Только металлическая антенна

Этот пример рассматривает антенну яги-уда с теми же размерностями, что и в [1].

Создание геометрии

Создайте геометрию антенны яги-уда с двумя направляющими элементами, имеющие значения длины 131,9 мм и 126,5 мм соответственно. Интервалы размерностей для режиссёров составляют 65,95 мм и 80,34 мм. Длина Наполнителя составляет 139,1 мм. Длина и интервал значений отражателя составляют 141,5 мм и 88,13 мм соответственно. В [1] все элементы представляли собой тонкие провода с радиусом 0.6745 мм. Однако эквивалентное моделирование полос выполняется с использованием cylinder2strip функция.

d=design(dipole,1e9);
radius=6.7450e-04; %Radius of thin wires
d.Width=cylinder2strip(radius); %Converting into equivalent stripwidth
d.Length=139.1e-03;
d.TiltAxis=[0 1 0];
d.Tilt=-90;
ant=design(yagiUda,1e9);
ant.Exciter=d;
ant.NumDirectors=2;
ant.DirectorLength=[131.9e-03;126.5e-03];
ant.DirectorSpacing=[65.95e-03;80.34e-03];
ant.ReflectorLength=141.5e-03;
ant.ReflectorSpacing=88.13e-03;

Визуализация антенны

Визуализируйте идеальную электропроводящую (PEC) антенну по умолчанию, значения проводимости и толщины которой бесконечны и равны нулю, соответственно.

figure;
show(ant)

Функция show задает имя проводника и местоположение корма, используя различные цвета на приведенном выше рисунке.

Визуализация эффективности излучения антенны УИК

Построение графиков эффективности излучения антенны УИК яги-уда с помощью efficiency функция в области значений от 0,5 ГГц до 1,5 ГГц с 31 точкой дискретизации. Поскольку антенна PEC не имеет потерь, она показывает эффективность излучения как 1 в частотной области значений здесь.

f=linspace(0.5e9, 1.5e9, 31);
efficiency(ant,f)

Визуализация направленности антенны PEC

Он обеспечивает направленность антенны PEC yagi-uda на частоте 1 ГГц. Из-за отсутствия потерь направленность и усиление будут одинаковыми в антенне PEC.

figure;
pattern(ant, 1e9)

Используйте медный металл для проекта антенны

Установите проводник в виде меди из металлического каталога Antenna Toolbox. Измените проводимость конечной металлической антенны яги-уда с помощью свойств металлического объекта.

Используйте медный металл для проекта антенны

ant.Exciter.Conductor=metal('Copper');%chosing the conductor from the metal catalog
ant.Exciter.Conductor.Conductivity=1e5;%same value as of the reference paper

Задайте свойства металла возбудителя

ant.Exciter.Conductor=metal('Copper');%chosing the conductor from the metal catalog
ant.Exciter.Conductor.Conductivity=1e5;%same value as of the reference paper

Определение металлических свойств проводника

ant.Conductor=metal('Copper');%chosing the conductor from the metal catalog
ant.Conductor.Conductivity=1e5;%same value as of the reference paper

Он вручную изменяет проводимость и толщину конечной металлической антенны яги-уда.

ant.Exciter.Conductor.Thickness=700*1e-6;
ant.Conductor.Thickness=700*1e-6;

Визуализация конечной металлической антенны

Визуализируйте металлическую антенну яги-уда с помощью показа.

figure;
show(ant)

Построение графика эффективности излучения конечной металлической антенны

Строит графики визуализации радиационной эффективности металлической антенны яги-уда в области значений от 0,5 ГГц до 1,5 ГГц.

f=linspace(0.5e9, 1.5e9, 31);
figure;
efficiency(ant,f)

График шаблона усиления конечной металлической антенны

Строит графики шаблона усиления металлической антенны яги-уда на частоте 1 ГГц.

figure
pattern(ant,1e9)

Из приведенных выше сравнений можно отметить, что коэффициент усиления антенны уменьшается на 0,86 дБ из-за конечных потерь проводимости. Значение эффективности тесно совпадает с аналитическими результатами [1].

Металлодиэлектрическая антенна

Этот пример рассматривает микрополосковую патч-антенну от [2]. В [2] численный анализ был выполнен с использованием метода Конечной разностной временной области (FDTD). Однако антенна анализируется здесь с помощью основанного на методе момента (MoM) решателя Antenna Toolbox.

