Спираль и параметры отражателя

Спиральные параметры антенны и размерности отражателя обеспечиваются в [1]. Частотный диапазон проекта составляет 4-9 ГГц, и аналитический частотный диапазон охватит 3-10 ГГц.

a = 0.35;
rho = 1.5e-3;
phi_start = -0.25*pi;
phi_end = 2.806*pi;
R_in = rho*exp(a*(phi_start + pi/2));
R_out = rho*exp(a*(phi_end + pi/2));
gndL = 167e-3;
gndW = 167e-3;
spacing = 7e-3;

Создайте антенну логарифмической спирали

Создайте антенну логарифмической спирали с помощью заданных параметров.

sp = spiralEquiangular;
sp.GrowthRate = a;
sp.InnerRadius = R_in;
sp.OuterRadius = R_out;
figure;
show(sp)
title('Equiangular Spiral Antenna Element');

Создайте отражатель и присвойте спиральную антенну как ее возбудитель. Настройте интервал между отражателем и спиралью, чтобы быть 7 мм. Анализ первой передачи будет с бесконечно большим groundplane. Для этого присвойте groundplane длину и/или ширину к inf.

rf = reflector;
rf.GroundPlaneLength = inf;
rf.GroundPlaneWidth = inf;
rf.Exciter = sp;
rf.Spacing = spacing;
figure
show(rf)
title('Equiangular Spiral Antenna Element Over an Infinite Reflector');

Анализ импеданса спирали с и без отражателя Бога

Задайте частотный диапазон для анализа импеданса. Сохраните частотный диапазон, производящий крупный, чтобы получить полную идею поведения. Детальный анализ будет следовать. Анализируйте импеданс обеих антенн: спиральная антенна в свободном пространстве и антенна с бесконечным отражателем.

freq = linspace(3e9,10e9,31);
figure;
impedance(sp,freq)

figure;
impedance(rf,freq);

Импеданс для спирали без отражателя является гладким и в сопротивлении и в реактивном сопротивлении. Сопротивление содержит устойчивый вокруг 184 значений, в то время как реактивное сопротивление несмотря на то, что немного емкостный, не показывает решительных изменений. Однако представление бесконечно большого отражателя при интервале 7 мм нарушает это сглаженное поведение и для сопротивления и для реактивного сопротивления.

Сделайте отражатель конечным

Измените отражатель, чтобы быть конечных размерностей при помощи размерностей, заданных ранее согласно [1].

rf.GroundPlaneLength = gndL;
rf.GroundPlaneWidth = gndW;
show(rf);
title('Equiangular Spiral Antenna Element Over a Finite Reflector');

Поймайте в сети различные части независимо

Чтобы анализировать поведение спиральной антенны, поддержанной отражателем конечного размера, поймайте в сети антенну и отражатель независимо. Самая высокая частота в анализе составляет 10 ГГц, который соответствует 3 см. Поймайте в сети спиральный edgelength имеющий 2 мм (ниже, чем = 3 мм на уровне 10 ГГц). Это требование ослабляется для отражателя, который пойман в сети edgelength имеющий 8 мм (немного ниже, чем = 10 см на уровне 3 ГГц).

ms_new = mesh(rf.Exciter,'MaxEdgeLength',.002)
mr_new = mesh(rf,'MaxEdgeLength',0.008)

Анализ импеданса спиральной антенны с конечным отражателем

Запустите следующий фрагмент кода в подсказке в командном окне, чтобы создать точный график импеданса для конечного отражателя, показанного на рисунке, который следует. Поведение импеданса, типичное для бесконечно большого отражателя, также наблюдается для конечного отражателя.

fig1 = figure;
impedance(rf,freq);

Рис. 1: Входной импеданс спирали с металлом (PEC) отражатель.

Поверхностные токи на поддержанной отражателем спиральной антенне

Запустите следующий фрагмент кода в подсказке в Командном окне, чтобы воссоздать графики распределения тока, показанные на рисунке, который следует. Поскольку диапазон частот проекта составляет 4 - 9 ГГц, выберите две частоты ребра полосы для наблюдения поверхностных токов на спиральной антенне. От анализа импеданса, присутствия нескольких резонансов на более низком уровне диапазона частот проекта, должен проявиться в поверхностных токах на уровне 4 ГГц.

fig2 = figure;
current(rf,4e9)

Рис. 2: Поверхностная плотность тока на уровне 4 ГГц.

