2,4 GHz printet invertert-F antenne for kortholdskommunikasjon

Abstract

For å lage nye og mer kompakte RF enheter, trengs det også mindre antenner. I denne oppgaven er en invertert F-antenne studert. Det er utført simuleringer for å kartlegge hvordan antennens egenskaper forandrer seg når ulike dimensjoner endres, og hvordan størrelsen på jordplanet påvirker antennen. Overgangen fra SMA-kontakt til koplanar transmisjonslinje er simulert for å minimere refleksjoner som kan komme av dårlige overganger. Det er simulert en antenne på et stort jordplan, og en antenne på et lite jordplan, som begge opererer i 2,4 GHz-båndet, nærmere bestemt 2,40 - 2,48 GHz. De simulerte antennene er produsert på et FR4-substrat, og målinger er utført og sammenlignet med simuleringene. I simuleringene ble det lagt vekt på at standbølgeforholdet var lavere enn 2 i frekvensbåndet, med laveste verdi ved omtrent 2,44 GHz. Ved simuleringer ble det funnet at antennens effektivitet var 0,74 for antenne på stort jordplan, og 0,93 for antenne på lite jordplan. Målinger viste at antennenes resonansfrekvens var forskjøvet noe opp i frekvens og at antennene ikke overholdt kravene. En enkel justering av en parameter på de produserte antennene, fikk resonansfrekvensen ned til 2,44 GHz. Simuleringer i etterkant av målingene viser at simuleringsresultatene stemmer bedre overens med målingene når er til FR4-substratet ligger nærmere 4,35 enn 4,4 som var den initielle verdien i simuleringene. Strålingsdiagrammet til antennene ble simulert og målt, et omnidireksjonalt strålingsdiagram i samme plan som kretskortet (XY-planet) hadde vært ideelt, men blant annet på grunn av at antennen ikke er symmetrisk, ble ikke dette tilfelle. Det ble ikke lagt vekt på forming av strålingsdiagram, men simuleringer og målinger stemmer relativt bra overens. Antennen er testet sammen med nRF24LE1 mikrokontroller med radio fra Nordic Semiconductor. Målinger av utstrålt effekt viste at antennens resonansfrekvens er på omtrent 2,40 GHz når det befinner seg komponenter på kretskortet og kobberbaner deler opp jordplanet. Dette bekreftet at antennens egenskaper er avhengige av hva som befinner seg i nærfeltet og at antennens siste tilpasning må gjøres i den applikasjonen den skal brukes.