Электрическая длина антенны

Физическая длина антенны является фактическими физическими размерностями антенны. Рассмотрите dipole антенна от Antenna Toolbox™ с рабочей частотой 75 МГц и соответствующей длиной волны 4 м. dipole объект создает антенну полуволнового диполя, следовательно ее электрической длиной является Lambda/2 или 2 м, который равен физической длине антенны.

Электрическая длина антенны $β l$

где: $β = \frac{2 π}{λ} \sqrt{μ ε}$ распространение, постоянное зависящий от длины волны $λ$ , проницаемость $ε$ , и проницаемость $μ$ .

$l$ физическая длина антенны.

Можно изменить электрическую длину путем изменения физической длины и постоянного распространения. Постоянное распространение зависит от проницаемости, проницаемости материалов антенны и рабочей частоты.

Шаблоны вертикального изменения дипольных антенн

Наблюдайте усиление дипольных антенн различных физических длин на частоте 75 МГц в приведенной ниже таблице.

Шаблоны вертикального изменения дипольных антенн различных физических длин на частоте 75 МГц

Шаблоны вертикального изменения прямоугольных волноводов на различных частотах

Спроектируйте прямоугольный WR-90 waveguide с длиной по умолчанию 1 Lambda на рабочей частоте 12,5 ГГц. Исследуйте его шаблон вертикального изменения. Варьируйтесь рабочая частота и электрическая длина антенны и исследуйте, как шаблон вертикального изменения изменяется.

Шаблоны вертикального изменения волноводов различных электрических длин

Эффект материалов и реактивного сопротивления на электрической длине

Эффект материалов

Увеличение относительной проницаемости или диэлектрической постоянной материала увеличивает постоянное распространение. Точно так же увеличение относительной проницаемости материала также увеличивает постоянное распространение. Спроектируйте две микрополосковых антенны закрашенной фигуры, один с air как подложка и другой с FR4 подложка. Анализируйте их размерности на той же рабочей частоте.

Сравните размерности микрополосковых антенн закрашенной фигуры с различными подложками

Спроектируйте микрополосковую антенну закрашенной фигуры с воздухом как подложка на частоте 1 ГГц.

design(patchMicrostrip,1e9)

ans = 
  patchMicrostrip with properties:

               Length: 0.1439
                Width: 0.1874
               Height: 0.0030
            Substrate: [1x1 dielectric]
    GroundPlaneLength: 0.2998
     GroundPlaneWidth: 0.2998
    PatchCenterOffset: [0 0]
           FeedOffset: [0.0303 0]
            Conductor: [1x1 metal]
                 Tilt: 0
             TiltAxis: [1 0 0]
                 Load: [1x1 lumpedElement]

Спроектируйте микрополосковую антенну закрашенной фигуры с FR4 как подложка на частоте 1 ГГц.

design(patchMicrostrip('Substrate',dielectric('FR4')),1e9)

ans = 
  patchMicrostrip with properties:

               Length: 0.0664
                Width: 0.0855
               Height: 0.0014
            Substrate: [1x1 dielectric]
    GroundPlaneLength: 0.1368
     GroundPlaneWidth: 0.1368
    PatchCenterOffset: [0 0]
           FeedOffset: [0.0140 0]
            Conductor: [1x1 metal]
                 Tilt: 0
             TiltAxis: [1 0 0]
                 Load: [1x1 lumpedElement]

Эффект загрузки антенны

Эффективная электрическая длина антенны может быть изменена, не изменяя ее физическую длину путем добавления реактивного сопротивления, (индуктивность или емкость) последовательно с антенной. Это называется соответствием смешанного импеданса или загрузкой. Например, рассмотрите антенну монополя и антенну монополя с цилиндром той же физической длины. Антенна монополя с цилиндром резонирует на более низкой частоте по сравнению с антенной монополя без цилиндра. Следовательно, соответствующая длина волны для монополя с цилиндром выше и, его электрическая длина больше.

Сравните импеданс антенн монополя монополя и цилиндра

Вычислите и постройте импеданс антенны монополя по частотному диапазону 40 МГц 80 МГц.

figure;
impedance(monopole,linspace(40e6,80e6,41))

Figure contains an axes. The axes with title Impedance contains 2 objects of type line. These objects represent Resistance, Reactance.

Вычислите и постройте импеданс антенны монополя цилиндра по частотному диапазону 40 МГц 80 МГц.

figure;
impedance(monopoleTopHat,linspace(40e6,80e6,41))

Figure contains an axes. The axes with title Impedance contains 2 objects of type line. These objects represent Resistance, Reactance.

Сцепитесь на различных частотах

Наблюдайте запутывающий из дипольных антенн тех же физических длин на частотах 37,5, 75, и 150 МГц в приведенной ниже таблице.

Запутывающий из дипольной антенны на различных частотах


Частота = 37,5 МГц	Частота = 75 МГц	Частота = 150 МГц

Длины антенны остаются такими же, но когда рабочая частота антенны изменяется, количество треугольников в изменении mesh также, как и решения для аналитических функций.

Ссылки

[1] Balanis, C.A. Теория антенны: анализ и проектирование. 3-й Эд. Нью-Йорк: Вайли, 2005.

Документация