Этот пример изучает спиральную антенну, спроектированную в [2] относительно достигнутой направленности. Спиральные антенны были введены в 1 947 [1]. С тех пор они широко использовались в определенных 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 максимальную направленность вдоль своей оси и излучает циркулярно поляризованную волну.
Спиральные технические требования проекта антенны можно следующим образом ([2]):
Частотный диапазон: 1.3 - 2 ГГц
Усиление: 13 dBi +/-1.5 dBi
Коэффициент эллиптичности: <1.5
По сравнению с Касательно [2], спиральная модель антенны, доступная в тулбоксе, использует следующие предположения упрощения:
Проводник - исходная ссылка использует цилиндр радиуса r, в то время как тулбокс использует полосу ширины w.
Оснуйте плоскую форму - квадратная наземная плоскость используется в исходной ссылке, в то время как существующая модель тулбокса использует круговую форму.
Ширина Канала - ширина канала в [2] является r/10, в то время как модель тулбокса использует w.
Спроектируйте метрику валидации - Касательно [2], использовал усиление, чтобы сравнить результаты симуляции и измерения, тогда как в тулбоксе, мы будем использовать направленность, поскольку симулированная антенна имеет незначительно маленькую потерю.
Спиральная модель в тулбоксе использует приближение полосы, которое связывает ширину полосы к радиусу эквивалентного цилиндра [3]. Кроме того, спиральная модель в тулбоксе имеет круговую наземную плоскость. Выберите радиус наземной плоскости, чтобы быть половиной длины стороны квадратной наземной плоскости.
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 в качестве 1,65 ГГц. Относительная полоса пропускания 45% выбрана, который обеспечивает достаточную гибкость начиная с операционного предельного результата частоты в относительной полосе пропускания 42,5%. Относительная полоса пропускания вычисляется как,
fc = 1.65e9; relativeBW = 0.45; BW = relativeBW*fc;
Создайте спиральную антенну с соответствующими свойствами, как вычислено прежде и просмотрите структуру.
hx = helix('Radius',radius,'Width',width,'Turns',turns,... 'Spacing',spacing,'GroundPlaneRadius',radiusGP,... 'FeedStubHeight',feedheight); figure; show(hx);
Постройте диаграмму направленности направленности спиральной антенны на центральной частоте 1,65 ГГц. Этот шаблон подтверждает осевой режим работы для спиральной антенны.
figure; pattern(hx,fc);
Чтобы вычислить изменение направленности основного луча в зависимости от частоты, выберите частотный диапазон 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 Рис. 11 в [2] реплицированный ниже, мы заключаем количественное соглашение.
Симулированные и измеренные RHC получают для NB и проектов WB3 [2] (Воспроизведенный с разрешением от IEEE)
[1] Дж. Д. Крос, "Спиральные Остронаправленные антенны", Электроника, 20, апрель 1947, стр 109-111.
[2] А. Р. Дьердьевич, А. Г. Зэджик, М. М. Илич, Г. Л. Стубер, "Оптимизация Спиральных антенн [Notebook Antenna Designer]", Антенны IEEE и Журнал Распространения, vol.48, № 6, pp.107-115, декабрь 2006.
[3] К. А. Баланис, 'Теория Антенны. Анализ и проектирование', p. 514, Вайли, Нью-Йорк, 3-й Выпуск, 2005.
