Диполь лезвия

Полосовые диполи или цилиндрические аналоги имеют значительную емкостную составляющую его импеданса и обычно имеют узкую полосу импеданса. Хорошо известно, что расширение диполя или утолщение цилиндрических сечений облегчает согласование импеданса в более широком диапазоне частот [1]. Эти широкие диполи известны как лопастные диполи. Мы будем моделировать такой лопастной диполь в этом примере [2].

L = 117e-3;         % Total half-length of blade dipole
W = 140e-3;         % Width of blade dipole
Ld = 112e-3;        % Half-length excluding impedance match taper
fw = 3e-3;          % Feed width
g = 3e-3;           % Feed gap

bladeDipole = dipoleBlade('Length', L, 'width', W);

Лопаточный диполь состоит из двух одинаковых металлических рычагов, которые включают коническую секцию, близкую к подаче. Коническая секция обеспечивает лучшее соответствие импеданса 50 $$\mathrm{Ом}$$.

figure
show(bladeDipole)

Расчет коэффициента отражения диполя лопатки

Хорошим способом понять качество согласования импедансов, в данном случае до 50 $$\mathrm{Ом}$$, является изучение коэффициента отражения антенны. Выбираем диапазон частот от 200 МГц до 1,2 ГГц и рассчитываем S-параметры антенны.

fmin = 0.2e9;
fmax = 1.2e9;
Nfreq = 21;
freq = linspace(fmin,fmax,Nfreq);
s_blade = sparameters(bladeDipole,freq);

Сравнение с тонким диполем

Чтобы понять разницу между производительностью лопастного диполя и традиционной тонкой диполи, создайте типичный диполь из библиотеки Antenna Toolbox с той же общей длиной, что и лопастной диполь, но шириной, равной ширине подачи, т.е. 3 мм. Рассчитайте и постройте график коэффициента отражения обоих диполей.

thinDipole = dipole;
thinDipole.Length = 2*L;
thinDipole.Width = fw;
s_thin = sparameters(thinDipole,freq);
figure
rfplot(s_blade,1,1);
hold on
rfplot(s_thin,1,1)
legend('Blade Dipole','Thin Dipole')
title('Bandwidth Enhancement with Blade Dipole')

Создание массива 2 X 2 блейд-диполей на бесконечной нулевой плоскости

Такие лопастные диполи могут использоваться в качестве строительных блоков для модульных матриц [2].

Создайте диполь лезвия, поддерживаемый бесконечным отражателем Назначьте диполь лезвия в качестве возбудителя отражателю бесконечной протяженности. Диполь расположен на плоскости X-Y (z = 0).

bladeDipole.Tilt = 90;
bladeDipole.TiltAxis = [0 1 0];
ref = reflector;
ref.Exciter = bladeDipole;
ref.GroundPlaneLength = inf;
ref.GroundPlaneWidth = inf;
ref.Spacing = 120e-3;
figure
show(ref);

Создание прямоугольной матрицы с диполем, поддерживающим отражатель. Создание прямоугольной матрицы 2 X 2 с диполем, поддерживающим отражатель. Расстояния между элементами выбираются для центра полосы. Это может привести к появлению лепестков решетки, поскольку расстояние между ними составляет приблизительно 0,81 $$\lambda$$ при 1 ГГц. Однако для не сканирующих приложений этот больший интервал не должен вызывать проблем.

ref_array = rectangularArray;
ref_array.Element = ref;
ref_array.RowSpacing = 245e-3;
ref_array.ColumnSpacing = 245e-3;
figure
show(ref_array);

Расчет коэффициента активного отражения

Для небольшого массива 2 X 2 каждый элемент имеет одинаковую среду. Следовательно, коэффициент активного отражения любого из элементов должен быть достаточным для понимания характеристик согласования.

s_array = sparameters(ref_array,freq);
figure
rfplot(s_array,1,1)
title('Active Element Reflection Coefficient')

Блейд-дипол в массиве 2 X 2 продолжает демонстрировать широкополосную производительность. Ширина полосы приблизительно 2,6: 1, измеряемая как отношение самой высокой к самой низкой частоте, при которой кривая коэффициента отражения пересекает -10 дБ.

Ссылки

[1] К. А. Баланис, теория антенны. Анализ и дизайн, Уайли, Нью-Йорк, 3-е издание, 2005.

[2] В. Айер, С. Макаров, Ф. Некогар, «О широкополосной модульной конструкции малых массивов планарных диполей», Международный симпозиум IEEE Antennas and Propagation Society (APSURSI), стр. 1-4, 11-17 июля 2010 года.