Спиральный проект антенны

Этот пример изучает спиральную антенну, спроектированную в [2] относительно достигнутой направленности. Спиральные антенны были введены в 1 947 [1]. С тех пор они широко использовались в определенных приложениях, таких как мобильная и спутниковая связь. Спиральные антенны обычно используются в осевом режиме работы, который происходит, когда окружность спирали сопоставима с длиной волны операции. В этом режиме спиральная антенна имеет максимальную направленность вдоль своей оси и излучает циркулярно поляризованную волну.

Спиральные спецификации проекта

Спиральные спецификации проекта антенны можно следующим образом ([2]):

Частотный диапазон: 1.3 - 2 ГГц
Усиление: 13 dBi +/-1.5 dBi
Коэффициент эллиптичности: <1.5

Предположения модели и различия

По сравнению с Касательно [2], спиральная модель антенны, доступная в тулбоксе, использует следующие предположения упрощения:

Проводник - исходная ссылка использует цилиндр радиуса r, в то время как тулбокс использует полосу ширины w.
Оснуйте плоскую форму - квадратная наземная плоскость используется в исходной ссылке, в то время как существующая модель тулбокса использует круговую форму.
Ширина Канала - ширина канала в [2] является r/10, в то время как модель тулбокса использует w.
Спроектируйте метрику валидации - Касательно [2], использовал усиление, чтобы сравнить результаты симуляции и измерения, тогда как в тулбоксе, мы будем использовать направленность, поскольку симулированная антенна имеет незначительно маленькую потерю.

Спиральные расчетные параметры

Спиральная модель в тулбоксе использует приближение полосы, которое связывает ширину полосы к радиусу эквивалентного цилиндра [3]. Кроме того, спиральная модель в тулбоксе имеет круговую наземную плоскость. Выберите радиус наземной плоскости, чтобы быть половиной длины стороны квадратной наземной плоскости.

r           = 0.3e-3;
width       = cylinder2strip(r);
feedheight  = 3*r;
D           = 56e-3;
radius      = D/2;
turns       = 17.5;
pitch       = 11.2;
spacing     = helixpitch2spacing(pitch,radius);
side        = 600e-3;
radiusGP    = side/2;

Частота операции и пропускной способности

Центральная частота выбрана в качестве 1,65 ГГц. Относительная пропускная способность 45% выбрана, который обеспечивает достаточную гибкость начиная с операционного предельного результата частоты в относительной пропускной способности 42,5%. Относительная пропускная способность вычисляется как,

$B W_{r e l a t i v e} = (f_{u p p e r} - f_{l o w e r}) / f_{c}$

fc          = 1.65e9;
relativeBW  = 0.45; 
BW          = relativeBW*fc;

Создайте спиральную антенну

Создайте спиральную антенну с соответствующими свойствами, как вычислено прежде и просмотрите структуру.

hx = helix('Radius',radius,'Width',width,'Turns',turns,...
           'Spacing',spacing,'GroundPlaneRadius',radiusGP,...
           'FeedStubHeight',feedheight);
figure;
show(hx);

Поведение шаблона

Постройте диаграмму направленности направленности спиральной антенны на центральной частоте 1,65 ГГц. Этот шаблон подтверждает осевой режим работы для спиральной антенны.

figure;
pattern(hx,fc);

Чтобы вычислить изменение направленности основного луча как функция частоты, выберите частотный диапазон согласно [2].

Nf1     = 15;
Nf2     = 20;
fmin    = 1.2e9; 
fmax    = 2.1e9; 
fstep   = 0.1e9;
fband1  = linspace(fmin,1.3e9,Nf1);
fband2  = linspace(fmin,fmax,Nf2);
freq    = unique([fband1,fband2]);
Nf      = length(freq);
D       = nan(1,Nf);
f_eng   = freq./1e9;
f_str   = 'G';
fig1 = figure;
for i = 1:length(freq)
    D(i) = pattern(hx,freq(i),0,90);
    figure(fig1)
    plot(f_eng,D,'x-')
    grid on
    axis([f_eng(1) f_eng(end) 9 16 ])
    xlabel(['Frequency (' f_str 'Hz)'])
    ylabel('Directivity (dBi)')
    title('Peak Directivity Variation vs. Frequency')
    drawnow
end

Обсуждение результатов

Сравнивая этот результат с Рис. 11 в [2] реплицированный ниже, мы заключаем количественное соглашение.

Симулированные и измеренные RHC получают для NB и проектов WB3 [2] (Воспроизведенный с разрешением от IEEE)

Смотрите также

Сравнение измерения монополя

Ссылки

[1] Дж. Д. Крос, "Спиральные Остронаправленные антенны", Электроника, 20, апрель 1947, стр 109-111.

[2] А. Р. Дьердьевич, А. Г. Зэджик, М. М. Илич, Г. Л. Стубер, "Оптимизация Спиральных антенн [Notebook Antenna Designer]", Антенны IEEE и Журнал Распространения, vol.48, № 6, pp.107-115, декабрь 2006.

[3] К. А. Баланис, 'Теория Антенны. Анализ и проектирование', p. 514, Вайли, Нью-Йорк, 3-й Выпуск, 2005.

Документация