В этом примере показано, как спроектировать плоские антенны монополя UWB. Плоские антенны монополя просты в геометрии и обеспечивают ультраширокополосное (UWB) операционная пропускная способность. Чтобы создать плоский монополь, замените обычный проводной монополь на плоские элементы во множестве форм, чтобы увеличить площадь поверхности монополя. Чтобы спроектировать плоскую антенну монополя, смонтируйте плоскую металлическую пластину на наземной плоскости. Наземная плоскость может также иметь различные формы.
Этот рисунок показывает геометрию и размерности кольцевой плоской антенны монополя. Исходящим элементом является кольцевой звонок с внешним радиусом (rBig)
из 25 mm
и внутренний радиус (rSmall)
из 10 mm
, расположенный вертикально выше квадратной наземной плоскости с длиной стороны 305 mm
.
feedgap (d)
между feedpoint в излучателе и наземной плоскостью и шириной feedstrip (w)
установлены в 0.8 mm
и 0.6 mm
, соответственно, чтобы улучшить пропускную способность импеданса.
Значение смещения установлено к 0.2 mm
устанавливать совершенную связь между feedstrip и кольцевым кольцевым излучателем.
Создайте квадратную наземную плоскость с длиной стороны 305 mm
использование antenna.Rectangle
функция.
Lg = 305e-3; Wg = 305e-3; groundPlane = antenna.Rectangle("Length",Lg,"Width",Wg);
Создайте feedstrip использование antenna.Rectangle
функция. Чтобы создать внешний и внутренний круг, используйте antenna.Circle
функция. Чтобы создать кольцевого кольцевого излучателя, вычтите innerCircle
от outerCircle
и добавьте в FeedStrip
.
d = 0.8e-3; w = 0.6e-3; offset = 0.2e-3; % offset value when a vertex touches the feed. FeedStrip = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",d,"Center",[0 d/2]); rBig = 25e-3; rSmall = 10e-3; outerCircle = antenna.Circle("Radius",rBig,"Center",[0 rBig+d-offset]); innerCircle = antenna.Circle("Radius",rSmall,"Center",[0 rBig+d-offset]); radiator = outerCircle-innerCircle+FeedStrip;
Чтобы создать кольцевую кольцевую плоскую антенну монополя, используйте monopoleCustom
объект.
ant = monopoleCustom ("Radiator",radiator,"GroundPlane",groundPlane); show(ant)
Поймайте в сети антенну вручную при помощи по крайней мере 10 элементов на длину волны в 3 GHz
прежде, чем запустить анализ. Установите MaxEdgeLength
к Lambda/10
.
figure;
mesh(ant,"MaxEdgeLength",0.01)
Вычислите напряжение постоянное отношение волны (VSWR) кольцевой кольцевой плоской антенны монополя, чтобы найти пропускную способность импеданса антенны. VSWR меньше 2 в частотный диапазон 1.2 GHz
к 8.7 GHz
.
figure; vswr(ant,(0.5:0.2:10)*1e9,50); ylim([1 5]);
Постройте VSWR для различных плоских антенн где the rSmall
установлен в 5 mm, 10 mm, 15 mm and 20 mm.
load annularRingVSWR.mat % load data from annularRingVSWR.mat file figure; plot(freq,r5,'LineStyle',"-","Color",'r','LineWidth',1.5); grid on; hold on; plot(freq,r10,'LineStyle',"-.","Color",'k','LineWidth',1.5); plot(freq,r15,'LineStyle',"--","Color",'b','LineWidth',1.5); plot(freq,r20,'LineStyle',":","Color",'g','LineWidth',1.5); ylim([1 5]); xlabel('Frequency (GHz)'); ylabel('Magnitude'); title('VSWR'); legend('rSmall = 5mm', 'rSmall = 10mm', 'rSmall = 15mm', 'rSmall = 20mm')
Вы видите что как значение rSmall
увеличения с 5 mm
к 10 mm,
существует изменение в частоте ребра верхней полосы от 9,7 ГГц до 8,7 ГГц. Когда это увеличивается далее, антенна становится многополосной антенной вместо широкополосной антенны. Во всех этих случаях частота ребра нижней полосы является тем же самым. В этом примере, rSmall
или innerCircle значение радиуса установлено в 10 mm
.
Анализируйте диаграмму направленности антенны, в 4 GHz
.
figure; pattern(ant,4e9);
В 4 GHz
, кольцевая кольцевая антенна монополя показывает типичную всенаправленную моноплоскую диаграмму направленности усиление имеющее 6.23 dBi
. Результаты симуляции соглашаются с результатами, представленными в [1].
Этот рисунок показывает, что геометрия и размерности квадратной плоской антенны с квадратной плоскостью имеют длину стороны 34 mm.
