В самой основной форме микрополосковая патч-антенна состоит из излучающего патча на одной стороне диэлектрической подложки и заземляющей плоскости на другой стороне. Микрополосковые коммутационные антенны излучают главным образом как широкие полуволновые микрополосковые резонаторы. Длина L прямоугольной накладки для режима основного возбуждения немного меньше λ/2. Для хорошей работы антенны обычно требуется толстая диэлектрическая подложка, имеющая низкую диэлектрическую постоянную, поскольку она обеспечивает большую ширину полосы пропускания и четко определенный луч. Прямоугольная микрополосковая коммутационная антенна обычно излучает линейно поляризованную волну с усилением около 6-7 дБи на широкой стороне. Более высокий выигрыш (до 10 дБи) может быть достигнут с помощью различных средств, включая большую высоту патчей и паразитные патчи.
В этом примере рассматривается микрополосковая коммутационная антенна с использованием воздушной подложки. Размеры выбираются из [1] для центральной частоты 10,35 ГГц.
freq = 10.35e9; patchLength = 12e-3; patchWidth = 17.73e-3; patchHeight = 1.56e-3; lengthgp = 55e-3; widthgp = 55e-3; feedoffset = [2.9e-3 0];
Параметры, определенные выше, используются для создания микрополосковой коммутационной антенны.
ant = patchMicrostrip('Length', patchLength, 'Width', patchWidth, ... 'Height', patchHeight, 'GroundPlaneLength', lengthgp, ... 'GroundPlaneWidth', widthgp, 'FeedOffset', feedoffset); figure; show(ant);
Плоскость, которая содержит вектор электрического поля и направление максимального излучения, известна как E-плоскость [2] для линейно-поляризованных антенн. Плоскость E является плоскостью xz в данном случае, она определяется сдвигом подачи в направлении x, но обычно не имеет ничего общего с относительными размерами накладки на чертеже. Плоскость, которая содержит вектор магнитного поля и направление максимального излучения, известна как плоскость Н для линейно-поляризованных антенн. Плоскость H в данном случае является плоскостью yz. Кополяризация - это предполагаемая поляризация антенны. В Н-плоскости предполагаемая поляризация - это компонент электрического поля в направлении x (что совпадает с азимутальной составляющей). График, приведенный ниже, показывает направленность этой азимутальной составляющей в Н-плоскости (кополяризационная картина излучения). Как и ожидалось, кополяризационная картина резко падает близко к плоскости заземления, что отражает граничное условие отсутствия тангенциального поля на металлической плоскости заземления.
pattern(ant, freq, 90, 0:1:180, 'CoordinateSystem', 'rectangular', ... 'Polarization', 'H');
Перекрестная поляризация является нежелательной поляризацией антенны. Компонент кросс-поляризованного электрического поля перпендикулярен ко-поляризованному компоненту. В плоскости H поперечная поляризация задается совокупными составляющими электрического поля в направлениях y и z, которые являются составляющей высотного электрического поля. Различие между ко- и кросс-поляризацией называется поляризационной изоляцией. График, приведенный ниже, показывает направленность кросс-поляризованного Е-поля в Н-плоскости (картина кросс-поляризационного излучения). Как и ожидалось, в зените есть нуль.
pattern(ant, freq, 90, 0:1:180, 'CoordinateSystem', 'rectangular', ... 'Polarization', 'V');
В плоскости Е предполагаемая поляризация задается совокупными составляющими электрического поля в направлениях x и z, которые являются составляющей высотного электрического поля. График, приведенный ниже, показывает направленность кополяризованного Е-поля в E-плоскости (кополяризованная картина излучения). Как и ожидалось, шаблон не является симметричным из-за эффекта подачи.
pattern(ant, freq, 0, 0:1:180, 'CoordinateSystem', 'rectangular', ... 'Polarization', 'V');
В плоскости E поперечная поляризация задается компонентом электрического поля в направлении y, который является компонентом азимутального электрического поля. График, приведенный ниже, показывает направленность кросс-поляризованного Е-поля в E-плоскости (картина кросс-поляризационного излучения). Как и ожидалось, структура указывает на очень низкую перекрестную поляризацию.
pattern(ant, freq, 0, 0:1:180, 'CoordinateSystem', 'rectangular', ... 'Polarization', 'H');
Общее поведение антенны хорошо совпадает с результатами, опубликованными в [1].
[1] Д. Гуха, С. Чаттопадья, Дж. Я. Сиддики, «Оценка усиления усиления, заменяющего ПТФЭ воздушной подложкой в микрополосковой патч-антенне [Antenna Designer's Notebook]», IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol.52, no.3, p.92-95, июнь 2010.
[2] К. А. Баланис, 'теория антенны. Анализ и дизайн, "стр. 33, Уайли, Нью-Йорк, 3-е издание, 2005.
Моделирование и анализ однослойной многополосной U-образной коммутационной антенны