В этом примере изучается спиральная антенна, разработанная в [2] с учетом достигнутой направленности. Спиральные антенны были введены в 1947 году [1]. С тех пор они широко используются в некоторых областях, таких как мобильная и спутниковая связь. Спиральные антенны обычно используются в аксиальном режиме работы, который возникает, когда окружность спирали сравнима с длиной волны работы. В этом режиме спиральная антенна имеет максимальную направленность вдоль своей оси и излучает кругово-поляризованную волну.
Технические характеристики спиральной антенны следующие ([2]):
Диапазон частот: 1,3 - 2 ГГц
Коэффициент усиления: 13 дБи +/- 1,5 дБи
Осевое соотношение: < 1,5
По сравнению с [2] в модели спиральной антенны, доступной на панели инструментов, используются следующие упрощающие допущения:
Проводник (Conductor) - исходная привязка использует цилиндр радиуса r, в то время как панель инструментов использует полосу ширины w.
Форма нулевой плоскости (Ground plane shape) - квадратная плоскость земли используется в исходной привязке, в то время как в текущей модели панели инструментов используется круговая форма.
Ширина канала - ширина канала в [2] равна r/10, в то время как в модели панели инструментов используется w.
Метрика проверки проекта - Ссылка [2] использовала коэффициент усиления для сравнения результатов моделирования и измерений, в то время как на панели инструментов мы будем использовать направленность, поскольку моделируемая антенна имеет незначительные небольшие потери.
Спиральная модель на панели инструментов использует приближение полосы, которое соотносит ширину полосы с радиусом эквивалентного цилиндра [3]. Кроме того, спиральная модель на панели инструментов имеет круговую плоскость заземления. Выберите радиус нулевой плоскости, равный половине длины стороны квадратной нулевой 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;
Центральная частота выбирается 1,65 ГГц. Выбирается относительная полоса пропускания 45%, что обеспечивает достаточную гибкость, поскольку пределы рабочей частоты приводят к относительной полосе пропускания 42,5%. Относительная полоса пропускания рассчитывается как,
/fc
fc = 1.65e9; relativeBW = 0.45; BW = relativeBW*fc;
Создайте спиральную антенну с соответствующими свойствами, рассчитанными ранее, и просмотрите структуру.
hx = helix('Radius',radius,'Width',width,'Turns',turns,... 'Spacing',spacing,'GroundPlaneRadius',radiusGP,... 'FeedStubHeight',feedheight); figure; show(hx);
Постройте график диаграммы направленности спиральной антенны на центральной частоте 1,65 ГГц. Эта диаграмма подтверждает осевой режим работы спиральной антенны.
figure; pattern(hx,fc);
Чтобы вычислить изменение направленности основного луча как функцию частоты, выберите диапазон частот 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
Сравнивая этот результат с рис.11 в [2], воспроизведенном ниже, мы устанавливаем количественное соглашение.
Моделирование и измерение коэффициента усиления RHC для конструкций NB и WB3 [2] (воспроизводится с разрешения IEEE)
[1] J. D. Краус, «Спиральные лучевые антенны», Электроника, 20, апрель 1947, стр. 109-111.
[2] А. Р. Джорджевич, А. Г. Зайич, М. М. Илич, Г. Л. Штубер, «Оптимизация спиральных антенн [Блокнот конструктора антенн]», IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol.48, no.6, pp.107-115, Dec. 2006.
[3] К. А. Баланис, 'теория антенны. Анализ и дизайн, "стр. 514, Уайли, Нью-Йорк, 3-е издание, 2005.