Создайте антенну закрашенной фигуры на Низком Эпсилоне тонкая подложка

Создайте прямоугольную антенну закрашенной фигуры с длиной 40 мм и шириной 30 мм на наземной плоскости на 80 мм x 60 мм. Подложка без потерь имеет диэлектрическую постоянную 2,2 и толщину 1.57 мм. Канал возмещен на 5,5 мм от источника вдоль оси X.

p1 = patchMicrostrip;
p1.Length = 40e-3;
p1.Width = 30e-3;
p1.Height = 1.57e-3;
p1.GroundPlaneLength = 80e-3;
p1.GroundPlaneWidth = 60e-3;
p1.FeedOffset = [5.5e-3 0];

Antenna Toolbox™ имеет список подложек, поддержанных как часть его диэлектрического каталога. Чтобы открыть каталог используют следующую команду.

openDielectricCatalog

Подложка, заданная для этой закрашенной фигуры, не является частью диэлектрического каталога. Можно добавить его в каталог при желании, так, чтобы материал мог использоваться в следующий раз, не задавая его электрические свойства. Можно также задать свойство подложки непосредственно, а также показанный ниже.

p1.Substrate = dielectric('Name','material1','EpsilonR',2.33);

Как обозначено в ссылке [1], канал моделируется как квадратный столбец стороны 1 мм. Эта модель канала доступна в pcbStack. Преобразуйте модель закрашенной фигуры в представление стека и смоделируйте канал.

pb1 = pcbStack(p1);
pb1.FeedDiameter = sqrt(2)*1e-3;
pb1.FeedViaModel = 'square'

pb1 = 
  pcbStack with properties:

              Name: 'Probe-fed rectangular microstrip patch'
          Revision: 'v1.0'
        BoardShape: [1×1 antenna.Rectangle]
    BoardThickness: 0.0016
            Layers: {[1×1 antenna.Rectangle]  [1×1 dielectric]  [1×1 antenna.Rectangle]}
     FeedLocations: [0.0055 0 1 3]
      FeedDiameter: 0.0014
      ViaLocations: []
       ViaDiameter: []
      FeedViaModel: 'square'
       FeedVoltage: 1
         FeedPhase: 0
              Tilt: 0
          TiltAxis: [1 0 0]
              Load: [1×1 lumpedElement]

figure
show(pb1)

Визуализируйте тонкую производительность антенны закрашенной фигуры

Поймайте в сети структуру путем определения максимума и минимальных длин ребра. Ниже mesh, используемая, чтобы смоделировать антенну. Треугольники используются, чтобы дискретизировать металлические области закрашенной фигуры, и тетраэдры используются, чтобы дискретизировать объем диэлектрической подложки в закрашенной фигуре. Они обозначаются цветами, желтыми и зелеными соответственно. Общее количество неизвестных является суммой неизвестных для металла плюс неизвестные, используемые в диэлектрике. В результате время, чтобы вычислить решение значительно увеличивается по сравнению с чистыми металлическими антеннами.

figure
mesh(pb1,'MaxEdgeLength',.01,'MinEdgeLength',.003)

Импеданс антенны показывает резонанс на уровне 2,37 ГГц. Это значение очень близко к результатам, опубликованным в газете.

figure
impedance(pb1,linspace(2.2e9,2.5e9,21))

Шаблон антенны в резонансе также показывает универсальному освещению над землей плоскость с минимальной утечкой ниже его.

figure
pattern(pb1, 2.37e9)

Моделирование тонкого по сравнению с толстыми диэлектрическими подложками

Толщина диэлектрической подложки измеряется относительно длины волны. В случае выше длины волны в свободном пространстве приблизительно 126 мм. Длина волны в диэлектрике аппроксимирована путем деления вышеупомянутого номера квадратным корнем из диэлектрической постоянной. Это значение составляет приблизительно 85 мм. Таким образом, толщина подложки о 1/50-й из длины волны в диэлектрике. Это - тонкая подложка.

