Моделирование и анализ единственного слоя многополосная антенна закрашенной фигуры U-паза

Открыть скрипт

Стандартная прямоугольная микрополосковая закрашенная фигура является узкополосной антенной и предоставляет Усилению 6-8 dBi линейную поляризацию. Этот пример на основе работы, сделанной в [1], [2], демонстрирует широкополосную антенну закрашенной фигуры с помощью паза в излучателе и разрабатывает двухдиапазонное и трехдиапазонное изменение от него. В процессе, один широкий ответ был разделен в несколько узкополосных областей, угождающих определенным полосам в стандарте WiMAX. Эти антенны закрашенной фигуры питались зондом.

Создание одной закрашенной фигуры U-паза

Задайте Параметры, основная антенна закрашенной фигуры U-паза состоит из прямоугольного излучателя закрашенной фигуры, в котором был отключен U-образный паз. Как обсуждено в [1], сама закрашенная фигура находится на воздушной подложке и массивна, чтобы позволить более высокой пропускной способности быть достигнутой. Присутствие структуры паза достигает дополнительной емкости в структуре, которая объединяется с индуктивностью длинного тестового канала, чтобы создать двойной резонанс в полосе. Параметры геометрии на основе [2] заданы и показаны в рисунке ниже.

L = 26e-3;
W = 35.5e-3;
Uy1 = 19.5e-3;
Ux1 = 12e-3;
Ua1 = 2.1e-3;
Ud1 = 4.8e-3;
d = 13.5e-3;
h = 6e-3;

Задайте форму излучателя - Один U-паз

Используйте примитивы прямоугольной фигуры в Antenna Toolbox™, чтобы создать форму излучателя закрашенной фигуры U-паза. Булева операция вычитания используется среди примитивов фигур с этой целью.

N1 = 2; %50;
N2 = 2; %10;
s = antenna.Rectangle('Length',W,'Width',L,'NumPoints',60);
h1 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],...
    'Center',[-Ux1/2 + Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h2 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],...
    'Center',[Ux1/2 - Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h3 = antenna.Rectangle('Length',Ux1,'Width',Ua1,'NumPoints' ,[N1 N2 N1 N2],...
    'Center',[0,-L/2 + Ud1 + Ua1/2]);
Uslot_patch = s-h1-h2-h3;
figure
show(Uslot_patch)

Задайте наземную форму

Создайте наземную форму плоскости для антенны. groundplane в этом случае является прямоугольным и 71 мм x 52 мм в размере.

Lgp = 71e-3;
Wgp = 52e-3;
p2  = antenna.Rectangle('Length',Lgp,'Width',Wgp,'NumPoints',10);

Стек Define

Используйте pcbStack, чтобы задать металлические и диэлектрические слои и канал для одной антенны закрашенной фигуры U-паза. Слои заданы сверху вниз. В этом случае верхний слой является металлическим слоем, заданным формой закрашенной фигуры U-паза. Второй слой является диэлектрическим материалом, воздух в этом случае, и третий слой является металлической наземной плоскостью.

d1 = dielectric('Air');
slotPatch = pcbStack;
slotPatch.Name = 'U-Slot Patch';
slotPatch.BoardThickness = h;
slotPatch.BoardShape = p2;
slotPatch.Layers = {Uslot_patch,d1,p2};
slotPatch.FeedLocations = [0 L/2-d 1 3];
slotPatch.FeedDiameter = 0.9e-3;
figure
show(slotPatch)

Вычислите и постройте отражательный коэффициент

Поймайте в сети структуру при помощи максимальной длины ребра, которая является одной десятой длина волны на самой высокой частоте операции, которая составляет 6 ГГц для этого примера. Вычислите и постройте отражательный коэффициент для этой антенны по полосе. Отражательный коэффициент построен со ссылочным импедансом 50 Ом.

figure
mesh(slotPatch,'MaxEdgeLength',.01,'MinEdgeLength',.001,'GrowthRate',0.7)

freq = linspace(3e9,6e9,200);
s1 = sparameters(slotPatch,freq);
s11Fig = figure;
rfplot(s1,1,1)
s11Ax = gca(s11Fig);
hold(s11Ax,'on');

Вычислите и постройте шаблон

Постройте диаграмму направленности для этой антенны на частотах лучшего соответствия в полосе.

figure
pattern(slotPatch,3.9e9)

figure
pattern(slotPatch,4.74e9)

Двухдиапазонная антенна закрашенной фигуры U-паза

Задайте параметры

Чтобы достигнуть двухдиапазонного поведения как показано в [1], [2], двойной резонанс изменяется таким образом что два способствующих резонанса, i.e. от закрашенной фигуры и от паза не объединяют. Чтобы сделать так, существующие параметры слота настроены, и второй паз вводится в структуру. Параметры для двойного U-паза описаны ниже согласно [2], и фигуру, аннотируемую используемыми переменными, показывают.