Параметры полосы питания, имеющие форму трайдента: расстоянием между наземной плоскостью и питающейся полосой (d) является 1 mm
, высотой питающейся полосы от d (h) является 4 mm
, горизонтальной длиной питающейся полосы (t) является 18 mm
, и шириной (w) всех трех полос, которые делают трайдент, является 2 mm
. Радиус наземной плоскости (R)
150 mm
. Идея питаемого трайдентом квадратного монополя воплощается от [2], но в этом примере использует круговую наземную плоскость.
Излучатель включает полосу питания, имеющую форму трайдента и квадратный монополь. Создайте объект полосы питания, имеющий форму трайдента, Канал, путем добавления Strip1
, Strip2
, Strip3
, Strip4
и Strip5
формы. Чтобы создать излучателя, добавьте Feed
с monopole
форма.
Lp = 34e-3; Wp = 34e-3; h = 4e-3; d = 1e-3; w = 2e-3; t = 18e-3; Strip1 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",d,"Center",[0 d/2]); Strip2 = antenna.Rectangle("Length",t,"Width",w,"Center",[0 d+w/2]); Strip3 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",h,"Center",[-(t/2-w/2) d+w+h/2]); Strip4 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",h,"Center",[0 d+w+h/2]); Strip5 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",h,"Center",[t/2-w/2 d+w+h/2]); Feed = Strip1+Strip2+Strip3+Strip4+Strip5; monopole = antenna.Rectangle("Length",Lp,"Width",Wp,"Center",[0 d+w+h+Wp/2]); radiator = Feed + monopole;
Создайте круговую наземную плоскость использование antenna.Circle
функция с радиусом 150 mm
.
R = 150e-3;
groundPlane = antenna.Circle("Radius",R);
Чтобы создать питаемую трайдентом квадратную плоскую антенну монополя, используйте monopoleCustom
объект.
ant = monopoleCustom ("Radiator",radiator,"GroundPlane",groundPlane); show(ant)
Поймайте в сети антенну вручную при помощи по крайней мере 10 элементов на длину волны в 4 GHz
прежде, чем запустить анализ. Установите MaxEdgeLength
к Lambda/10
.
figure;
mesh(ant,"MaxEdgeLength",0.0075);
Вычислите отражательный коэффициент плоской антенны монополя, чтобы найти пропускную способность импеданса антенны. Отражательный коэффициент меньше-10 дБ в частотном диапазоне от 1,6 ГГц до 9,3 ГГц.
freq = (1:0.2:10)*1e9;
s = sparameters(ant,freq);
figure;
rfplot(s);
title('Reflection Coefficient');
Анализ диаграммы направленности антенны в 2 GHz, 6 GHz,
и 9 GHz
показывает вертикальную поляризацию как устойчивую в целой области значений частот. Но когда частота увеличивается, существует увеличение горизонтального компонента поляризации.
pV_1 = pattern (ant, 2e9, 0, 0:1:360,'Polarization','V'); pH_1 = pattern (ant, 2e9, 0, 0:1:360,'Polarization','H'); figure; polarpattern(pV_1,'MagnitudeLim',[-150 20]); hold on; polarpattern(pH_1,'MagnitudeLim',[-150 20]); legend VerticalPolarization HorizontalPolarization;
pV_2=pattern (ant, 6e9, 0, 0:1:360,'Polarization','V'); pH_2=pattern (ant, 6e9, 0, 0:1:360,'Polarization','H'); figure; polarpattern(pV_2,'MagnitudeLim',[-150 20]); hold on; polarpattern(pH_2,'MagnitudeLim',[-150 20]); legend VerticalPolarization HorizontalPolarization;
pV_3 = pattern (ant, 9e9, 0, 0:1:360,'Polarization','V'); pH_3 = pattern (ant, 9e9, 0, 0:1:360,'Polarization','H'); figure; polarpattern(pV_3,'MagnitudeLim',[-150 20]); hold on; polarpattern(pH_3,'MagnitudeLim',[-150 20]); legend VerticalPolarization HorizontalPolarization;
Распределение тока антенны анализируется в 2.5 GHz
. Структура питания, имеющая форму трайдента приводит к универсальному распределению тока в более низкой части квадратного монополя.
current(ant,2.5e9,'scale','log'); view(0,1)
Плоские антенны монополя имеют простую геометрию, и можно задать их излучателей и наземные плоскости во множестве различных форм. Эти антенны предлагают ультраширокую пропускную способность импеданса с азимутальной диаграммой направленности, которая является почти всенаправленной.
[1] Амманн, М. Дж. Чен, З. Н. Цзя, M. Y. W. и Видят, T. S. P. “Кольцевые Плоские Антенны Монополя”. Продолжения IEE - Микроволны, Антенны и Распространение, Издание 149, № 4, август 2002, стр 200–203.
[2] Лютеций семьи Вонг, Чи-Сянь У и Сэоу-Вэнь Су, "Ультраширокополосная квадратная плоская антенна монополя металлической пластины с полосой питания, имеющей форму трайдента", Транзакции IEEE на Антеннах и Распространении, Издании 53, № 4, апрель 2005, стр 1262-1269.
Проект внутренне совпадающая ультраширокополосная антенна Vivaldi