Следующий случай рассматривает антенну закрашенной фигуры на подложке, толщина которой является 1/10-й из длины волны в диэлектрике. Это - толстая подложка. Метод решателя моментов требует, чтобы по крайней мере 10 элементов на длину волны дали точное решение. Таким образом, если диэлектрическая толщина становится больше, чем это, точность решения затронута. В Antenna Toolbox, если толщина подложки больше 1/10-я из длины волны в диэлектрике, запутывающее руководство рекомендуется для решения антенны. Когда 10 элементам на критерии длины волны не удовлетворяют, определенное количество ошибки в решении ожидается.

Создайте антенну закрашенной фигуры на Высоком Эпсилоне толстая подложка

Создайте прямоугольную антенну закрашенной фигуры с длиной 36 мм и шириной 48 мм на наземной плоскости на 55 мм x 80 мм. Подложка без потерь имеет диэлектрическую постоянную 9,29 и толщину 3.82 мм. Канал возмещен на 4 мм от источника вдоль оси X. Подобно предыдущему случаю преобразуйте модель в представление стека и измените модель канала, как отмечено в [1].

p2 = patchMicrostrip;
p2.Length = 36e-3;
p2.Width = 48e-3;
p2.Height = 3.82e-3;
p2.GroundPlaneLength = 55e-3;
p2.GroundPlaneWidth = 80e-3;
p2.FeedOffset = [4.0e-3 0];
p2.Substrate = dielectric('Name','material2','EpsilonR',9.29);
pb2 = pcbStack(p2);
pb2.Layers{1}.NumPoints = 40;
pb2.Layers{3}.NumPoints = 40;
pb2.FeedDiameter = sqrt(2)*1e-3;
pb2.FeedViaModel = 'square';
figure
show(pb2)

Визуализируйте толстую производительность антенны закрашенной фигуры

Это - возможно, самый сложный случай с числовой точки зрения - толстый диэлектрик высокого эпсилона со значительными окаймляющими полями близко к ребрам закрашенной фигуры [1]. Фигура ниже показов график импеданса антенны с резонансом близко к 1,22 ГГц. Бумага показывает резонанс близко к 1,27 ГГц.

figure
impedance(pb2,linspace(1.2e9,1.35e9,7))

Ниже mesh, используемая в вычислении производительности антенны.

figure
mesh(pb2)

Чтобы улучшить результат совершенствовали mesh. Mesh может быть усовершенствована с помощью максимальных критериев длины ребра. В случае ниже максимального ребра длина установлена в 1,65 мм. Как видно ниже, сгенерированы более чем 13 000 тетраэдров. Когда mesh прекрасна очень, результаты занимают более длительное время, чтобы вычислить и следовательно сохранены в .mat файле.

figure
mesh(pb2,'MaxEdgeLength',.00165)

Графический вывод импеданса показывает резонанс близко к 1,27 ГГц как ожидалось.

load thickpatch
figure
plot(freq*1e-9, real(Z), 'b', freq*1e-9, imag(Z), 'r', 'LineWidth',2);
legend('resistance', 'reactance');
title('Impedance');
ylabel('Impedance (ohms)');
xlabel('Frequency (GHz)');
grid on;

Информация направленности для этой закрашенной фигуры также предварительно вычисляется и хранится. Это может быть построено с помощью функции patternCustom как показано ниже. Значительный задний лепесток наблюдается для толстой антенны закрашенной фигуры.

figure
patternCustom(D.', 90-el, az);
h = title('Directivity (dBi)');
h.Position = [-0.4179, -0.4179, 1.05];

Ссылка

[1] С. Н. Макаров, С. Д. Калкарни, А. Г. Мэрут и Л.К. Кемпель 'Метод Решения Моментов для Печатной Антенны Закрашенной фигуры/Паза на Тонкой Конечной Диэлектрической Подложке Используя Интегральное уравнение Объема', Сделка IEEE на Антенне и Распространении, издании 54, № 4, апрель 2006, стр 1174 - 1184.