Разработка PIFA для приложений WiFi™ WLAN

Открыть Live Script

В этом примере рассматривается PIFA, разработанный для Wi-Fi™ приложений [1]. Планарная инвертированная-F антенна (PIFA) в основном является заземленной закрашенная фигура с длиной закрашенной фигуры $λ$ / 4 (разомкнутый микрополосковый резонатор) вместо обычного $λ$ / 2 для закрашенная фигура (открытый микрополосковый резонатор). Обычно он состоит из заземленной плоскости, верхней закрашенной фигуры, заземленного на одном конце, и коаксиального зонда, питающего верхнюю закрашенную фигуру. PIFA обычно используется в мобильной связи, поскольку он имеет низкие производственные затраты, меньшие, чем размер закрашенную фигуру, и относительно простую структуру. В сложение он также имеет уменьшенное обратное излучение в сторону головы пользователя. Однако закрашенная фигура имеет лучшую поляризационную чистоту. Для мобильных телефонов в последнее время разработаны сотни разновидностей PIFA .

Расчётные параметры

Для этой антенны расчётных параметров длина, ширина и высота верхней закрашенной фигуры, а также расположение зонда питания. Короткая полоса всегда расположена на одном накладном ребре; его длина всегда является длиной ребра. Процесс проекта мы начинаем с размерностей антенны, инициализированных ниже. Длина закрашенной фигуры выбирается равной четверти длины волны на верхней частоте полосы частот (2,5 ГГц).

patchLength = 30e-3;
patchWidth  = 20e-3;
patchHeight = 10e-3;
lengthgp    = 35e-3;
widthgp     = 35e-3;
feedoffset  = [-patchLength/2+ 5e-3 0];

Создайте плоскую инвертированную F-антенну

Параметры, определенные выше, используются для создания PIFA. Смещение подачи задано таким образом, что подача находится на расстоянии 5 мм от замкнутого ребра закрашенной фигуры. Ширина подачи полосы соответствует проволоке с радиусом 1 мм.

ant = pifa('Length',patchLength, 'Width', patchWidth, 'Height',         ...
    patchHeight, 'GroundPlaneLength', lengthgp, 'GroundPlaneWidth',     ...
    widthgp, 'ShortPinWidth', patchWidth, 'FeedOffset', feedoffset);

figure;
show(ant);

Figure contains an axes. The axes with title pifa antenna element contains 3 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Проект для приложений WLAN

В этом разделе рассматривается проект компактного PIFA с подходящей пропускной способностью для беспроводного приложения в WiFi™ полосе. Шумовая полоса определяется как частотный диапазон, в котором VSWR меньше 2:1, который приблизительно соответствует коэффициенту отражения -10 дБ или более низкому. Это означает, что 10% или менее падающей степени отражается назад на генератор.

freq = linspace(2.4e9, 2.5e9, 21);
s1 = sparameters(ant,freq);
S11Fig1 = figure;
rfplot(s1);

$Figure contains an axes. The axes contains an object of type line. This object represents dB(S_{11}).$

Из приведенного выше графика следует, что антенна не совпадает. Необходимо изменить проект антенны, чтобы убедиться, что коэффициент отражения меньше -10 дБ в интересующей частотной области значений.

Изменение местоположения подачи антенны

Простым и эффективным способом обеспечения соответствия импеданса как для PIFA, так и для закрашенная фигура является перемещение места подачи. Мы обычно перемещаем подачу по резонансной длине закрашенной фигуры и находим положение, где достигается лучшее соответствие. Используйте для этого параметр FeedOffset и постройте график коэффициента отражения для каждого места подачи.

feedoffsetx = 5e-3:1e-3:19e-3;
S11 = zeros(numel(freq), numel(feedoffsetx));
for m =1:length(feedoffsetx)
    feedoffset  = [-patchLength/2 + feedoffsetx(m) 0];
    ant.FeedOffset = feedoffset;
    S = sparameters(ant,freq);
    S11(:,m) = 20*log10(abs(S.Parameters));
end
S11Fig2 = figure;
plot(freq./1e9, S11);
legend(strcat(num2str(feedoffsetx'.*1e3), 'mm'), 'location', 'Best');
grid on;
title('Reflection Coefficient For Different Feed Offsets');
xlabel('Frequency (GHz)');
ylabel('Magnitude (dB)');

Figure contains an axes. The axes with title Reflection Coefficient For Different Feed Offsets contains 15 objects of type line. These objects represent 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 11mm, 12mm, 13mm, 14mm, 15mm, 16mm, 17mm, 18mm, 19mm.

Выберите лучший проект

Из графиков коэффициента отражения мы видим, что смещение подачи 15 мм обеспечивает лучшее соответствие. Обновите смещение подачи и визуализируйте новую структуру антенны. Теперь корм расположен ближе к центру закрашенной фигуры.

ant.FeedOffset = [-patchLength/2 + 15e-3 0];
figure; 
show(ant);

Figure contains an axes. The axes with title pifa antenna element contains 3 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Ниже мы также строим график коэффициента отражения и VSWR для оптимального проекта антенны.

s2 = sparameters(ant,freq);
S11Fig3 = figure;
rfplot(s2);

$Figure contains an axes. The axes contains an object of type line. This object represents dB(S_{11}).$

VSWRFig = figure; 
vswr(ant, freq);

Figure contains an axes. The axes with title VSWR contains an object of type line.

См. также

Секторная антенна для 2.4 ГГц WiFi™

Ссылка

[1] G. M. Khanal, «Design of a Compact PIFA for WLAN Wi-Fi Wireless Applications», Int. J. of Engineering Research and Development, www.ijerd.com Vol. 8, Issue 7, Sept. 2013, pp. 13-18, e-ISSN:2278-067X, p-ISSN: 2278-800X. Доступно онлайн at:http://www.ijerd.com/paper/vol8.issue7/C08071318.pdf

Документация