संरेखण और बॉन्डिंग सहनशीलता के प्रति अधिक संवेदनशील होती है।

माइक्रोस्ट्रिप एंटीना फीडिंग विधियों की तुलना

खिलाने की विधि	विशिष्ट बैंडविड्थ क्षमता	छलरचना	फ़ीड विकिरण / अलगाव	सबसे उपयुक्त
माइक्रोस्ट्रिप लाइन	संकीर्ण से मध्यम	सरल, एकल-परत पीसीबी	अधिक फीड-लाइन विकिरण	कम प्रोफ़ाइल, कम लागत वाले मुद्रित डिज़ाइन और सरणियाँ
समाक्षीय जांच	संकीर्ण से मध्यम	ड्रिलिंग और ऊर्ध्वाधर कनेक्शन	कम फीड-लाइन विकिरण	लचीली एकल-तत्व फ़ीड-पॉइंट ट्यूनिंग
एपर्चर युग्मित	मध्यम से चौड़ा	स्लॉट संरेखण के साथ बहुपरत	अच्छा फ़ीड अलगाव	ऐसे डिज़ाइन जिनमें अलगाव और व्यापक बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है
निकटता-युग्मित	चौड़ा	ओवरलैप संरेखण के साथ बहुपरत	कम अवांछित विकिरण	ब्रॉडबैंड डिज़ाइन जहां अतिरिक्त मोटाई स्वीकार्य है

ये सापेक्षिक डिज़ाइन रुझान हैं, निश्चित प्रदर्शन गारंटी नहीं। पैच का आकार, सब्सट्रेट हानि, परावैद्युत स्थिरांक, मोटाई, आवृत्ति, फ़ीड-नेटवर्क की लंबाई और विनिर्माण सहनशीलता परिणाम को बदल सकती है।

सही आहार विधि का चयन कैसे करें

• आवश्यक बैंडविड्थ:नैरोबैंड सिस्टम के लिए डायरेक्ट फीड अक्सर पर्याप्त होते हैं। जब व्यापक प्रतिबाधा बैंडविड्थ प्राथमिक आवश्यकता हो, तो एपर्चर या प्रॉक्सिमिटी कपलिंग को प्राथमिकता दी जा सकती है।
• प्रोफ़ाइल और परत संख्या:माइक्रोस्ट्रिप लाइन फीड से संरचना पतली और निर्माण में आसान रहती है। युग्मित फीड के लिए अतिरिक्त परतों और संरेखण की आवश्यकता होती है।
• विकिरण शुद्धता:यदि फीड-नेटवर्क विकिरण या आगे से पीछे तक अलगाव महत्वपूर्ण है, तो एक एपर्चर-युग्मित संरचना फीड को पैच से अलग कर सकती है।
• ऐरे एकीकरण:प्रिंटेड माइक्रोस्ट्रिप नेटवर्क एरे के लिए सुविधाजनक होते हैं, लेकिन नेटवर्क की लंबाई बढ़ने के साथ लाइन लॉस और पैरासिटिक रेडिएशन बढ़ जाते हैं। कॉर्पोरेट-फीड लेआउट और एम्प्लीट्यूड/फेज टॉलरेंस का एक साथ मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
• आवृत्ति और सहनशीलता:मिलीमीटर-तरंग आवृत्तियों पर, कनेक्टर संक्रमण, नक़्क़ाशी सहिष्णुता, सब्सट्रेट की मोटाई और पंजीकरण त्रुटियां विद्युत रूप से महत्वपूर्ण हो जाती हैं।
• शक्ति और तापीय सीमाएँ:इच्छित शक्ति स्तर के लिए कंडक्टर हानि, परावैद्युत तापन, कनेक्टर धारा घनत्व और स्थानीय क्षेत्र सांद्रता की जाँच की जानी चाहिए।
• लागत और पुनरावृत्ति क्षमता:सबसे अच्छी सिम्युलेटेड बैंडविड्थ वाला डिज़ाइन उत्पादन के लिए सबसे अच्छा विकल्प नहीं हो सकता है यदि इसके लिए कठिन बॉन्डिंग या सटीक मल्टीलेयर अलाइनमेंट की आवश्यकता हो।

