Этот пример исследует спиральную антенну, сконструированную в [2], относительно достигнутой направленности. Спиральные антенны были введены в 1947 году [1]. С тех пор они широко используются в некоторых приложениях, таких как мобильная и спутниковая связь. Спиральные антенны обычно используются в осевом режиме работы, который происходит, когда окружность спирали сопоставима с длиной волны операции. В этом режиме спиральная антенна имеет максимальное направление вдоль своей оси и излучает циркулярно-поляризованную волну.
Технические спецификации на спиральную антенну следующие ([2]):
Частотная область значений: 1,3 - 2 ГГц
Коэффициент усиления: 13 дБи +/- 1,5 дБи
Коэффициент эллиптичности: < 1,5
По сравнению с ссылкой [2], модель спиральной антенны, доступная в тулбоксе, использует следующие упрощающие допущения:
Проводник - исходная ссылка использует цилиндр радиуса r, в то время как тулбокс использует полосу ширины w.
Форма плоскости земли - квадратная плоскость земли используется в исходной ссылке, в то время как в настоящей модели тулбокса используется круговая форма.
Ширина корма - ширина корма в [2] составляет r/10, в то время как модель тулбокса использует w.
Метрика валидации проекта - Ссылка [2] использовала усиление для сравнения результатов симуляции и измерений, тогда как в тулбоксе мы будем использовать направленность, поскольку моделируемая антенна имеет незначительно маленькие потери.
Модель на спирали в тулбоксе использует приближение полосы, которое связывает ширину полосы с радиусом эквивалентного цилиндра [3]. В сложение модель на спирали в тулбоксе имеет круговую плоскость земли. Выберите радиус плоскости заземления, чтобы он составлял половину длины стороны квадратной плоскости заземления.
r = 0.3e-3; width = cylinder2strip(r); feedheight = 3*r; D = 56e-3; radius = D/2; turns = 17.5; pitch = 11.2; spacing = helixpitch2spacing(pitch,radius); side = 600e-3; radiusGP = side/2;
Центральная частота выбрана как 1,65 ГГц. Выбирается относительная полоса пропускания 45%, которая обеспечивает достаточную гибкость, поскольку пределы рабочей частоты приводят к относительной полосе пропускания 42,5%. Относительная шумовая полоса вычисляется как,
fc = 1.65e9; relativeBW = 0.45; BW = relativeBW*fc;
Создайте спиральную антенну с соответствующими свойствами, рассчитанными ранее, и просмотрите структуру.
hx = helix('Radius',radius,'Width',width,'Turns',turns,... 'Spacing',spacing,'GroundPlaneRadius',radiusGP,... 'FeedStubHeight',feedheight); figure; show(hx);
Постройте график диаграммы направленности спиральной антенны на центральной частоте 1,65 ГГц. Этот шаблон подтверждает осевой режим работы спиральной антенны.
figure; pattern(hx,fc);
Чтобы вычислить изменение направленности основного луча как функцию от частоты, выберите частотную область значений согласно [2].
Nf1 = 15; Nf2 = 20; fmin = 1.2e9; fmax = 2.1e9; fstep = 0.1e9; fband1 = linspace(fmin,1.3e9,Nf1); fband2 = linspace(fmin,fmax,Nf2); freq = unique([fband1,fband2]); Nf = length(freq); D = nan(1,Nf); f_eng = freq./1e9; f_str = 'G'; fig1 = figure; for i = 1:length(freq) D(i) = pattern(hx,freq(i),0,90); figure(fig1) plot(f_eng,D,'x-') grid on axis([f_eng(1) f_eng(end) 9 16 ]) xlabel(['Frequency (' f_str 'Hz)']) ylabel('Directivity (dBi)') title('Peak Directivity Variation vs. Frequency') drawnow end
Сравнивая этот результат с Fig. 11 в [2], воспроизведенном ниже, мы устанавливаем количественное соглашение.
Моделируемый и измеренный коэффициент усиления RHC для проектов NB и WB3 [2] (воспроизводится с разрешения IEEE)
Сравнение измерений в монополях
[1] J. D. Kraus, «Helical Beam Antennas», Electronics, 20, April 1947, pp. 109-111.
[2] А. Р. Джорджевич, А. Г. Зайич, М. М. Илик, Г. Л. Стубер, «Оптимизация спиральных антенн [блокнот антенного дизайнера]», IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol.48, no.6, pp.10.
[3] C. A. Balanis, 'Antenna Theory. Analysis and Design, 'p. 514, Wiley, New York, 3rd Edition, 2005.
