Определите параметры

Размерности и переменные, используемые в этом примере, взяты из бумаги [1]. Переменные r и d задайте радиус и ширину кронштейнов логарифмической антенны. The Angle переменная используется в качестве ArcAngle для создания рычагов антенны. The r, d, и Angle переменные используются для проектирования кронштейнов с каждой стороны центральной дуги. The NumPoints переменная используется, чтобы задать количество точек дискретизации.

Angle     = 18;
r         = [199 166 136 109 85 64 46 31 19 5]*1e-3;
d         = [33  30  27  24  21 18 15 12 9 10]*1e-3;
NumPoints = 8;

Создание логарифмической формы

Используйте generatePointsforCurve функция для создания вершин для рук антенны. Эта функция принимает угол, радиус, ширину и количество точек дискретизации в качестве входов и генерирует граничные вершины для кривых. Эти вершины используются для формирования руки с помощью antenna.polygon функция. Все руки с каждой стороны центральной дуги могут быть сгенерированы при помощи r и d переменные. Все сформированные многоугольники объединяются для формирования верхней половины логарифмической антенны.

NumShapes = numel(1,r);
p1   = generatePointsforCurve([90-Angle/2,90+Angle/2],(205e-3)/2,205e-3,NumPoints/2);
shp  = antenna.Polygon('Vertices',p1');
for i=1:NumShapes
    if rem(i,2)==1
        tempPoints = generatePointsforCurve([90-Angle/2,180-Angle/2],r(i),d(i),NumPoints);
        tempShape  = antenna.Polygon('Vertices',tempPoints');
        shp        = shp+tempShape;
    else
        tempPoints = generatePointsforCurve([Angle/2,90+Angle/2],r(i),d(i),NumPoints);
        tempShape  = antenna.Polygon('Vertices',tempPoints');
        shp        = shp+tempShape;
    end
end

Переместите форму вдоль оси Y, чтобы создать зазор для подачи с помощью translate функция. Общая погрешность, приведенная в [1], составляет 10 мм, поэтому сместите верхнюю половину формы на 5 мм.

shp = translate(shp,[0 5e-3 0]);

Скопируйте фигуру в переменную shp1 и использовать его для создания симметричной формы. Используйте rotateZ функция для поворота реплики формы на 180 степени.

shp1 = copy(shp);
shp1 = rotateZ(shp1,180);

Создайте прямоугольник для подачи 0,5 мм в длину и 15 мм в ширину с помощью antenna.Rectangle объект формы.

feed = antenna.Rectangle('Length',0.5e-3,'Width',15e-3);

Унифицируйте фигуры shp и shp1 с feed для формирования структуры антенны, имеющей форму пиломатериала.

shape = shp+shp1+feed;
figure;
show(shape)

Создайте логарифмическую антенну с использованием стека печатных плат

Создайте pcbStack с двумя слоями. Верхний металлический слой является логарифмической антенной, а нижний слой - FR4 длины квадратной диэлектрической подложки 470 мм. Подложка имеет диэлектрическую проницаемость 4.6, коэффициент ослабления 0.02, и толщина подложки 1.6 мм. Верхний проводник установлен в медь с толщиной 35 хм.

ant                     = pcbStack;
d                       = dielectric('FR4');
d.Thickness             = 1.6e-3;
BoardDim                = antenna.Rectangle('Length',470e-3,'Width',470e-3);
ant.Name                = 'LogPeriodic';
ant.Layers              = {shape,d};
ant.BoardShape          = BoardDim;
ant.FeedLocations       = [0 0 1];
ant.BoardThickness      = 1.6e-3;
ant.FeedDiameter        = 0.25e-3;
ant.FeedViaModel        = 'strip';
ant.Conductor           = metal('copper');
ant.Conductor.Thickness = 35e-6;

Используйте show функция для визуализации антенны.

figure;
show(ant)

Сетка антенны

Создайте сетку структуры путем определения максимальной длины ребра. Ниже представлен mesh, используемая для моделирования антенны. Треугольники используются для дискретизации металлических областей закрашенной фигуры, а тетраэдры - для дискретизации объема диэлектрической подложки в антенне. Треугольники и тетраэдров обозначены цветами жёлтый и зелёный соответственно. Общее количество неизвестных - это сумма неизвестных для металла плюс неизвестных, используемых для диэлектрика. В результате время вычисления решения значительно увеличивается по сравнению с чистыми металлическими антеннами. Установите максимальную длину ребра равную 0,05. Это значение может быть уменьшено, чтобы сгенерировать более плотный mesh.

figure;
mesh(ant,'MaxEdgeLength',0.05)

Анализируйте антенну

Постройте график импеданса антенны с помощью impedance функция в частотной области значений 100-1250 МГц.

figure;
impedance(ant,100e6:10e6:1250e6);

График импеданса показывает, что действительная часть импеданса составляет приблизительно 220 Ом в заданной области. А мнимая часть импеданса - почти 0. Результаты в [1] получаются при помощи балюна для преобразования импеданса в 50 Ом. Установите импеданс ссылки равным 220 Ом, чтобы получить результаты, аналогичные [1]. Постройте графики S-параметров на частотной 300-1250MHz с ссылкой импедансом 220 Ом с помощью sparameters функция. Антенна имеет S11 значения менее -10 дБ в частотной области значений 300-1200 МГц.

spar = sparameters(ant,100e6:10e6:1250e6,220);
figure;
rfplot(spar)

Используйте pattern функция для построения графика диаграммы направленности антенны на частоте 600 МГц.

figure;
pattern(ant,600e6)

Постройте график диаграммы антенны в прямоугольной декартовой системе координат на частотной области значений 300-1200 МГц

figure;
pattern(ant,300e6:100e6:1200e6,0,90,'CoordinateSystem','rectangular')

Заключение

Моделирование и анализ логарифмической антенны с помощью Antenna Toolbox завершены, и ее эффективность соответствует результатам, приведенным в [1]. Потеря возврата (S11) антенны указывает на широкополосную эффективность на частотной области значений 300 - 1200 МГц. Антенна имеет приблизительный коэффициент усиления 4,94 дБи на 600 МГц, и коэффициент усиления увеличивается с увеличением частоты.

Ссылка

[1]. Phu B. H., Quang P. M., Phuoc D. T. and Duy L. N., «A log-perious pair-zoothed planar antenna for UHF ultra-wideband applications», 2013 Международная конференция по передовым технологиям для связи, 2013, стр. 689-692