Определение параметров

Все эти микрополосковые антенны, состоящие из ПП толщиной 6,6 мм с диэлектрической постоянной EpsilionR 4,2 и тангенсом потери 0,02, и квадратной плоскости заземления 100 мм x 100 мм, питаемой коаксиальным зондом диаметром 1,3 мм, рассчитаны на соответствие диапазону ISM (2,4 - 2,5 ГГц).

LGp = 100e-3;       % Ground plane length
WGp = 100e-3;       % Ground plane width
h = 6.6e-3;         % Height of the substrate

Определение параметров эллиптической патч-антенны

Проектирование подачи зонда patchMicrostripElliptical антенна с размером 33,5 мм большая ось, 18,8 мм малая ось. Подача смещена на 11,6 мм от начала координат вдоль оси X.

a = 33.5e-3;       % Major Axis       
b = 18.8e-3;        % Minor Axis
f = 11.6e-3;        % Feed Offset     
d = dielectric('EpsilonR',4.2,'LossTangent',0.02);

Создать patchMicrostripElliptical антенну с использованием заданных параметров.

p_Ellipse= patchMicrostripElliptical('MajorAxis',a,'MinorAxis',b,...
    'Height',h,'Substrate',d,'GroundPlaneLength',LGp,'GroundPlaneWidth',... 
    WGp,'FeedOffset',[-(a/2-f) 0]);
figure; 
show(p_Ellipse);

Определение параметров кольцевой коммутационной антенны

Проектирование подачи зонда patchMicrostripCircular антенна с размером 16 мм Radius. Подача смещена на 9,25 мм от начала координат вдоль оси X.

r = 16e-3;          % Radius  
f1 = 9.25e-3;       % Feed Offset

Создать patchMicrostripCircular антенну с использованием заданных параметров.

p_Circle= patchMicrostripCircular('Radius',r,'Height',h,'Substrate',d,...
    'GroundPlaneLength',LGp,'GroundPlaneWidth',WGp,'FeedOffset',[-(r-f1) 0]);
figure; 
show(p_Circle);

Определение параметров прямоугольной патч-антенны

Проектирование прямоугольной системы с зондовым питанием patchMicrostrip антенна размером 28,20 мм, шириной 34,06 мм. Подача смещена на 5,3 мм от начала координат вдоль оси X.

rect1 = 28.20e-3;  % length    
rect2 = 34.06e-3;  % width   
f2 = 5.3e-3;       % feedoffset

Создать patchMicrostrip прямоугольной антенны с использованием заданных параметров.

p_rect= patchMicrostrip('Length',rect1,'Width',rect2,'Height',h,'Substrate',d,...
    'GroundPlaneLength',LGp,'GroundPlaneWidth',WGp,... 
    'FeedOffset',[-(rect1/2-f2) 0]);
figure; 
show(p_rect);

Определение параметров треугольной патч-антенны

Проектирование равностороннего patchMicrostripTriangular антенна размером 37,63 мм. Подача смещена на 3,8 мм от начала координат вдоль оси Y.

side = 37.63e-3;    
f_off = 3.8e-3;     
p_triang= patchMicrostripTriangular('side',side,'Height',h,'Substrate',d,...
    'GroundPlaneLength',LGp,'GroundPlaneWidth',WGp,...
    'FeedOffset',[0 -side/2+f_off]);  
figure; 
show(p_triang);

Визуализация коэффициента отражения величины фрагментов

Постройте график коэффициента отражения для этих антенн по полосе частот и опорного импеданса 50 Ом. Кривые для величины коэффициента отражения показаны на рисунке ниже. Ручная сетка патч-антенн с разной длиной края.

Визуализация диаграммы направленности

Направленность антенн составляет около 6,37 дБ для эллиптической накладки, 7 дБ для круговой накладки, 7,37 дБ для прямоугольной накладки и 6,16 дБ для треугольной накладки.

Взаимное соединение прямоугольных и треугольных участков

Данный раздел посвящён изучению кейсов, фокусируясь на конфигурациях с наименьшими взаимными муфтами. Относительное смещение «d» фиксируется как лямбда/2, две накладки, расположенные бок о бок, и накладки, расположенные в центре прямоугольной плоскости заземления 160 мм х 100 мм с подложкой из FR4.

LGp1 = 160e-3;       % Ground plane length
WGp1 = 100e-3;       % Ground plane width
Ground_plane1=antenna.Rectangle('Length',LGp1,'Width',WGp1);% Ground plane
dis = 0.0612;        % distance between two patches (d = lambda/2)

Создать patchMicrostrip прямоугольной антенны с использованием заданных параметров.

r_ant = pcbStack(p_rect);
rect_p = r_ant.Layers{1};
rect_p.Center = [-dis/2 0];

Создать patchMicrostripTriangular антенну с использованием заданных параметров.

t_ant = pcbStack(p_triang);
triangle_p = t_ant.Layers{1};
triangle_p= rotateZ(triangle_p,180);
triangle_p= translate(triangle_p,[dis/2, 0, 0]);
patch = rect_p+triangle_p; % adding patches

Определение стека ПП

Используйте pcbStack для определения металлических и диэлектрических слоев для взаимно соединенных коммутационных антенн. самый верхний слой является пластырем, второй слой является диэлектрическим слоем, а третий слой является плоскостью заземления.

p_mc=pcbStack;
d4=dielectric('EpsilonR',4.2,'Thickness',h,'LossTangent',0.02);
p_mc.BoardThickness=d4.Thickness;
p_mc.BoardShape.Length=LGp1;
p_mc.BoardShape.Width=WGp1;
p_mc.Layers={patch,d4,Ground_plane1};
p_mc.FeedLocations=[-dis/2 -(rect1/2-f2) 1 3; dis/2 -5.3075e-3 1 3];
p_mc.FeedDiameter=1.3e-3;
figure; 
show(p_mc);

Картина излучения взаимно связанных участков

Направленность конфигурации «бок о бок» составляет 7,4 дБ

figure; 
pattern(p_mc,2.45e9);

Величина массива

figure;
[fm,~,t10] = pattern(p_mc,2.45e9,0,0:360); 
polarpattern(t10,fm);

Ссылка

1) https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7225105

2) Зонд - подается линейно - поляризованные электрически эквивалентные микрополосковые антенны на FR4 подложках