Patchantennen

Patchantennen, auch Mikrostreifen-Patch-Antennen genannt, sind planare Resonanzantennen, die auf einem Dielektrikum realisiert werden. Ein leitfähiger Patch sitzt auf der Vorderseite, dahinter befindet sich eine Gegenspannung oder ein Feednetz, und der darunter liegende Ground plane sorgt für die Rückreflexion. Durch diese Bauweise lassen sich Patchantennen gut in Leiterplatten integrieren.

Typische Bauformen sind rechteckige oder runde Patches aus Kupfer oder einem anderen leitfähigen Material auf einer Dielektrikumschicht, oft auf FR4, Rogers-Substraten oder ähnlichen Materialien. Die Abmessungen des Patches stehen in der Nähe der halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz im Dielektrikum, wodurch der TE10-Modus angeregt wird. Die Frequenz, Impedanzanpassung (typisch 50 Ohm) sowie Bandbreite hängen von Patchgröße, Dielektrikumhöhe und der Ankopplungsmethode ab. Patchantennen können über verschiedene Feeding-Methoden betrieben werden, etwa Mantel- oder Randkopplung, Koaxialstift, Proximity- oder Aperturkopplung, wobei Aperturkopplungen oft größere Bandbreiten ermöglichen.

Die Vorteile liegen in der geringen Bauhöhe, dem niedrigen Gewicht und der einfachen Integration in elektronische Bauteile. Zu den Einschränkungen gehören tendenziell engere Bandbreiten und Wirkungsgradprobleme bei bestimmten Substraten; die Bandbreite lässt sich durch mehrschichtige oder gestapelte Patches, Kopplung von Aperturen oder Arrays erhöhen. Patchantennen eignen sich gut für kompakte, flache Systeme und werden häufig in mobilen Terminals, WLAN-, GPS- und Satellitenanwendungen sowie in Antennensystemen für Radaranwendungen eingesetzt. In Arrays können sie die Direktionalität und Gewinnleistung gezielt steuern.