Моделирование и анализ однополосного Слоя U-слота Закрашенной фигуры антенны

Открыть скрипт

Стандартная прямоугольная микрополосковая закрашенная фигура является узкополосной антенной и обеспечивает 6-8 dBi Gain с линейной поляризацией. Этот пример, основанный на работе, проделанной в [1], [2], моделирует широкополосную закрашенную фигуру антенну с помощью паза в излучателя и разрабатывает двухполосную и трехполосную вариацию от нее. В процессе один широкий ответ был разделен на несколько узкополосных областей, обслуживающих определенные полосы в стандарте WiMAX. Эти закрашенная фигура были снабжены зондом.

Создание одиночной закрашенной фигуры U-слота

Задайте параметры Основная U-образная слот закрашенной фигуры антенна состоит из прямоугольной закрашенной фигуры излучателя в пределах которого U-образный слот был вырезан. Как обсуждалось в [1], сама закрашенная фигура находится на воздушной подложке и толстый, чтобы обеспечить достижение более высоких полос пропускания. Присутствие структуры паза достигает дополнительной емкости в структуре, которая сочетается с индуктивностью подачи длинного зонда, чтобы создать двойной резонанс в полосе. Параметры геометрии на основе [2] определены и показаны на чертеже ниже.

L = 26e-3;
W = 35.5e-3;
Uy1 = 19.5e-3;
Ux1 = 12e-3;
Ua1 = 2.1e-3;
Ud1 = 4.8e-3;
d = 13.5e-3;
h = 6e-3;

Задайте форму излучателя - Один U-слот

Используйте примитивы прямоугольной формы в Antenna Toolbox™, чтобы создать U-образную закрашенную фигуру излучателя форму. Операция логического вычитания используется среди примитивов формы для этой цели.

N1 = 2; %50;
N2 = 2; %10;
s = antenna.Rectangle('Length',W,'Width',L,'NumPoints',60);
h1 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],...
    'Center',[-Ux1/2 + Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h2 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],...
    'Center',[Ux1/2 - Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h3 = antenna.Rectangle('Length',Ux1,'Width',Ua1,'NumPoints' ,[N1 N2 N1 N2],...
    'Center',[0,-L/2 + Ud1 + Ua1/2]);
Uslot_patch = s-h1-h2-h3;
figure
show(Uslot_patch)

Задайте форму земли

Создайте форму плоскости заземления для антенны. Грунтовая плоскость в этом случае прямоугольной формы и размера 71 мм х 52 мм.

Lgp = 71e-3;
Wgp = 52e-3;
p2  = antenna.Rectangle('Length',Lgp,'Width',Wgp,'NumPoints',10);

Задайте стек

Используйте pcbStack, чтобы задать металлический и диэлектрический слои и питание для одной U-слотной закрашенная фигура. Слои определяются сверху вниз. В этом случае самый верхний слой представляет собой металлический слой, заданный U-образной закрашенной фигурой формой. Второй слой является диэлектрическим материалом, воздухом в этом случае, а третий слой является плоскостью заземления металла.

d1 = dielectric('Air');
slotPatch = pcbStack;
slotPatch.Name = 'U-Slot Patch';
slotPatch.BoardThickness = h;
slotPatch.BoardShape = p2;
slotPatch.Layers = {Uslot_patch,d1,p2};
slotPatch.FeedLocations = [0 L/2-d 1 3];
slotPatch.FeedDiameter = 0.9e-3;
figure
show(slotPatch)

Вычислите и постройте график коэффициента отражения

Сетка структуры с помощью максимальной длины ребра, которая составляет одну десятую длину волны при самой высокой частоте операции, которая является 6 ГГц для этого примера. Вычислите и постройте график коэффициента отражения для этой антенны в полосе. Коэффициент отражения построен с ссылкой импедансом 50 Ом.

figure
mesh(slotPatch,'MaxEdgeLength',.01,'MinEdgeLength',.001,'GrowthRate',0.7)

freq = linspace(3e9,6e9,200);
s1 = sparameters(slotPatch,freq);
s11Fig = figure;
rfplot(s1,1,1)
s11Ax = gca(s11Fig);
hold(s11Ax,'on');

Вычислите и постройте шаблон

Постройте график диаграммы направленности излучения для этой антенны на частотах наилучшего соответствия в полосу.

figure
pattern(slotPatch,3.9e9)

figure
pattern(slotPatch,4.74e9)

Двухдиапазонная U-слотная закрашенная фигура

Определите параметры

Для достижения двухдиапазонного поведения, как показано на [1], [2], двойной резонанс изменяется таким образом, чтобы два способствующих резонанса, то есть от закрашенной фигуры и от паза, не объединялись. Для этого регулируются существующие параметры паза, и в структуру вводится второй паз. Параметры для двойного U-слота перечислены ниже согласно [2], и рисунок, аннотированный с использованием переменных, показан.