कोएक्सियल प्रोब फीड पॉइंट का चयन कैसे करें

सही प्रोब स्थिति वह स्थान है जहाँ वांछित इनपुट प्रतिबाधा प्राप्त होती है और साथ ही इच्छित मोड को स्वीकार्य क्रॉस-पोलराइजेशन के साथ उत्तेजित किया जाता है। इसे पैच के केंद्र, अधिकतम विद्युत क्षेत्र बिंदु या अधिकतम धारा बिंदु पर स्वचालित रूप से नहीं चुना जाना चाहिए।

अपने मूल मोड में काम करने वाले एक पारंपरिक आयताकार पैच के लिए, इनपुट प्रतिरोध आमतौर पर विकिरण किनारे के पास अधिक होता है और अनुनाद दिशा के साथ केंद्र की ओर बढ़ने पर घटता जाता है। 50 ओम का एक बिंदु आमतौर पर किनारे और केंद्र के बीच पाया जाता है। सटीक स्थिति पैच के आयामों, सब्सट्रेट के गुणों, प्रोब के व्यास, ग्राउंड प्लेन, कनेक्टर और आस-पास की संरचनाओं पर निर्भर करती है।

1. आवश्यक अनुनादी आवृत्ति और ध्रुवीकरण के लिए पैच के आयामों से शुरुआत करें।
2. वांछित मोड को उत्तेजित करने और क्रॉस-पोलराइज्ड क्षेत्रों को सीमित करने में मदद करने के लिए प्रोब को उपयुक्त समरूपता रेखा पर रखें।
3. लक्ष्य प्रतिबाधा और प्रतिगमन हानि प्राप्त होने तक पूर्ण-तरंग विद्युतचुंबकीय मॉडल में विकिरण किनारे से ऑफसेट को स्वीप करें।
4. अंतिम असेंबली में समाक्षीय संक्रमण, प्रोब प्रेरकत्व, सोल्डर पैड, परिमित ग्राउंड प्लेन, एनक्लोजर और रेडोम को शामिल करें।
5. सब्सट्रेट की मोटाई, परावैद्युत स्थिरांक, नक़्क़ाशी और फ़ीड-स्थिति त्रुटि के लिए एक सहनशीलता मॉडल बनाएं।
6. कैलिब्रेटेड वेक्टर नेटवर्क एनालाइजर का उपयोग करके निर्मित एंटीना का सत्यापन करें और माप और सिमुलेशन संदर्भ तलों की तुलना करने के बाद ही समायोजन करें।

डिजाइन और माप जांच

फ़ीड अनुकूलन का सत्यापन एक से अधिक S-पैरामीटर मानों के आधार पर किया जाना चाहिए। एक संपूर्ण समीक्षा में सामान्यतः निम्नलिखित शामिल होते हैं:

• अनुनाद आवृत्ति, S11, वापसी हानि, VSWR और प्रतिबाधा बैंडविड्थ।
• ऑपरेटिंग बैंड में वास्तविक और काल्पनिक इनपुट प्रतिबाधा।
• कुल दक्षता, प्राप्त लाभ और चालक/परावैद्युत हानि।
• मुख्य तलों में सह-ध्रुवीकृत और पर-ध्रुवीकृत विकिरण पैटर्न।
• फीड या कनेक्टर के कारण होने वाला फ्रंट-टू-बैक अनुपात, साइडलोब्स और पैटर्न विरूपण।
• अनपेक्षित सतह-तरंग या उच्च-क्रम मोड का वर्तमान वितरण और साक्ष्य।
• अपेक्षित तापमान, रेडोम, हाउसिंग, केबल रूटिंग और इंस्टॉलेशन स्थितियों के तहत प्रदर्शन।

