Анализ антенны закрашенной фигуры канала вставки на диэлектрической подложке

Скрипт Open Live Script

Этот пример демонстрирует анализ антенны закрашенной фигуры канала вставки на низком эпсилоне, тонкой диэлектрической подложке с низким уровнем потерь. Результаты по сравнению с отражательным коэффициентом и поверхностными токами вокруг 2,4 ГГц, полосой Wi-Fi для исходного проекта [1]. Библиотека Antenna Toolbox™ антенных элементов включает модель антенны закрашенной фигуры, которая управляется с коаксиальным зондом. Другой способ взволновать закрашенную фигуру при помощи канала вставки. Канал вставки является простым способом взволновать закрашенную фигуру и допускает плоские методы питания, такие как микрополосковая линия.

Антенна закрашенной фигуры канала вставки

Антенна закрашенной фигуры канала вставки обычно включает метку, которая сокращается из не исходящего ребра закрашенной фигуры, чтобы позволить, чтобы плоское питало механизм. Типичный механизм питания связал микрополосковую линию, компланарную с закрашенной фигурой. Размер метки, i.e. длина и ширина вычисляются, чтобы достигнуть подобранности импедансов на рабочей частоте. Общее аналитическое выражение, которое используется, чтобы определить положение канала вставки $(x_{0}, y_{0})$ , расстояние от ребра закрашенной фигуры вдоль ее длины, показан ниже [2]. Длина закрашенной фигуры и ширина являются L, W соответственно.

$R = R_{e d g e} c o s^{4} (π x_{0} / L)$

Также распространено взволновать закрашенную фигуру вдоль центральной линии (y = W/2), где W является шириной антенны закрашенной фигуры, которая делает нуль y-координаты. Это - причина, выражение, показанное выше, только в терминах x-координаты.

Создайте геометрию и Mesh

УЧП toolbox™ использовался, чтобы создать геометрию и поймать в сети структуру. Используйте функцию триангуляции в MATLAB™, чтобы визуализировать mesh.

load insetfeedpatchmesh
T = triangulation(t(1:3,:)',p');
figure
triplot(T)
axis equal
grid on
xlabel('x')
ylabel('y')

Figure contains an axes. The axes contains an object of type line.

Создайте антенну закрашенной фигуры

Используйте customAntennaMesh от Antenna Toolbox™, чтобы преобразовать эту mesh в антенну. Используйте функцию createFeed, чтобы задать канал.

c = customAntennaMesh(p,t);
createFeed(c,[-0.045 0 0],[-0.0436 0 0])
show(c)

Figure contains an axes. The axes with title customAntennaMesh antenna element contains 3 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Примечание о питающейся точке на микрополосковой линии* выбранная точка канала такова, что это $λ_{g} / 4$ от конца разомкнутой цепи линии [3]. Кроме того, длина относительно длинной линии выбрана, чтобы упростить точное вычисление s-параметров. Длина волны в диэлектрике аппроксимирована относительно длины волны в свободном пространстве как

$\begin{array}{l} λ_{g} \approx \\ λ_{0} / \sqrt{ϵ_{r}} \end{array}$

Обеспечьте groundplane, отступающие к антеннам Закрашенной фигуры излучателя, поддерживаются groundplane. Сделайте это путем присвоения customAntennaMesh как возбудителя для отражателя.

r = reflector;
r.Exciter = c;
r.GroundPlaneLength = 15e-2;
r.GroundPlaneWidth = 5e-2;
r.Spacing = 0.381e-3;
show(r)

Figure contains an axes. The axes with title reflector antenna element contains 5 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Присвойте подложку антенне закрашенной фигуры

Задайте диэлектрический материал с $ϵ_{r} = 2.2$ и касательная потерь 0,0009. Присвойте этот диэлектрический материал свойству Substrate в отражателе.

d = dielectric;
d.Name = 'RT5880';
d.EpsilonR = 2.2;
d.LossTangent = 0.0009;
r.Substrate = d;
show(r)

Figure contains an axes. The axes with title reflector antenna element contains 6 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed, RT5880.

Анализ антенны закрашенной фигуры

Габаритные размеры этой антенны закрашенной фигуры являются большими и поэтому приведут к относительно большой mesh (диэлектрик + металл). Структура анализируется, поймав в сети его длина ребра имеющая 4 мм и решается для рассеивающихся параметров. Максимальная длина ребра была выбрана, чтобы быть немного меньшей, чем максимальная длина ребра по умолчанию, вычисленная на самой высокой частоте в аналитической области значений 2,45 ГГц, которая составляет приблизительно 4,7 мм. Анализируемые антенны загружаются от файла MAT до рабочей области.

load insetfeedpatch

Вычислите S-параметры антенны закрашенной фигуры

Центральная частота анализа составляет приблизительно 2,4 ГГц. Задайте частотный диапазон

freq = linspace(2.35e9,2.45e9,41);
s = sparameters(r,freq,50);
figure
rfplot(s,1,1)

$Figure contains an axes. The axes contains an object of type line. This object represents dB(S_{11}).$

График показывает ожидаемое падение в отражательном коэффициенте близко к 2. 4 ГГц. Ссылочный импеданс по умолчанию установлен в 50 $Ω$ . Используйте критерий на-10 дБ, чтобы определить отражательную содействующую пропускную способность для этой закрашенной фигуры, чтобы быть меньше 1%.

Визуализируйте распределение тока

Используйте функциональный ток, чтобы построить поверхностное распределение тока для этой антенны закрашенной фигуры на уровне приблизительно 2,4 ГГц. Ток минимален в ребрах вдоль его длины и максимума в середине.

figure
current(r,2.4025e9)
view(0,90)

Figure contains an axes. The axes with title Current distribution contains 3 objects of type patch.

Обсуждение

Результаты для этой антенны закрашенной фигуры находятся в хорошем соглашении со ссылочными результатами, о которых сообщают в [1], pg.111 - 114.

Ссылка

[1] Батат Jagath Halpe Gamage, "Эффективный метод области пробела моментов для больших произвольных рассеивателей в плоских стратифицированных СМИ", отдел электроники и телекоммуникаций, Норвежского университета естественных и технических наук.

[2] Лорена Ай. Басилио, М. А. Хаят, Дж. Т. Уильямс, С. А. Лонг, "Зависимость входного импеданса на положении канала зонда и микрополосковой линии питаемые линией антенны закрашенной фигуры", Транзакции IEEE на в Антеннах и Распространении, издании 49, № 1, pp.45-47, январь 2001.

[3] П. Б. Кэтехи и Н. Г. Алексопулос, "Зависимые частотой характеристики микрополосковых разрывов в интегральных схемах волны миллиметра", Транзакции IEEE на Микроволновой Теории и Методах, издании 33, № 10, стр 1029-1035, 1985.

Документация