Создание переменных

Centerfreq = 2.4e9;
freq       = linspace(2e9,3e9,41);

Проект шлейфового ответвителя

Используйте design функция на couplerBranchline объект создать шлейфовый ответвитель на желаемой частоте и визуализировать его. Подложкой по умолчанию для шлейфового ответвителя является Тефлон.

coupler = design(couplerBranchline,Centerfreq);
figure;
show(coupler);

Создайте переменные для квадратной закрашенной фигуры и соединяющихся линий канала

patchLength переменная создает квадратную закрашенную фигуру. feedLineWidth и feedLineLength переменные создают линии канала к антенне. portSpacing совпадает с разрывом между линиями канала к тому из выходных портов шлейфового ответвителя. patchLength and feedLineLength are близко к половине длины волны на частоте проекта.

patchLength    = 41.9e-3;
feedLineLength = 65.7e-3;
feedLineWidth  = 3e-3;
portSpacing    = coupler.ShuntArmLength/2+coupler.PortLineWidth/2;

Используйте traceRectangular объект создать квадратную закрашенную фигуру с длиной стороны как patchLength. Используйте rotateZ функция, чтобы вращать форму 45 градусами и визуализировать его.

patch    = traceRectangular('Length',patchLength,'Width',patchLength);
patch    = rotateZ(patch,45);
figure; 
show(patch);

Используйте traceRectangular объект создать две линии канала с той же длиной, шириной и равным интервалом по обе стороны от Оси X. Выполните Операцию логического сложения для форм patch, feedline1 и feedline2 и визуализируйте его.

feedLine1 = traceRectangular('Length',feedLineLength,'Width',feedLineWidth,'Center',[-feedLineLength/2,portSpacing]);
feedLine2 = traceRectangular('Length',feedLineLength,'Width',feedLineWidth,'Center',[-feedLineLength/2,-portSpacing]);
antShape = patch+ feedLine1+ feedLine2;
figure;
show(antShape);

Переведите форму вдоль Оси X, таким образом, что линии питания выравниваются в x = 0.

translate(antShape,[feedLineLength,0,0]);

Задайте параметры подложки и создайте диэлектрический объект. Создайте groundplane использование antenna.Rectangle объект и использование pcbStack создать антенну PCB. Присвойте диэлектрик и оснуйте плоскость к Layers свойство на pcbStack. Присвойте FeedLocations к ребру линии питания и набора BoardThickness к Height на pcbStack и визуализируют антенну.

EpsilonR     = coupler.Substrate.EpsilonR;    % Dielectric EpsilonR
Height       = coupler.Height;                % Height of the Substrate 
LossTangent  = coupler.Substrate.LossTangent; % Loss Tangent of the Substate

d1  = dielectric('Name',{'Teflon'},'EpsilonR',EpsilonR,'LossTangent',LossTangent,'Thickness',Height);
Gnd = antenna.Rectangle('Length',120e-3,'Width',80e-3,'Center',[120e-3/2,0]); 


ant = pcbStack;
ant.Layers = {antShape,d1,Gnd};
ant.BoardShape    = Gnd;
ant.FeedLocations = [0 portSpacing 1 3;0,-portSpacing 1 3];
ant.BoardThickness = Height;
figure;
show(ant);

Используйте impedance функционируйте, чтобы построить импеданс антенны от 2,2 ГГц до 2,6 ГГц

figure;
impedance(ant,linspace(2.2e9,2.6e9,31));

Результат показывает, что импеданс закрашенной фигуры составляет приблизительно 400 Ом на уровне 2,4 ГГц. Для того, чтобы совпадать с импедансом закрашенной фигуры с линией на 50 Ом, соедините трансформатор длины волны четверти в конце линии питания, чтобы преобразовать импеданс к 50 Омам. Импеданс quarterwave трансформатора является геометрическим средним значением импедансов, которые будут соответствующими. Следовательно геометрическое среднее значение значения на 400 Ом и на 50 Ом выходит, чтобы быть 141 Ом.

Используйте microstripLine спроектируйте, чтобы вычислить ширину линии с Z0 141 Ома.

line = microstripLine;
line.Height = coupler.Height;
line = design(line,Centerfreq,"LineLength",0.25,"Z0",141);

Используйте traceRectangular объект создать две линии трансформатора волны четверти с той же длиной, шириной и равным интервалом по обе стороны от Оси X. Выполните Операцию логического сложения для форм patch, Line1 и Line2 и визуализируйте его.

