Хотел сперва написать комментарий к статье Патч‑антенна на 2,4 ГГц: расчёт, моделирование и согласование в ADS, но понял, что как отдельный пост было бы лучше.

Когда пишут о патч-антеннах, то постоянно смешивают два варианта конструкций: классические патч-антенны (микрополосковые антенны) и патч-антенны в широком смысле слова. И хочется внести в этот вопрос некоторую ясность.

Для начала надо вспомнить, что оптимальное расстояние излучателя до экрана . Это понадобиться в дальнейших рассуждениях

Микрополосковые антенны представляют из себя однослойную печатную плату с "землей" снизу и дорожками (микрополосками) и излучателями сверху. Свойства диэлектрического материала платы напрямую определяют свойства антенны. Плохой материал типа FR-4 приводит к заметным потерям в антенне. Толщина материала обычно намного меньше рабочей длины волны и условия излучения не оптимальны. Как говорят антенна слишком "емкостная" и добротность у нее высокая. Но чем меньше диэлектрическая проницаемость подложки, тем добротность излучателя меньше. Поэтому для антенн используют подложки с как можно меньшей диэлектрической проницаемостью.

Современные патч-антенны чаще всего конструируются в виде многослойных структур. Иногда их называют 2,5D структуры, т.к. они представляют собой плоские объекты, расположенные друг над другом и при необходимости соединенные между собой перемычками. Как только снимается ограничение на размещение всей антенны на одной печатной плате, то открывается множество вариантов.

С появлением лазерной резки и точных станков для гибки появилась возможность вообще отказаться от печатных плат (диэлектриков) и все делать из металла. Воздух является наилучшим диэлектриком и потери в таких антеннах определяются только потерями в проводнике. Многие "бытовые" антенны для сотовой связи производятся таким образом.

Если требования к точности изготовления проводников высоки, то изготовление их в виде печатных плат по-прежнему является наилучшим выбором. Для уменьшения потерь в диэлектрике можно использовать структуру с воздушным зазором между печатной платой и экраном антенны. Тогда можно использовать для материала печатной платы и FR-4, что не сильно сказывается на потерях в антенне, но намного дешевле чем использование СВЧ диэлектриков. Это также дает возможность увеличить рабочую полосу частот антенны, т.к. можно выбрать оптимальное расстояние между излучателем и экраном.

Для увеличения полосы пропускания антенны переходят к многослойным структурам с вторичными излучателями. Тут удобна аналогия с фильтрами, где управляя резонансными частотами в паре резонаторов можно задавать полосу пропускания. Можно достичь значительного перекрытия по частоте, например, 1800-2700 МГц (40% !).

Таким образом патч-антенны антенны на FR-4 могут иметь небольшие потери и большую полосу пропускания если рассматривать многослойную конструкцию антенны.

PS. Кое что поправил