Параметры турникетной антенны

Турникетная антенна обычно действует на основной (последовательный) резонанс дипольной антенны. В порядок достижения круговой поляризации турникетная антенна имеет либо внешний квадратурный гибрид в качестве делителя/объединителя степени 90 степеней, либо внутреннюю встроенную сеть перемены фазы. В этом примере антенна рассчитана на 300 МГц. Интервал между двумя перекрещенными диполями имеет порядок лямбда/50.

freq    = 300e6;
lambda  = 3e8/freq;
offset  = lambda/50;
spacing = lambda/2;
length  = lambda/2.1;
width   = lambda/50;
anglevar= 0:10:180;
freqrange = 200e6:2e6:400e6;
gndspacing = lambda/4;

Турникетная антенна

Турникетная антенна создается при помощи двух одинаковых диполей, ориентированных под прямым углом друг к другу. Элемент каталога пересеченных диполей по умолчанию поворачивается на 90 степени, чтобы настроить его в плоскости X-Y. Требуемый сдвиг фазы на 90 степени получают путем определения сдвига фазы второго диполя на 90 степени

d  = dipole('Length',length,'Width',width);
ant= dipoleCrossed('Element',d,'Tilt',90,'TiltAxis',[0 1 0]);
figure; show(ant);

Рисунок ниже показывает обратную потерю первого элемента турникетной антенны. Поскольку эти два элемента идентичны, обратная потеря второго диполя должна быть одинаковой. Элементы хорошо соответствуют системе 75 Ом.

figure;
returnLoss(ant, freqrange, 75);

Диаграмма направленности излучения перекрестного диполя симметрична относительно плоскости x-y, и пиковое значение близко к 2.1dBi.

pattern(ant, freq);

Коэффициент эллиптичности турникета вычисляется и строится в двух основных плоскостях. Как видно на графике, коэффициент эллиптичности меньше 3dB, около 45 степени по обе стороны бордюра. Это указывает, что антенна дает близкую к круговой поляризацию в области 90 степеней вокруг борсайта.

AR1 = axialRatio(ant, freq, 0, anglevar);
AR2 = axialRatio(ant, freq, 90, anglevar);
figure;
plot(anglevar, AR1, 'r*-', anglevar, AR2, 'ro-');
axis([0 180 0 5]);
grid on;
xlabel('elevation (deg)')
legend('az = 0', 'az = 90')
ylabel('Axial ratio (dB)');
title('turnstile antenna')

3-х элементный турникетный массив

На рисунке ниже показан трехфазный элемент. Интервал между элементами выбран лямбда/2. Первый турникетный элемент находится в источнике, в то время как два других элемента находятся на расстоянии половины длины волны.

arr=linearArray('Element',ant,'ElementSpacing',spacing,'NumElements',3);
show(arr);

Рисунок ниже показывает направленность результирующего массива. Пиковое значение близко к 6,8 дБи. Шаблон все еще симметричен относительно плоскости X-Y.

pattern(arr, freq);

4-х элементный турникетный массив с отражателем

Чтобы предотвратить потерю излучения ниже плоскости x-y, может быть добавлен отражатель. Ниже представлен четырёхтрубный элемент, поддерживаемый отражателем. Длина отражателя в два раза превышает длину волны, а ширина - длину волны. Длина интервала между отражателем и антенной составляет четверть длины волны. Массив симметричен относительно источника, поэтому элемент в источник отсутствует.

r = reflector('Exciter',ant,'GroundPlaneLength',lambda/2,              ...
    'GroundPlaneWidth', lambda,'Spacing',gndspacing);
refarray =linearArray('Element',r,'ElementSpacing',spacing,'NumElements',4);
show(refarray);

Рисунок ниже показывает диаграмму направленности излучения решетки четырех элементов. Пиковое значение близко к 12,6 дБи. Присутствие отражателя гарантирует, что большая часть энергии излучается вдоль положительной оси z.

figure;
pattern(refarray, freq);

Рисунок ниже показывает срез шаблона с нулевым углом азимута.

figure;
patternElevation(refarray, freq);

4 Элементы турникетный Массив над бесконечной наземной плоскостью

Турникетный массив на электрически большой структуре может быть аппроксимирована путем размещения ее на бесконечной наземной плоскости. Этого можно добиться, сделав длину наземной плоскости отражателя бесконечной.

refarray.Element.GroundPlaneLength = inf;
show(refarray);

Рисунок ниже показывает диаграмму направленности излучения турникетной решётки на бесконечной плоскости земли. Как и ожидалось, ниже земли не течёт энергия.

pattern(refarray, freq);

Ссылка

[1] Г. Х. Браун, «Турникетная антенна», Электроника, апрель 1936, стр. 14-17.