Line1     = traceRectangular('Length',line.Length,'Width',line.Width,'Center',[line.Length/2,portSpacing]);
Line2     = traceRectangular('Length',line.Length,'Width',line.Width,'Center',[line.Length/2,-portSpacing]);
translate(antShape,[line.Length,0,0]);

antShape  = antShape + Line1+ Line2;
show(antShape);

Задайте параметры подложки и создайте диэлектрик, чтобы использовать в стеке PCB антенны. Создайте groundplane использование antenna.Rectangle форма.

Используйте pcbStack создать антенну PCB и присвоить диэлектрик и основать плоскость к Layers свойство на pcbStack. Присвойте FeedLocations к ребру линии питания и набора BoardThickness к Height на pcbStack и визуализируйте антенну. Ниже кода выполняет эти операции и создает антенну PCB.

EpsilonR     = coupler.Substrate.EpsilonR;    % Dielectric EpsilonR
Height       = coupler.Height;                % Height of the Substrat 
LossTangent  = coupler.Substrate.LossTangent; % Loss Tangent of the Substate

d1  = dielectric('Name',{'Teflon'},'EpsilonR',EpsilonR,'LossTangent',LossTangent,'Thickness',Height);
Gnd = antenna.Rectangle('Length',120e-3,'Width',80e-3,'Center',[120e-3/2,0]); 
ant               = pcbStack;
ant.Layers        = {antShape,d1,Gnd};
ant.BoardShape    = Gnd;
ant.FeedLocations = [0 portSpacing 1 3;0,-portSpacing 1 3];
ant.BoardThickness = Height;
figure,show(ant);

Используйте pcbcascade object соединить разветвитель и антенну закрашенной фигуры. Чтобы получить круговую поляризацию, соедините изолированный порт на шлейфовом ответвителе к совпадающей загрузке 50 Ом. Местоположение канала изолированного порта в FeedLocations свойство pcbStack копируется в ViaLocations. Местоположение канала на изолированном порте удалено. lumpedElement объект используется, чтобы создать импеданс 50 Ом, и местоположение Смешанного Элемента дано в ViaLocations. Присвойте этот lumpedElement к Load свойство на pcbStack и визуализируйте антенну. Ниже кода выполняет эти операции.

pcbAntenna                    = pcbcascade(coupler,ant);
pcbAntenna.ViaLocations       = pcbAntenna.FeedLocations(2,:);
pcbAntenna.ViaDiameter        = pcbAntenna.FeedDiameter;
pcbAntenna.FeedLocations(2,:) = [];
r = lumpedElement;
r.Impedance = 50;
r.Location  = [pcbAntenna.ViaLocations(1:2),pcbAntenna.BoardThickness];
pcbAntenna.Load = r;
figure;
show(pcbAntenna);

Используйте sparameters функция, чтобы вычислить s-параметры антенны и построить результат с помощью rfplot функция.

spar = sparameters(pcbAntenna,freq);
figure;
rfplot(spar);

Результат показывает, что антенна является хорошим соответствием от 2 ГГц до 3 ГГц.

Используйте функцию шаблона, чтобы построить 3D диаграмму направленности антенны.

figure;
pattern(pcbAntenna,Centerfreq);

Антенна имеет усиление приблизительно 7 dBi на частоте проекта.

Используйте axialRatio функционируйте, чтобы построить коэффициент эллиптичности антенны на уровне 2,45 ГГц. Используйте коэффициент эллиптичности, чтобы определить поляризацию антенны. Для круговой поляризации коэффициент эллиптичности должен быть меньше 3 дБ.

figure;
axialRatio(pcbAntenna,Centerfreq,90,0:5:180);
title('Axial Ratio for Azimuth = 90 Plane');

Результат показывает, что коэффициент эллиптичности ниже 3 дБ для всех углов возвышения, и следовательно антенна показывает круговую поляризацию. В ортогональной плоскости, когда угол азимута является 0 градусами, круговая поляризация получена между углами возвышения 60 - 90 градусов.

Используйте axialRatio функционируйте, чтобы построить коэффициент эллиптичности антенны с частотой.

figure;
axialRatio(pcbAntenna,freq,0,90);
title('Axial Ratio with Frequency');

Коэффициент эллиптичности с частотой показывает, что антенна показывает круговую поляризацию приблизительно 2,4 ГГц.

Ссылки

[1] Balanis, C.A. "Теория антенны. Анализ и проектирование", p. 860, Вайли, Нью-Йорк, 3-й Выпуск, 2005.