Определение параметров

Размеры и переменные, используемые в этом примере, взяты из документа [1]. Переменные r и d задание радиуса и ширины плеч логарифмической антенны. Angle переменная используется в качестве ArcAngle для создания рычагов антенны. r, d, и Angle переменные используются для проектирования рычагов по обе стороны центральной дуги. NumPoints используется для указания количества точек дискретизации.

Angle     = 18;
r         = [199 166 136 109 85 64 46 31 19 5]*1e-3;
d         = [33  30  27  24  21 18 15 12 9 10]*1e-3;
NumPoints = 8;

Создание логарифмической формы

Используйте generatePointsforCurve для создания вершин для рукавов антенны. Эта функция принимает угол, радиус, ширину и количество точек дискретизации в качестве входных данных и генерирует граничные вершины для кривых. Эти вершины используются для формирования руки с помощью antenna.polygon функция. Все рычаги на каждой стороне центральной дуги могут быть созданы с помощью r и d переменные. Все образованные многоугольники объединяются для образования верхней половины логарифмической антенны.

NumShapes = numel(1,r);
p1   = generatePointsforCurve([90-Angle/2,90+Angle/2],(205e-3)/2,205e-3,NumPoints/2);
shp  = antenna.Polygon('Vertices',p1');
for i=1:NumShapes
    if rem(i,2)==1
        tempPoints = generatePointsforCurve([90-Angle/2,180-Angle/2],r(i),d(i),NumPoints);
        tempShape  = antenna.Polygon('Vertices',tempPoints');
        shp        = shp+tempShape;
    else
        tempPoints = generatePointsforCurve([Angle/2,90+Angle/2],r(i),d(i),NumPoints);
        tempShape  = antenna.Polygon('Vertices',tempPoints');
        shp        = shp+tempShape;
    end
end

Переместите форму вдоль оси y, чтобы создать зазор для подачи с помощью translate функция. Общий зазор, приведенный в [1], составляет 10 мм, поэтому верхнюю половину формы сдвиньте на 5 мм.

shp = translate(shp,[0 5e-3 0]);

Копирование фигуры в переменную shp1 и использовать его для создания симметричной формы. Используйте rotateZ чтобы повернуть реплику фигуры на 180 градусов.

shp1 = copy(shp);
shp1 = rotateZ(shp1,180);

Создайте прямоугольник для подачи 0,5 мм в длину и 15 мм в ширину с помощью команды antenna.Rectangle объект фигуры.

feed = antenna.Rectangle('Length',0.5e-3,'Width',15e-3);

Унифицировать фигуры shp и shp1 с feed формирование пилообразной антенной конструкции.

shape = shp+shp1+feed;
figure;
show(shape)

Создание логарифмической антенны с использованием стека печатных плат

Создать pcbStack с двумя слоями. Верхний металлический слой представляет собой логарифмически-периодическую антенну, а нижний слой представляет собой FR4 длины диэлектрической подложки квадратной формы. 470 мм. Подложка имеет диэлектрическую постоянную 4.6, коэффициент ослабления 0.02и толщина подложки 1.6 мм. Верхний проводник установлен в медь толщиной 35 эм.

ant                     = pcbStack;
d                       = dielectric('FR4');
d.Thickness             = 1.6e-3;
BoardDim                = antenna.Rectangle('Length',470e-3,'Width',470e-3);
ant.Name                = 'LogPeriodic';
ant.Layers              = {shape,d};
ant.BoardShape          = BoardDim;
ant.FeedLocations       = [0 0 1];
ant.BoardThickness      = 1.6e-3;
ant.FeedDiameter        = 0.25e-3;
ant.FeedViaModel        = 'strip';
ant.Conductor           = metal('copper');
ant.Conductor.Thickness = 35e-6;

Используйте show функция визуализации антенны.

figure;
show(ant)

Сетчатая антенна

Создание сетки структуры путем указания максимальной длины кромки. Ниже приведена сетка, используемая для моделирования антенны. Треугольники используются для дискретизации металлических областей пластыря, а тетраэдры используются для дискретизации объема диэлектрической подложки в антенне. Треугольники и тетраэдры обозначаются желтым и зеленым цветами соответственно. Общее число неизвестных - это сумма неизвестных для металла плюс неизвестные, используемые для диэлектрика. В результате время вычисления раствора значительно увеличивается по сравнению с антеннами из чистого металла. Установите максимальную длину кромки 0,05. Это значение может быть уменьшено для создания более плотной сетки.

figure;
mesh(ant,'MaxEdgeLength',0.05)

Анализ антенны

Постройте график полного сопротивления антенны с помощью impedance функция в диапазоне частот 100-1250 МГц.

figure;
impedance(ant,100e6:10e6:1250e6);

График импеданса показывает, что действительная часть импеданса составляет приблизительно 220 Ом в заданном диапазоне. И мнимая часть импеданса почти равна 0. Результаты, приведенные в [1], получают с помощью балюны для преобразования импеданса в 50 Ом. Установите опорный импеданс в 220 Ом для получения результатов, аналогичных [1]. Постройте график S-параметров на частотном 300-1250MHz с опорным импедансом 220 Ом с помощью sparameters функция. Антенна имеет S11 значения менее -10 дБ в диапазоне частот 300-1200 МГц.

spar = sparameters(ant,100e6:10e6:1250e6,220);
figure;
rfplot(spar)

Используйте pattern функция для построения диаграммы направленности антенны на частоте 600 МГц.

figure;
pattern(ant,600e6)

Постройте график диаграммы направленности антенны в прямоугольной декартовой системе координат в диапазоне частот 300-1200 МГц

figure;
pattern(ant,300e6:100e6:1200e6,0,90,'CoordinateSystem','rectangular')

Заключение

Моделирование и анализ логарифмической антенны с использованием Antenna Toolbox завершен и ее производительность соответствует результатам, приведенным в [1]. Обратные потери (S11) антенны указывают на широкополосную производительность в диапазоне частот 300-1200 МГц. Антенна имеет приблизительный коэффициент усиления 4,94 дБи при 600 МГц, и коэффициент усиления увеличивается с увеличением частоты.

Ссылка

[1]. Phu B. H., Quang P. M., Phuoc D. T. и Duy L. N., «Логарифмическая пилообразная планарная антенна для сверхширокополосных УВЧ-приложений», 2013 Международная конференция по передовым технологиям связи, 2013, стр. 689-692.