Архимедовы спиральные параметры антенны

Архимедова спиральная антенна может быть классифицирована как независимая от частоты антенна в том смысле, что ее входной импеданс и усиление остаются почти постоянными в полосе пропускания. В низких частотах зона излучения около наиболее удаленной части спирали, между тем на высоких частотах, которые это около центра. Следовательно, самая низкая частота среза спиральной антенны связана со своим внешним радиусом, и самая высокая частота среза связана со своим внутренним радиусом. Это означает, что полоса пропускания антенны может быть очень большой, только в зависимости от точности печати и размера. Ниже размерности спирали, данной в [1] в метрах.

Ro    = 50e-3;
Ri    = 5.5e-3;
turns = 4;

Создайте и просмотрите архимедову спиральную антенну

Создайте Архимедову спиральную антенну с помощью заданных параметров.

sp = spiralArchimedean('Turns',turns,'InnerRadius',Ri,'OuterRadius',Ro);
figure;
show(sp);

Поведение импеданса архимедовой спиральной антенны

Поведение импеданса спиральной антенны показывает несколько резонансов в низкочастотной полосе, прежде, чем достигнуть относительно постоянного сопротивления и поведения реактивного сопротивления. Чтобы получить эти резонансы, мы разделяем целый диапазон частот в два поддиапазона. В более низком диапазоне частот мы производим с более прекрасным интервалом, в то время как на более высоких частотах мы выбираем более грубый интервал.

Nf1    = 20;
Nf2    = 6;
fband1 = linspace(0.8e9,1.4e9,Nf1);
fband2 = linspace(1.4e9,2.5e9,Nf2);
freq   = unique([fband1,fband2]);
figure;
impedance(sp, freq);

Отражательный коэффициент

Входной импеданс этой спиральной антенны может быть получен с помощью расширения Бухгалтером принципа Бэбинета для дополнительных структур [2]. Для антенны в свободном пространстве его входной импеданс равняется 60$$\pi$$ = 188.5 $$\Omega$$. Это значение очень близко к значению импеданса, наблюдаемого на более высоких частотах в графике, замеченном выше. Отражательный коэффициент вычисляется с помощью ссылочного импеданса 188 $$\Omega$$. Из графика ниже его замечен, что существующая антенна хорошо соответствующая для частот выше, чем 1,1 ГГц.

S = sparameters(sp, freq, 188);
figure; rfplot(S);
title('Reflection Coefficient');

Эта совпадающая частота выше, чем аппроксимированный теоретический результат 0,96 GHz [1], поскольку ток все еще достигает спиральных советов, как замечено на вычислительном рисунке, который следует.

Распределение тока

Поверхностное распределение тока в низких частотах:

figure;
current(sp, 0.85e9);
view(0,90);

На более высоких частотах, поверхностное текущее затухание прежде, чем достигнуть спиральных советов. Это приводит к лучшему соответствию.

figure;
current(sp, 1.9e9);
view(0,90);

Коэффициент эллиптичности

Распределение тока представляет осевую симметрию на 180 градусов, которая производит циркулярную поляризованную излученную волну. График ниже показов коэффициент эллиптичности в развороте спиральной антенны. Заметьте, что спиральная антенна достигает хорошей круговой поляризации для частот выше, чем 1,4 ГГц.

freq = 0.8e9:100e6:2.5e9;
AR = zeros(size(freq));
for m=1:numel(freq)
    AR(m) = axialRatio(sp, freq(m), 0, 90);
end
figure;
plot(freq, AR);
grid on;
axis([0.8e9 2.5e9 0 10]);
xlabel('Frequency (Hz)');
ylabel('Axial ratio (dB)');
title('Axial Ratio of Archimedean Spiral Antenna at Boresight');

Обсуждение результатов

Тезис [1] проекты Архимедова спиральная антенна и сравнивает свою эффективность с теоретическими результатами, а также с коммерчески доступными решателями EM. Результаты получили использование соответствия Antenna Toolbox™ очень хорошо результатами, представленными в [1].

Ссылка

[1] Исраэль Хиностроза, "Большой Conception de reseaux отравил d'antennes спирали", Другой, Supelec, 2013, стр 58-62. Онлайн в: https://tel.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/830469/filename/Hinostroza_Israel_final_final_thesis_2013.pdf

[2] К. А. Баланис, теория антенны. Анализ и проектирование, Вайли, Нью-Йорк, 3-й выпуск, 2005.