На первый взгляд поверхностный график плотности тока, может казаться, не показывает любую информацию. Чтобы исследовать далее, используйте шкалу палитры справа от графика. Эта шкала палитры позволяет нам настраивать цветовую шкалу в интерактивном режиме, Чтобы настроить шкалу, переместить указатель мыши в область в контуре шкалы палитры, щелкнуть и перетащить. Чтобы настроить область значений значений, переместите указатель мыши вне контура шкалы палитры и наведите на числовые отметки деления на шкале палитры или между интервалами метки деления, перетащите. Этот подход генерирует следующую фигуру, которая указывает на присутствие постоянных волн на уровне 4 ГГц. Стрелы на графике добавляются отдельно, чтобы подсветить локальные текущие минимумы.

Рис. 3: Поверхностная плотность тока на уровне 4 ГГц после корректировки динамического диапазона с помощью шкалы палитры.

Постройте плотность тока на спиральной антенне на уровне 9 ГГц. Как в предыдущем случае, мы используем шкалу палитры, чтобы настроить шкалу, чтобы быть подобными и наблюдать электрический ток, который свободен от любых постоянных волн.

fig4 = figure;
current(rf,9e9)

Рис. 4: Поверхностная плотность тока на уровне 9 ГГц.

Вычислите коэффициент эллиптичности

Спиральная антенна излучает циркулярные поляризованные волны. Коэффициент эллиптичности (AR) в данном направлении определяет количество отношения двух ортогональных полевых компонентов, излученных в циркулярной поляризованной волне. Коэффициент эллиптичности бесконечности, подразумевает линейно поляризованную волну. Когда коэффициент эллиптичности равняется 1, излученная волна имеет чистую круговую поляризацию. Значения, больше, чем 1, подразумевают эллиптически поляризованные волны. Запустите следующий фрагмент кода в подсказке в командном окне, чтобы воссоздать график коэффициента эллиптичности в развороте, показанном на рисунке, который следует. Обратите внимание на то, что расчетные значения коэффициента эллиптичности находятся в дБ, 20log10 (AR). Чтобы сравнить эффект отражателя, коэффициент эллиптичности вычисляется для спиральной антенны с и без отражателя.

AR_spiral = zeros(size(freq));
AR_reflector = zeros(size(freq));

for i = 1:numel(freq);
 AR_spiral(i)   = axialRatio(rf.Exciter,freq(i),0,90);
 AR_reflector(i)= axialRatio(rf,freq(i),0,90);
end

fig5 = figure;
plot(freq/1e9,AR_spiral,'LineWidth',2);
hold on
plot(freq./1e9,AR_reflector,'m','LineWidth',2);
grid on
ax1 = fig5.CurrentAxes;
ax1.YTickLabelMode = 'manual';
ax1.YLim = [0 20];
ax1.YTick = 0:2:20;
ax1.YTickLabel = cellstr(num2str(ax1.YTick'));
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('AR (dB)')
title('Frequency Response of Axial Ratio')
legend('Without reflector', 'With reflector');

График коэффициента эллиптичности спирали без отражателя показывает, что через диапазон частот проекта, спиральная антенна излучает почти циркулярную поляризованную волну. Введение отражателя близко к спиральной антенне ухудшает круговую поляризацию.

Рис. 5: Коэффициент эллиптичности в развороте в дБ с и без отражателя, отступающего как функция частоты [1]

Заключение

Спиральная антенна отдельно имеет широкую пропускную способность импеданса и производит двунаправленную диаграмму направленности. Это также производит циркулярную поляризованную волну через пропускную способность. Однонаправленный луч может быть создан при помощи отступающей структуры как отражатель или полость. Поддержание желаемой эффективности при использовании традиционного metallic/PEC отражателя, особенно на маленьких разделительных расстояниях трудно [1].

Ссылка

[1] Х. Накано, К. Киккоа, Н. Кондо, И. Иитсука, Дж. Ямочи, "Сдержанная Антенна Логарифмической спирали, Поддерживаемая Отражателем EBG", Транзакции IEEE на Антеннах и Распространении, vol.57, № 5, pp.1309-1318, май 2009.