Параметры турникетной антенны

Турникетная антенна обычно работает при фундаментальном (последовательном) резонансе дипольной антенны. Для достижения круговой поляризации турникетная антенна имеет либо внешний квадратурный гибрид в качестве 90-градусного делителя/объединителя мощности, либо внутреннюю встроенную сеть фазового сдвига. В этом примере антенна рассчитана на 300 МГц. Расстояние между двумя пересекающимися диполями составляет порядка лямбда/50.

freq    = 300e6;
lambda  = 3e8/freq;
offset  = lambda/50;
spacing = lambda/2;
length  = lambda/2.1;
width   = lambda/50;
anglevar= 0:10:180;
freqrange = 200e6:2e6:400e6;
gndspacing = lambda/4;

Турникетная антенна

Турникетная антенна создается с помощью двух одинаковых диполей, ориентированных под прямым углом друг к другу. Элемент каталога пересекающихся диполей по умолчанию поворачивается на 90 градусов, чтобы установить его в плоскости X-Y. Требуемый сдвиг фазы на 90 градусов получают путем задания сдвига фазы второго диполя на 90 градусов.

d  = dipole('Length',length,'Width',width);
ant= dipoleCrossed('Element',d,'Tilt',90,'TiltAxis',[0 1 0]);
figure; show(ant);

На графике ниже показаны обратные потери первого элемента турникетной антенны. Поскольку два элемента идентичны, обратные потери второго диполя должны быть одинаковыми. Элементы хорошо соответствуют 75-омной системе.

figure;
returnLoss(ant, freqrange, 75);

Диаграмма направленности скрещенного диполя симметрична относительно плоскости x-y, а пиковое значение близко к 2.1dBi.

pattern(ant, freq);

Осевое отношение турникета вычисляется и наносится на график в двух главных плоскостях. Как видно на графике, осевое отношение составляет менее 3dB, около 45 градусов по обе стороны визирования. Это указывает на то, что антенна дает близкую к круговой поляризацию в области 90 градусов вокруг визирования.

AR1 = axialRatio(ant, freq, 0, anglevar);
AR2 = axialRatio(ant, freq, 90, anglevar);
figure;
plot(anglevar, AR1, 'r*-', anglevar, AR2, 'ro-');
axis([0 180 0 5]);
grid on;
xlabel('elevation (deg)')
legend('az = 0', 'az = 90')
ylabel('Axial ratio (dB)');
title('turnstile antenna')

3-элементная решетка турникетов

На рисунке ниже показана трехэлементная решетка турникетов. Расстояние между элементами выбрано равным лямбда/2. Первый элемент турникета находится в начале координат, в то время как два других элемента находятся на расстоянии половины длины волны.

arr=linearArray('Element',ant,'ElementSpacing',spacing,'NumElements',3);
show(arr);

На графике ниже показана направленность результирующего массива. Пиковое значение близко к 6,8 дБи. Массив по-прежнему симметричен относительно плоскости X-Y.

pattern(arr, freq);

4-элементная решетка турникетов с отражателем

Для предотвращения потери излучения ниже плоскости x-y может быть добавлен отражатель. Ниже расположена четырехэлементная решетка турникетов с отражателем. Длина отражателя в два раза больше длины волны, в то время как ширина является длиной волны. Расстояние между отражателем и антенной составляет четверть длины волны. Массив симметричен относительно начала координат, поэтому элемент в начале координат отсутствует.

r = reflector('Exciter',ant,'GroundPlaneLength',lambda/2,              ...
    'GroundPlaneWidth', lambda,'Spacing',gndspacing);
refarray =linearArray('Element',r,'ElementSpacing',spacing,'NumElements',4);
show(refarray);

На графике ниже показана картина излучения четырехэлементной матрицы. Пиковое значение близко к 12,6 дБи. Наличие отражателя гарантирует, что большая часть энергии излучается вдоль положительной оси z.

figure;
pattern(refarray, freq);

На графике ниже показан фрагмент массива при нулевом азимутальном угле.

figure;
patternElevation(refarray, freq);

4-элементный турникетный массив над бесконечной плоскостью земли

Решетка турникетов над электрической большой структурой может быть аппроксимирована размещением ее над бесконечной плоскостью земли. Этого можно достичь, сделав длину нулевой плоскости отражателя бесконечной.

refarray.Element.GroundPlaneLength = inf;
show(refarray);

На графике ниже показана картина излучения массива турникетов на бесконечной плоскости земли. Как и ожидалось, под землей не происходит утечки энергии.

pattern(refarray, freq);

Ссылка

[1] Г. Х. Браун, «Турникетная антенна», Электроника, апрель 1936, стр. 14-17.