Ux1 = 13e-3;
Ux2 = 22e-3;
Uy1 = 18.5e-3;
Uy2 = 7e-3;
Ua2 = 1e-3;
Ud1 = 5.8e-3;
Ud2 = 1.5e-3;

Создайте Двойного излучателя U-паза

Как перед использованием примитивы фигур, чтобы создать геометрию при помощи Логических операций.

h1 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux1/2 + Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h2 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux1/2 - Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h3 = antenna.Rectangle('Length',Ux1,'Width',Ua1,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud1 + Ua1/2]);
Uslot_patch = s-h1-h2-h3;
h4 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux2/2 + Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h5 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux2/2 - Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h6 = antenna.Rectangle('Length',Ux2,'Width',Ua2,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud2 + Ua2/2]);
DoubleUslot_patch = Uslot_patch-h4-h5-h6;
figure
show(DoubleUslot_patch)

Измените слои в стеке

Измените существующий стек путем представления нового излучателя в свойстве Layers.

slotPatch.Layers = {DoubleUslot_patch,d1,p2};
figure
show(slotPatch)

Поймайте в сети и постройте отражательный коэффициент

Поймайте в сети структуру на самой высокой частоте операции и вычислите отражательный коэффициент.

figure
mesh(slotPatch,'MaxEdgeLength',.01,'MinEdgeLength',.001,'GrowthRate',0.5)

s2 = sparameters(slotPatch,freq);
figure(s11Fig);
rfplot(s2,1,1);

Параметры антенны закрашенной фигуры тройной полосы U-паза

Для операции тройной полосы введен третий U-паз, и существующие параметры слота настроены. Параметры показывают ниже на основе [2].

d   = 14.5e-3;
Ux1 = 14e-3;
Ux2 = 18e-3;
Ux3 = 22e-3;
Uy1 = 18.7e-3;
Uy2 = 9e-3;
Uy3 = 4e-3;
Ud2 = 3.5e-3;
Ud3 = 1.5e-3;
Ua1 = 2e-3;
Ua3 = 1e-3;

Создайте Тройного излучателя U-паза

N1 = 20; %50;
N2 = 10; %10;
h1 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux1/2 + Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h2 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux1/2 - Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h3 = antenna.Rectangle('Length',Ux1,'Width',Ua1,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud1 + Ua1/2]);
Uslot_patch = s-h1-h2-h3;
h4 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux2/2 + Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h5 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux2/2 - Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h6 = antenna.Rectangle('Length',Ux2,'Width',Ua2,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud2 + Ua2/2]);
DoubleUslot_patch = Uslot_patch-h4-h5-h6;
h7 = antenna.Rectangle('Length',Ua3,'Width',Uy3,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux3/2 + Ua3/2, -L/2 + Ud3 + Uy3/2]);
h8 = antenna.Rectangle('Length',Ua3,'Width',Uy3,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux3/2 - Ua3/2, -L/2 + Ud3 + Uy3/2]);
h9 = antenna.Rectangle('Length',Ux3,'Width',Ua3,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud3 + Ua3/2]);
TripleUslot_patch = DoubleUslot_patch-h7-h8-h9;
figure
show(TripleUslot_patch)

Измените слои в стеке

slotPatch.Layers = {TripleUslot_patch,d1,p2};
slotPatch.FeedLocations = [0 L/2-d 1 3];
figure
show(slotPatch)

Поймайте в сети и постройте отражательный коэффициент

figure
mesh(slotPatch,'MaxEdgeLength',.005,'MinEdgeLength',.001,'GrowthRate',0.7)

s3 = sparameters(slotPatch,freq);
figure(s11Fig)
rfplot(s3,1,1)
legend('Single','Double','Triple')
title('S_1_1')

Заключение

Модели многополосной антенны закрашенной фигуры U-паза единственного слоя, как обсуждено в [1], и [2] создавались и анализировались и соглашаются хорошо с результатами, о которых сообщают.

Ссылка

[1] К. Ф. Ли, С. Л. С. Янг и А. Кишк, "Универсальная антенна закрашенной фигуры U-паза", 2 009 3-х европейских Конференций по Антеннам и Распространению, Берлину, 2009, стр 3312-3314.

[2] В. К. Мок, С. Х. Вонг, К. М. Лук и К. Ф. Ли, "Одноуровневая Двухдиапазонная Одно Закрашенная фигура и Антенны Закрашенной фигуры Тройной Полосы", в Транзакциях IEEE на Антеннах и Распространении, издании 61, № 8, стр 4341-4344, август 2013.

Документация