आवेदन

माइक्रोस्ट्रिप एंटेना और एरे का उपयोग वायरलेस संचार टर्मिनलों, उपग्रह और नेविगेशन उपकरणों, रडार सेंसर, टेलीमेट्री, एयरोस्पेस प्लेटफॉर्म, परीक्षण प्रणालियों और कॉम्पैक्ट एम्बेडेड आरएफ उत्पादों में किया जाता है। फीड आर्किटेक्चर का चयन वास्तविक सिस्टम आवश्यकता के अनुसार किया जाना चाहिए: एक साधारण प्रिंटेड फीड कॉम्पैक्ट नैरोबैंड यूनिट के लिए आदर्श हो सकता है, जबकि व्यापक बैंडविड्थ या बेहतर आइसोलेशन के लिए कपल्ड फीड उपयुक्त हो सकता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

माइक्रोस्ट्रिप एंटीना को फीड करने की सबसे सरल विधि कौन सी है?

माइक्रोस्ट्रिप लाइन फीड आमतौर पर सबसे सरल होती है क्योंकि लाइन और पैच को एक ही सब्सट्रेट पर प्रिंट किया जा सकता है। इसे प्लेनर फीड नेटवर्क के साथ आसानी से एकीकृत किया जा सकता है, हालांकि फीड-लाइन विकिरण को नियंत्रित करना आवश्यक है।

कौन सी फीडिंग विधि सबसे व्यापक बैंडविड्थ प्रदान करती है?

निकटता-युग्मित और एपर्चर-युग्मित फीड आमतौर पर बुनियादी प्रत्यक्ष फीड की तुलना में अधिक बैंडविड्थ क्षमता प्रदान करते हैं। वास्तविक बैंडविड्थ अभी भी संपूर्ण एंटीना ज्यामिति और सब्सट्रेट स्टैक पर निर्भर करती है।

विकिरण वाले क्षेत्र से सबसे अच्छा अलगाव कौन सा चारा प्रदान करता है?

एपर्चर कपलिंग मजबूत संरचनात्मक अलगाव प्रदान करती है क्योंकि एक ग्राउंड प्लेन फीड लाइन को पैच से अलग करता है। स्लॉट लीकेज और बैक रेडिएशन का मूल्यांकन अभी बाकी है।

क्या फीड पॉइंट अनुनाद आवृत्ति को बदलता है?

इसका मुख्य उद्देश्य प्रतिबाधा मिलान है, लेकिन जांच या लाइन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को भी प्रभावित करती है। बड़ी जांच, लंबी जांच, मजबूत युग्मन या संवेदनशील क्षेत्र के निकट फीड अनुनाद के साथ-साथ इनपुट प्रतिबाधा को भी स्थानांतरित कर सकती है।

फीडिंग और इम्पीडेंस मैचिंग में क्या अंतर है?

फीडिंग से तात्पर्य है कि RF ऊर्जा पैच तक कैसे पहुंचाई जाती है। प्रतिबाधा मिलान वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एंटीना इनपुट को ट्रांसमिशन लाइन (आमतौर पर 50 ओम) के साथ संगत बनाया जाता है। फीड की स्थिति और ज्यामिति महत्वपूर्ण मिलान कारक हैं, लेकिन अतिरिक्त ट्रांसफार्मर, इनसेट, स्टब्स या मिलान नेटवर्क का भी उपयोग किया जा सकता है।

निष्कर्ष

माइक्रोस्ट्रिप एंटीना फीड का चयन एक सिस्टम-स्तरीय निर्णय है। माइक्रोस्ट्रिप लाइन और कोएक्सियल प्रोब फीड सरलता और सीधे ट्यूनिंग के लिए उपयुक्त हैं, जबकि एपर्चर और प्रॉक्सिमिटी कपलिंग अतिरिक्त परतों और सख्त निर्माण नियंत्रण की कीमत पर बेहतर आइसोलेशन या व्यापक बैंडविड्थ प्रदान करते हैं। अंतिम प्रदर्शन की पुष्टि हमेशा फुल-वेव सिमुलेशन, टॉलरेंस विश्लेषण और कैलिब्रेटेड माप के साथ की जानी चाहिए।

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