Кольцевая плоская антенна монополя

Этот рисунок показывает геометрию и размерности кольцевой плоской антенны монополя. Исходящим элементом является кольцевой звонок с внешним радиусом (rBig) из 25 mm и внутренний радиус (rSmall) из 10 mm, расположенный вертикально выше квадратной наземной плоскости с длиной стороны 305 mm. feedgap (d)между feedpoint в излучателе и наземной плоскостью и шириной feedstrip (w) установлены в 0.8 mm и 0.6 mm, соответственно, чтобы улучшить полосу пропускания импеданса. Значение смещения установлено к 0.2 mm устанавливать совершенную связь между feedstrip и кольцевым кольцевым излучателем.

Создайте наземную плоскость

Создайте квадратную наземную плоскость с длиной стороны 305 mm использование antenna.Rectangle функция.

Lg = 305e-3; Wg = 305e-3;
groundPlane = antenna.Rectangle("Length",Lg,"Width",Wg);

Создайте излучателя

Создайте feedstrip использование antenna.Rectangle функция. Чтобы создать внешний и внутренний круг, используйте antenna.Circle функция. Чтобы создать кольцевого кольцевого излучателя, вычтите innerCircle от outerCircle и добавьте в FeedStrip.

d = 0.8e-3; w = 0.6e-3;
offset = 0.2e-3; % offset value when a vertex touches the feed.
FeedStrip = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",d,"Center",[0 d/2]);

rBig = 25e-3; rSmall = 10e-3;
outerCircle = antenna.Circle("Radius",rBig,"Center",[0 rBig+d-offset]);
innerCircle = antenna.Circle("Radius",rSmall,"Center",[0 rBig+d-offset]);
radiator = outerCircle-innerCircle+FeedStrip;

Создайте плоский монополь

Чтобы создать кольцевую кольцевую плоскую антенну монополя, используйте monopoleCustom объект.

ant = monopoleCustom ("Radiator",radiator,"GroundPlane",groundPlane);
show(ant)

Создайте Mesh антенны

Поймайте в сети антенну вручную при помощи по крайней мере 10 элементов на длину волны в 3 GHz прежде, чем запустить анализ. Установите MaxEdgeLength к Lambda/10.

figure; 
mesh(ant,"MaxEdgeLength",0.01)

Вычислите VSWR

Вычислите напряжение постоянное отношение волны (VSWR) кольцевой кольцевой плоской антенны монополя, чтобы найти полосу пропускания импеданса антенны. VSWR меньше 2 в частотный диапазон 1.2 GHz к 8.7 GHz.

figure; 
vswr(ant,(0.5:0.2:10)*1e9,50);
ylim([1 5]);

Постройте VSWR для различных плоских антенн где the rSmall установлен в 5 mm, 10 mm, 15 mm and 20 mm.

load annularRingVSWR.mat            % load data from annularRingVSWR.mat file
figure; plot(freq,r5,'LineStyle',"-","Color",'r','LineWidth',1.5); grid on; hold on;
plot(freq,r10,'LineStyle',"-.","Color",'k','LineWidth',1.5);
plot(freq,r15,'LineStyle',"--","Color",'b','LineWidth',1.5);
plot(freq,r20,'LineStyle',":","Color",'g','LineWidth',1.5);
ylim([1 5]);
xlabel('Frequency (GHz)');
ylabel('Magnitude');
title('VSWR');
legend('rSmall = 5mm', 'rSmall = 10mm', 'rSmall = 15mm', 'rSmall = 20mm')

Вы видите что как значение rSmall увеличения с 5 mm к 10 mm, существует изменение в частоте ребра верхней полосы от 9,7 ГГц до 8,7 ГГц. Когда это увеличивается далее, антенна становится многополосной антенной вместо широкополосной антенны. Во всех этих случаях частота ребра нижней полосы является тем же самым. В этом примере, rSmall или innerCircle значение радиуса установлено в 10 mm.

Постройте диаграмму направленности антенн

Анализируйте диаграмму направленности антенны, в 4 GHz.

figure; pattern(ant,4e9);

В 4 GHz, кольцевая кольцевая антенна монополя показывает типичную всенаправленную моноплоскую диаграмму направленности усиление имеющее 6.23 dBi. Результаты симуляции соглашаются с результатами, представленными в [1].

Квадратная плоская антенна монополя с полосой питания, имеющей форму трайдента

Этот рисунок показывает, что геометрия и размерности квадратной плоской антенны с квадратной плоскостью имеют длину стороны 34 mm. Параметры полосы питания, имеющие форму трайдента: расстоянием между наземной плоскостью и питающейся полосой (d) является 1 mm, высотой питающейся полосы от d (h) является 4 mm, горизонтальной длиной питающейся полосы (t) является 18 mm, и шириной (w) всех трех полос, которые делают трайдент, является 2 mm. Радиус наземной плоскости (R) 150 mm. Идея питаемого трайдентом квадратного монополя воплощается от [2], но в этом примере использует круговую наземную плоскость.