Ux1 = 13e-3;
Ux2 = 22e-3;
Uy1 = 18.5e-3;
Uy2 = 7e-3;
Ua2 = 1e-3;
Ud1 = 5.8e-3;
Ud2 = 1.5e-3;

Создайте двойной U-слот излучатель

Как и прежде, используйте примитивы формы, чтобы создать геометрию с помощью булевых операций.

h1 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux1/2 + Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h2 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux1/2 - Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h3 = antenna.Rectangle('Length',Ux1,'Width',Ua1,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud1 + Ua1/2]);
Uslot_patch = s-h1-h2-h3;
h4 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux2/2 + Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h5 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux2/2 - Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h6 = antenna.Rectangle('Length',Ux2,'Width',Ua2,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud2 + Ua2/2]);
DoubleUslot_patch = Uslot_patch-h4-h5-h6;
figure
show(DoubleUslot_patch)

Изменение слоев в стеке

Измените существующий стек, введя новый излучателя в свойство Layers.

slotPatch.Layers = {DoubleUslot_patch,d1,p2};
figure
show(slotPatch)

Сетка и коэффициент отражения графика

Создайте сетку структуры на самой высокой частоте операции и вычислите коэффициент отражения.

figure
mesh(slotPatch,'MaxEdgeLength',.01,'MinEdgeLength',.001,'GrowthRate',0.5)

s2 = sparameters(slotPatch,freq);
figure(s11Fig);
rfplot(s2,1,1);

Параметры трехдиапазонного U-слота Закрашенной фигуры антенны

Для трехдиапазонной операции вводится третий U-слот и регулируются существующие параметры паза. Параметры показаны ниже на основе [2].

d   = 14.5e-3;
Ux1 = 14e-3;
Ux2 = 18e-3;
Ux3 = 22e-3;
Uy1 = 18.7e-3;
Uy2 = 9e-3;
Uy3 = 4e-3;
Ud2 = 3.5e-3;
Ud3 = 1.5e-3;
Ua1 = 2e-3;
Ua3 = 1e-3;

Создайте тройной U-слот излучатель

N1 = 20; %50;
N2 = 10; %10;
h1 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux1/2 + Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h2 = antenna.Rectangle('Length',Ua1,'Width',Uy1,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux1/2 - Ua1/2, -L/2 + Ud1 + Uy1/2]);
h3 = antenna.Rectangle('Length',Ux1,'Width',Ua1,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud1 + Ua1/2]);
Uslot_patch = s-h1-h2-h3;
h4 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux2/2 + Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h5 = antenna.Rectangle('Length',Ua2,'Width',Uy2,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux2/2 - Ua2/2, -L/2 + Ud2 + Uy2/2]);
h6 = antenna.Rectangle('Length',Ux2,'Width',Ua2,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud2 + Ua2/2]);
DoubleUslot_patch = Uslot_patch-h4-h5-h6;
h7 = antenna.Rectangle('Length',Ua3,'Width',Uy3,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[-Ux3/2 + Ua3/2, -L/2 + Ud3 + Uy3/2]);
h8 = antenna.Rectangle('Length',Ua3,'Width',Uy3,'NumPoints',[N2 N1 N2 N1],'Center',[Ux3/2 - Ua3/2, -L/2 + Ud3 + Uy3/2]);
h9 = antenna.Rectangle('Length',Ux3,'Width',Ua3,'NumPoints',[N1 N2 N1 N2],'Center',[0,-L/2 + Ud3 + Ua3/2]);
TripleUslot_patch = DoubleUslot_patch-h7-h8-h9;
figure
show(TripleUslot_patch)

Изменение слоев в стеке

slotPatch.Layers = {TripleUslot_patch,d1,p2};
slotPatch.FeedLocations = [0 L/2-d 1 3];
figure
show(slotPatch)

Сетка и коэффициент отражения графика

figure
mesh(slotPatch,'MaxEdgeLength',.005,'MinEdgeLength',.001,'GrowthRate',0.7)

s3 = sparameters(slotPatch,freq);
figure(s11Fig)
rfplot(s3,1,1)
legend('Single','Double','Triple')
title('S_1_1')

Заключение

Модели многополосной однополосной U-слот слоя антенны закрашенной фигуры как обсуждалось в [1] и [2], были построены и проанализированы и хорошо согласуются с сообщенными результатами.

Ссылка

[1] K. F. Lee, S. L. S. Yang and A. Kishk, «The Versatile U-slot закрашенной фигуры antenna», 2009 III Европейская конференция по антеннам и распространению, Берлин, 2009, стр. 3312-3314.

[2] В. К. Мок, С. Х. Вонг, К. М. Лук и К. Ф. Ли, «Двухдиапазонный Single-Layer Single-Patch и Антенны Закрашенной фигуры Тройной Полосы», в Сделках IEEE на Антеннах и Распространении, издании 61, № 8, стр 4341-4344, август 2013.

См. также

Модель и анализ двухполюсной поляризованной Закрашенной фигуры микрополосковой антенны

Документация