Создание геометрии

Создает геометрию микрополосковой патч-антенны с проводником PEC и подложкой с потерей толщины 1,57 мм.

f=1.59e9; %solution frequency
lambda=3e8/f;
d = dielectric('FR4'); %Selecting the substrate from the  dielectric catalog
d.EpsilonR=4.36;
d.LossTangent=2/100;%Indicates the lossy substrate
ant = patchMicrostrip('Substrate',d);
ant.Height=1.57e-3;
ant.Substrate.Thickness=1.57e-3;
ant.Length=45e-3;
ant.Width=45e-3;
ant.GroundPlaneLength=20e-2;
ant.GroundPlaneWidth=13.5e-2;
ant.FeedOffset= [20e-3 0];
ant.FeedWidth=lambda/200;

Ручная сетка микрополосковой закрашенная фигура

Сетка антенны вручную с помощью максимальной длины рта базиса RWG функционирует как lambda/20, где длина волны свободного пространства на частоте решения 1,5 ГГц является лямбда.

figure;
mesh(ant,'MaxEdgeLength',lambda/20)

Визуализация микрополосковой закрашенная фигура

Визуализируйте схематический показ антенны с PEC в виде металлической и потерянной подложки.

figure;
show(ant)

Вычисление эффективности излучения микрополосковой антенны с металлом PEC и подложкой Lossy

Вычисляет КПД в абсолютных и логарифмических значениях эффективности излучения антенны с УИК в качестве металлической и потерянной подложки. Поскольку металл является PEC, только потеря происходит из-за потерянной подложки.

E1=efficiency(ant,f)

E1 = 0.2963

E1_log=10*log10(E1)

E1_log = -5.2828

Постройте график направленности микрополосковой антенны с металлом PEC и подложкой Lossy

Строит графики направленности микрополосковой антенны с PEC-металлом и подложкой с потерями с помощью функции шаблона. Направленность не зависит от проводимости и диэлектрических потерь.

figure
pattern(ant,f,'Type', 'Directivity')

Построение графика усиления микрополосковой антенны с металлом PEC и подложкой Lossy

Строит графики усиления микрополосковой антенны с PEC-металлом и подложкой с потерями. Здесь значение усиления меньше, чем значение направленности из-за диэлектрических потерь. Различия значений усиления и направленности тесно совпадают с журналом значением эффективности излучения, т.е. $$E{1}_{log}$$.

figure;
pattern(ant,f,'Type', 'Gain')

Импеданс микрополосковой антенны с металлом PEC и подложкой Lossy

Строит графики изменения импеданса микрополосковой антенны с металлом PEC и подложкой с потерями в частотной области значений от 1 ГГц до 4 ГГц.

f1=linspace(1e9,4e9,31);
figure
impedance(ant,f1)

Обратная потеря микрополосковой антенны с металлом PEC и подложкой Lossy

Строит графики изменения потерь при возврате антенны микрополоски с металлом PEC и подложкой с потерями.

figure;
s1=sparameters(ant,f1,50);
rfplot(s1);

Изменение свойств проводника микрополосковой антенны

Установите проводник антенны как металл с потерями. Используйте металлический объект, чтобы сменить проводник на медный металл.

ant.Conductor=metal('Copper');

Визуализация микрополосковой антенны с металлом Lossy и подложкой Lossy

Визуализация микрополосковой антенны с медным металлом и FR4 подложкой.

figure;
show(ant)

Вычисление эффективности излучения микрополосковой антенны с металлом Лосси и подложкой Лосси

Вычисляет эффективность излучения в абсолютных и логарифмических значениях микрополосковой антенны с Медью в качестве металла и FR4 потери в качестве подложки. Из-за

потеря проводимости в дополнение к диэлектрическим потерям снижается эффективность излучения.

E2=efficiency(ant,f)

E2 = 0.2341

E2_log=10*log10(E2)

E2_log = -6.3055

Построение графика усиления микрополосковой антенны с металлом Lossy и подложкой Lossy

Постройте график усиления микрополосковой антенны с медным металлом и FR4 подложкой.

figure;
pattern(ant,f,'Type', 'Gain')

Здесь значение усиления меньше значения направленности из-за как проводимости, так и диэлектрических потерь. Различия усиления и направленности тесно совпадают с журналом значением эффективности излучения, т.е. $$E{2}_{log}$$.

Заключение

Таким образом, эффективность излучения, вычисленная с помощью Antenna Toolbox как для металлической, так и для металлодиэлектрической антенн, тесно совпадает с той, которая описана в ссылках, которые использовали различные аналитические [1] или числовые методы [2].

Ссылки

[1] Шахпари, Мортеза и Дэвид В. Тиль. «Фундаментальные ограничения эффективности антенного излучения», Транзакции IEEE по антеннам и распространению, том 66, № 8, 2018.

[2] Ph.Leveque, A. Reineix and B. Jecko, «Моделирование диэлектрических потерь в микрополосковых закрашенная фигура: применение метода FDTD», Electronics Letters, Vol. 28, No. 6, March 1992.