Электрическая длина антенны

Физическая длина антенны является фактическими физическими размерностями антенны. Рассмотрим dipole антенна от Antenna Toolbox™ с рабочей частотой 75 МГц и соответствующей длиной волны 4 м. dipole объект создает полуволновой диполь антенну, следовательно, ее электрическая длина составляет Lambda/2 или 2 м, что равно физической длине антенны.

Электрическая длина антенны $β l$

где: $β = \frac{2 π}{λ} \sqrt{μ ε}$ - постоянная распространения, зависимая от длины волны $λ$ , диэлектрическая проницаемость $ε$ , и проницаемость $μ$ .

$l$ - физическая длина антенны.

Можно изменить длину электричества, изменив физическую длину и константу распространения. Константа распространения зависит от проницаемости, проницаемости материалов антенны и рабочей частоты.

Повышение Шаблонов дипольных антенн

Наблюдайте усиление дипольных антенн различной физической длины с частотой 75 МГц в таблице ниже.

Шаблоны повышения дипольных антенн различной физической длины на частоте 75 МГц

Повышение Шаблонов прямоугольных волноводов на разных частотах

Создайте прямоугольный WR-90 waveguide с длиной по умолчанию 1 Лямбда с рабочей частотой 12,5 ГГц. Исследуйте его повышение шаблона. Измените рабочую частоту и электрическую длину антенны и исследуйте, как меняется шаблон повышения.

Повышение Шаблонов волноводов различной электрической длины

Эффект материалов и реактивного напряжения на длину электрооборудования

Эффект материалов

Увеличение относительной диэлектрической проницаемости или диэлектрической проницаемости материала увеличивает константу распространения. Точно так же увеличение относительной проницаемости материала также увеличивает константу распространения. Создайте две микрополосковые закрашенные фигуры антенны, одна с air как подложка, так и другая с FR4 подложка. Анализируйте их размерности на той же рабочей частоте.

Сравнение размерностей микрополосковых закрашенная фигура с различными подложками

Создайте микрополосковую закрашенную фигуру с воздухом в качестве подложки на частоте 1 ГГц.

design(patchMicrostrip,1e9)

ans = 
  patchMicrostrip with properties:

               Length: 0.1439
                Width: 0.1874
               Height: 0.0030
            Substrate: [1x1 dielectric]
    GroundPlaneLength: 0.2998
     GroundPlaneWidth: 0.2998
    PatchCenterOffset: [0 0]
           FeedOffset: [0.0303 0]
            Conductor: [1x1 metal]
                 Tilt: 0
             TiltAxis: [1 0 0]
                 Load: [1x1 lumpedElement]

Создайте микрополоску закрашенной фигуры антенны с FR4 в качестве субстрата на частоте 1 ГГц.

design(patchMicrostrip('Substrate',dielectric('FR4')),1e9)

ans = 
  patchMicrostrip with properties:

               Length: 0.0664
                Width: 0.0855
               Height: 0.0014
            Substrate: [1x1 dielectric]
    GroundPlaneLength: 0.1368
     GroundPlaneWidth: 0.1368
    PatchCenterOffset: [0 0]
           FeedOffset: [0.0140 0]
            Conductor: [1x1 metal]
                 Tilt: 0
             TiltAxis: [1 0 0]
                 Load: [1x1 lumpedElement]

Эффект загрузки на антенну

Эффективная электрическая длина антенны может быть изменена без изменения ее физической длины путем добавления реактивного напряжения (индуктивности или емкости) последовательно с антенной. Это называется согласованным с импедансом соответствием или загрузкой. Например, рассмотрим монополярную антенну и монополярную антенну с верхней шляпой одинаковой физической длины. Монополярная антенна с верхней шляпкой резонирует с меньшей частотой по сравнению с монополярной антенной без верхней шляпы. Следовательно, соответствующая длина волны для монополя с верхней шляпкой выше, и, ее электрическая длина больше.

Сравнение импеданса монополистых и верхних монополистых антенн

Вычислите и постройте график импеданса монополярной антенны в частотной области значений 40 MHz-80 МГц.

figure;
impedance(monopole,linspace(40e6,80e6,41))

Figure contains an axes. The axes with title Impedance contains 2 objects of type line. These objects represent Resistance, Reactance.

Вычислите и постройте график импеданса антенны верхнего монополя в частотной области значений 40 MHz-80 МГц.

figure;
impedance(monopoleTopHat,linspace(40e6,80e6,41))

Figure contains an axes. The axes with title Impedance contains 2 objects of type line. These objects represent Resistance, Reactance.

Mesh на различных частотах

Наблюдайте зацепление дипольных антенн той же физической длины на частотах 37,5, 75 и 150 МГц в таблице ниже.

Сетка дипольной антенны на различных частотах


Частота = 37,5 МГц	Частота = 75 МГц	Частота = 150 МГц

Длины антенны остаются неизменными, но когда изменяется рабочая частота антенны, количество треугольников в сетке изменяется, как и решения для функций анализа.

Ссылки

[1] Balanis, C.A. Antenna Theory: Analysis and Design. 3rd Ed. New York: Wiley, 2005.

Документация