Спиральный проект антенны

Скрипт Open Live Script

Этот пример изучает спиральную антенну, спроектированную в [2] относительно достигнутой направленности. Спиральные антенны были введены в 1 947 [1]. С тех пор они широко использовались в определенных приложениях, таких как мобильная и спутниковая связь. Спиральные антенны обычно используются в осевом режиме работы, который происходит, когда окружность спирали сопоставима с длиной волны операции. В этом режиме спиральная антенна имеет максимальную направленность вдоль своей оси и излучает циркулярно поляризованную волну.

Спиральные технические требования проекта

Спиральные технические требования проекта антенны можно следующим образом ([2]):

Частотный диапазон: 1.3 - 2 ГГц
Усиление: 13 dBi +/-1.5 dBi
Коэффициент эллиптичности: <1.5

Предположения модели и различия

По сравнению с Касательно [2], спиральная модель антенны, доступная в тулбоксе, использует следующие предположения упрощения:

Проводник - исходная ссылка использует цилиндр радиуса r, в то время как тулбокс использует полосу ширины w.
Оснуйте плоскую форму - квадратная наземная плоскость используется в исходной ссылке, в то время как существующая модель тулбокса использует круговую форму.
Ширина Канала - ширина канала в [2] является r/10, в то время как модель тулбокса использует w.
Спроектируйте метрику валидации - Касательно [2], использовал усиление, чтобы сравнить результаты симуляции и измерения, тогда как в тулбоксе, мы будем использовать направленность, поскольку симулированная антенна имеет незначительно маленькую потерю.

Спиральные расчетные параметры

Спиральная модель в тулбоксе использует приближение полосы, которое связывает ширину полосы к радиусу эквивалентного цилиндра [3]. Кроме того, спиральная модель в тулбоксе имеет круговую наземную плоскость. Выберите радиус наземной плоскости, чтобы быть половиной длины стороны квадратной наземной плоскости.

r           = 0.3e-3;
width       = cylinder2strip(r);
feedheight  = 3*r;
D           = 56e-3;
radius      = D/2;
turns       = 17.5;
pitch       = 11.2;
spacing     = helixpitch2spacing(pitch,radius);
side        = 600e-3;
radiusGP    = side/2;

Частота операции и пропускной способности

Центральная частота выбрана в качестве 1,65 ГГц. Относительная пропускная способность 45% выбрана, который обеспечивает достаточную гибкость начиная с операционного предельного результата частоты в относительной пропускной способности 42,5%. Относительная пропускная способность вычисляется как,

$B W_{r e l a t i v e} = (f_{u p p e r} - f_{l o w e r}) / f_{c}$

fc          = 1.65e9;
relativeBW  = 0.45; 
BW          = relativeBW*fc;

Создайте спиральную антенну

Создайте спиральную антенну с соответствующими свойствами, как вычислено прежде и просмотрите структуру.

hx = helix('Radius',radius,'Width',width,'Turns',turns,...
           'Spacing',spacing,'GroundPlaneRadius',radiusGP,...
           'FeedStubHeight',feedheight);
figure;
show(hx);

Figure contains an axes. The axes with title helix antenna element contains 4 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Поведение шаблона

Постройте диаграмму направленности направленности спиральной антенны на центральной частоте 1,65 ГГц. Этот шаблон подтверждает осевой режим работы для спиральной антенны.

figure;
pattern(hx,fc);

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains 4 objects of type patch, surface.

Чтобы вычислить изменение направленности основного луча в зависимости от частоты, выберите частотный диапазон согласно [2].

Nf1     = 15;
Nf2     = 20;
fmin    = 1.2e9; 
fmax    = 2.1e9; 
fstep   = 0.1e9;
fband1  = linspace(fmin,1.3e9,Nf1);
fband2  = linspace(fmin,fmax,Nf2);
freq    = unique([fband1,fband2]);
Nf      = length(freq);
D       = nan(1,Nf);
f_eng   = freq./1e9;
f_str   = 'G';
fig1 = figure;
for i = 1:length(freq)
    D(i) = pattern(hx,freq(i),0,90);
    figure(fig1)
    plot(f_eng,D,'x-')
    grid on
    axis([f_eng(1) f_eng(end) 9 16 ])
    xlabel(['Frequency (' f_str 'Hz)'])
    ylabel('Directivity (dBi)')
    title('Peak Directivity Variation vs. Frequency')
    drawnow
end

Figure contains an axes. The axes with title Peak Directivity Variation vs. Frequency contains an object of type line.

Обсуждение результатов

Сравнивая этот результат с Рис. 11 в [2] реплицированный ниже, мы заключаем количественное соглашение.

Симулированные и измеренные RHC получают для NB и проектов WB3 [2] (Воспроизведенный с разрешением от IEEE)

Смотрите также

Сравнение измерения монополя

Ссылки

[1] Дж. Д. Крос, "Спиральные Остронаправленные антенны", Электроника, 20, апрель 1947, стр 109-111.

[2] А. Р. Дьердьевич, А. Г. Зэджик, М. М. Илич, Г. Л. Стубер, "Оптимизация Спиральных антенн [Notebook Antenna Designer]", Антенны IEEE и Журнал Распространения, vol.48, № 6, pp.107-115, декабрь 2006.

[3] К. А. Баланис, 'Теория Антенны. Анализ и проектирование', p. 514, Вайли, Нью-Йорк, 3-й Выпуск, 2005.

Документация