Параметры равноугольной спиральной антенны

Равноугловая спиральная антенна определяется радиусом, который растет экспоненциально с углом обмотки. Расширением спирали управляет фактор, называемый скоростью роста. В [1] авторы используют угол между тангенциальным и радиальным векторами в любой точке спирали, чтобы задать скорость роста. Внутренний радиус спирали является радиусом питающей конструкции, в то время как внешний радиус является самым дальним на любом плече спирали. Следует отметить, что спиральные рычаги усечены для минимизации отражений, возникающих из концов.

psi = 79*pi/180;
a   = 1/tan(psi);
Ri  = 3e-3;
Ro  = 114e-3;

Создайте антенну

Параметры, заданные ранее, используются для создания равноугольной спиральной антенны.

sp = spiralEquiangular('GrowthRate',a,'InnerRadius',Ri,'OuterRadius',Ro);
SpiralFig = figure;
show(sp)

Импедансное поведение равноугольной спирали

Импедансное поведение спиральной антенны показывает множественные резонансы на полосу низкой частоты, прежде чем достигать относительно постоянного сопротивления и реактивного сопротивления с увеличением частоты. Чтобы захватить эти резонансы, разделите полосу частот на две части. Дискретизация нижней полосы частот с более мелким интервалом и более высоким диапазоном частот с интервалом между курсорами.

Nf1    = 25;
Nf2    = 15;
fband1 = linspace(0.3e9,1e9,Nf1);
fband2 = linspace(1e9,5e9,Nf2);
freq   = unique([fband1,fband2]);
SpiralImpFig = figure;
impedance(sp,freq);

Изменение направленности Boresight с частотой

Спиральные антенны сами по себе являются двунаправленными излучателями. Для подавления нежелательного излучения их используют с наземной плоскостью и диэлектрической подложкой. Модель тулбокса равноугольной спирали не имеет плоскости заземления или опорного материала.

SpiralDVarFig = figure;
D = zeros(1,length(freq));
for p = 1:length(freq)
    D(p) = pattern(sp,freq(p),0,90);
end
f_eng = freq./1e9;
f_str = 'G';
plot(f_eng,D,'x-')
grid on
axis([f_eng(1) f_eng(end) 0 8 ])
xlabel(['Frequency (' f_str 'Hz)'])
ylabel('Directivity (dBi)')
title('Peak Directivity Variation vs. Frequency')

Обсуждение результатов

Бумага [1], сравнивает два типа подложки - Foamclad и субстрат Роджерса. Поскольку Foamclad, имеет относительную диэлектрическую проницаемость, почти эквивалентную свободному пространству, мы используем это для сравнения результатов с спиралью только для металла из тулбокса. Спираль, поддерживаемая пенопластом в [1], достигает почти постоянного сопротивления 188 $$\Omega$$ после 1 ГГц и реактивное сопротивление изменяется приблизительно между 10 и 20 $$\Omega$$. Этот результат очень хорошо согласуется с равноугольной спиральной моделью из тулбокса. Направленность boresight для модели тулбокса равноугольной спирали изменяется между 4,5-6 дБ между 1-5 ГГц. Это также хорошо соответствует результатам [1].

Ссылка

[1] M. McFadden, W. R. Scott, «Analysis of the Equiangular Spiral Antenna on a Dielectric Substrate», Транзакции IEEE по антеннам и распространению, vol.55, no.11, pp.3163-3171, Nov. 2007.