Разработка PIFA для приложений WLAN WiFi™

Скрипт Open Live Script

Этот пример обсуждает PIFA, спроектированный для Wi-Fi™ приложений [1]. Плоская инвертированная-F антенна (PIFA) является в основном основанной антенной закрашенной фигуры с длиной закрашенной фигуры $λ$ /4 (открыто-короткий микрополосковый резонатор) вместо обычного $λ$ /2 для антенны закрашенной фигуры (открыто-открытый микрополосковый резонатор). Это обычно состоит из наземной плоскости, главная закрашенная фигура, основанная в одном конце и коаксиальном зонде, питающем главную закрашенную фигуру. PIFA обычно используется в мобильной связи, поскольку он имеет низкую стоимость производства, меньшую, чем размер антенны закрашенной фигуры и относительно простая структура. Кроме того, это также уменьшало обратное излучение к голове пользователя. Однако антенна закрашенной фигуры имеет лучшую чистоту поляризации. Сотни вариантов PIFA были недавно разработаны для мобильных телефонов.

Расчетные параметры

Расчетные параметры для этой антенны являются длиной, шириной, и высотой главной закрашенной фигуры, а также местоположением зонда канала. Закорачивающая полоса всегда располагается в одном ребре закрашенной фигуры; его длина всегда является длиной ребра. Мы начинаем процесс проектирования с размерностей антенны, инициализированных ниже. Длина закрашенной фигуры, принял решение быть длиной волны четверти на верхней частоте полосы (2,5 ГГц).

patchLength = 30e-3;
patchWidth  = 20e-3;
patchHeight = 10e-3;
lengthgp    = 35e-3;
widthgp     = 35e-3;
feedoffset  = [-patchLength/2+ 5e-3 0];

Создайте плоскую инвертированную-F антенну

Параметры, заданные выше, используются, чтобы создать PIFA. Смещение канала так задано, что канал на расстоянии в 5 мм от закороченного ребра закрашенной фигуры. Ширина канала полосы соответствует проводу с радиусом 1 мм.

ant = pifa('Length',patchLength, 'Width', patchWidth, 'Height',         ...
    patchHeight, 'GroundPlaneLength', lengthgp, 'GroundPlaneWidth',     ...
    widthgp, 'ShortPinWidth', patchWidth, 'FeedOffset', feedoffset);

figure;
show(ant);

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

Спроектируйте для приложений WLAN

В этом разделе рассматриваются проект компактного PIFA с подходящей пропускной способностью для приложения беспроводной связи в полосе WiFi™. Пропускная способность задана как диапазон частот, в котором VSWR меньше 2:1, который приблизительно соответствует-10 дБ или более низкий отражательный коэффициент. Это означает, что 10% или меньше инцидентной степени отражаются назад к генератору.

freq = linspace(2.4e9, 2.5e9, 21);
s1 = sparameters(ant,freq);
S11Fig1 = figure;
rfplot(s1);

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

Из графика выше, из этого следует, что антенна не является соответствующей. Проект антенны должен быть изменен, чтобы гарантировать, что отражательный коэффициент меньше-10 дБ по частотному диапазону интереса.

Варьируйтесь местоположение канала антенны

Простой и эффективный способ обеспечить подобранность импедансов и для PIFA и для антенн закрашенной фигуры состоит в том, чтобы переместить местоположение канала. Мы обычно перемещаем канал вдоль резонирующей длины закрашенной фигуры и находим положение, где лучшее соответствие достигается. Используйте параметр FeedOffset с этой целью и постройте отражательный коэффициент для каждого местоположения канала.

feedoffsetx = 5e-3:1e-3:19e-3;
S11 = zeros(numel(freq), numel(feedoffsetx));
for m =1:length(feedoffsetx)
    feedoffset  = [-patchLength/2 + feedoffsetx(m) 0];
    ant.FeedOffset = feedoffset;
    S = sparameters(ant,freq);
    S11(:,m) = 20*log10(abs(S.Parameters));
end
S11Fig2 = figure;
plot(freq./1e9, S11);
legend(strcat(num2str(feedoffsetx'.*1e3), 'mm'), 'location', 'Best');
grid on;
title('Reflection Coefficient For Different Feed Offsets');
xlabel('Frequency (GHz)');
ylabel('Magnitude (dB)');

Figure contains an axes. The axes with title Reflection Coefficient For Different Feed Offsets contains 15 objects of type line. These objects represent 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 11mm, 12mm, 13mm, 14mm, 15mm, 16mm, 17mm, 18mm, 19mm.

Выберите Best Design

Из отражательных содействующих графиков мы видим, что смещение канала 15 мм обеспечивает лучшее соответствие. Обновите смещение канала и визуализируйте новую структуру антенны. Канал теперь расположен ближе к центру закрашенной фигуры.

ant.FeedOffset = [-patchLength/2 + 15e-3 0];
figure; 
show(ant);

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

Ниже мы также строим отражательный коэффициент и VSWR для оптимального проекта антенны.

s2 = sparameters(ant,freq);
S11Fig3 = figure;
rfplot(s2);

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

VSWRFig = figure; 
vswr(ant, freq);

Figure contains an axes. The axes with title VSWR contains an object of type line.

Смотрите также

Антенна сектора для 2,4 GHz WiFi™

Ссылка

[1] Г. М. Хэнэл, "Проект Компактного PIFA для Приложений беспроводной связи Wi-Fi WLAN", Международный J. Технических Научных исследований, Издания 8 www.ijerd.com, Выпуска 7, сентябрь 2013, стр 13-18, e-ISSN:2278-067X, p-ISSN: 2278-800X. Доступный онлайновый at:http://www.ijerd.com/paper/vol8.issue7/C08071318.pdf

Документация