Создайте излучателя

Излучатель включает полосу питания, имеющую форму трайдента и квадратный монополь. Создайте объект полосы питания, имеющий форму трайдента, Канал, путем добавления Strip1, Strip2, Strip3, Strip4 и Strip5 формы. Чтобы создать излучателя, добавьте Feed с monopole форма.

Lp = 34e-3;
Wp = 34e-3;
h = 4e-3;
d = 1e-3;
w = 2e-3;
t = 18e-3;

Strip1 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",d,"Center",[0 d/2]);
Strip2 = antenna.Rectangle("Length",t,"Width",w,"Center",[0 d+w/2]);
Strip3 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",h,"Center",[-(t/2-w/2) d+w+h/2]);
Strip4 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",h,"Center",[0 d+w+h/2]);
Strip5 = antenna.Rectangle("Length",w,"Width",h,"Center",[t/2-w/2 d+w+h/2]);
Feed = Strip1+Strip2+Strip3+Strip4+Strip5;
monopole = antenna.Rectangle("Length",Lp,"Width",Wp,"Center",[0 d+w+h+Wp/2]);
radiator = Feed + monopole;

Создайте наземную плоскость

Создайте круговую наземную плоскость использование antenna.Circle функция с радиусом 150 mm.

R = 150e-3;
groundPlane = antenna.Circle("Radius",R);

Создайте плоский монополь

Чтобы создать питаемую трайдентом квадратную плоскую антенну монополя, используйте monopoleCustom объект.

ant = monopoleCustom ("Radiator",radiator,"GroundPlane",groundPlane);
show(ant)

Поймать в сети антенну

Поймайте в сети антенну вручную при помощи по крайней мере 10 элементов на длину волны в 4 GHz прежде, чем запустить анализ. Установите MaxEdgeLength к Lambda/10.

figure; 
mesh(ant,"MaxEdgeLength",0.0075);

Вычислите отражательный коэффициент

Вычислите отражательный коэффициент плоской антенны монополя, чтобы найти полосу пропускания импеданса антенны. Отражательный коэффициент меньше-10 дБ в частотном диапазоне от 1,6 ГГц до 9,3 ГГц.

freq = (1:0.2:10)*1e9;
s = sparameters(ant,freq);
figure; 
rfplot(s);
title('Reflection Coefficient');

Постройте диаграмму направленности

Анализ диаграммы направленности антенны в 2 GHz, 6 GHz, и 9 GHz показывает вертикальную поляризацию как устойчивую в целой области значений частот. Но когда частота увеличивается, существует увеличение горизонтального компонента поляризации.

pV_1 = pattern (ant, 2e9, 0, 0:1:360,'Polarization','V');
pH_1 = pattern (ant, 2e9, 0, 0:1:360,'Polarization','H');
figure; 
polarpattern(pV_1,'MagnitudeLim',[-150 20]);
hold on; 
polarpattern(pH_1,'MagnitudeLim',[-150 20]);
legend VerticalPolarization HorizontalPolarization;

pV_2=pattern (ant, 6e9, 0, 0:1:360,'Polarization','V');
pH_2=pattern (ant, 6e9, 0, 0:1:360,'Polarization','H');
figure; polarpattern(pV_2,'MagnitudeLim',[-150 20]);
hold on; polarpattern(pH_2,'MagnitudeLim',[-150 20]);
legend VerticalPolarization HorizontalPolarization;

pV_3 = pattern (ant, 9e9, 0, 0:1:360,'Polarization','V');
pH_3 = pattern (ant, 9e9, 0, 0:1:360,'Polarization','H');
figure; 
polarpattern(pV_3,'MagnitudeLim',[-150 20]);
hold on; 
polarpattern(pH_3,'MagnitudeLim',[-150 20]);
legend VerticalPolarization HorizontalPolarization;

Просмотрите распределение тока

Распределение тока антенны анализируется в 2.5 GHz. Структура питания, имеющая форму трайдента приводит к универсальному распределению тока в более низкой части квадратного монополя.

current(ant,2.5e9,'scale','log');
view(0,1)

Заключение

Плоские антенны монополя имеют простую геометрию, и можно задать их излучателей и наземные плоскости во множестве различных форм. Эти антенны предлагают ультраширокую полосу пропускания импеданса с азимутальной диаграммой направленности, которая является почти всенаправленной.

Ссылка

[1] Амманн, М. Дж. Чен, З. Н. Цзя, M. Y. W. и Видят, T. S. P. “Кольцевые Плоские Антенны Монополя”. Продолжения IEE - Микроволны, Антенны и Распространение, Издание 149, № 4, август 2002, стр 200–203.

[2] Лютеций семьи Вонг, Чи-Сянь У и Сэоу-Вэнь Су, "Ультраширокополосная квадратная плоская антенна монополя металлической пластины с полосой питания, имеющей форму трайдента", Транзакции IEEE на Антеннах и Распространении, Издании 53, № 4, апрель 2005, стр 1262-1269.