设计对数周期锯齿对超高频超宽带平面天线的应用程序

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这个例子显示了如何创建、模型和分析双臂对数周期锯齿平面微带天线[1]。这个bowtie-like天线由两臂位于方形FR4介质衬底。这个例子设计对数周期锯齿平面天线阻抗稳定在一个宽的带宽从300兆赫到1200兆赫。这天线被广泛用于超高频(UHF)范围和超宽带(UWB)系统,如地面穿透雷达系统(GPRs)。GPRs中的回避和非破坏性技术使用微波波段的电磁辐射。GPRs使用高频无线电波,通常在10 MHz 2.6 GHz范围。

定义参数

维度,本例中使用的变量从论文[1]。的变量r和d指定半径和武器的对数周期天线的宽度。的角变量是作为ArcAngle创建了天线的怀抱。的r,d,角变量是用于设计中心的手臂两侧弧线。的NumPoints变量用于指定数量的离散点。

角= 18;r =(199 166 136 109 85 64 46 31日19日5]* 1 e - 3;d =[33 30 27日24 21 18 15 12 9 10]* 1 e - 3;NumPoints = 8;

创建对数周期形

使用generatePointsforCurve函数来创建顶点武器的天线。这个函数需要的角度,半径、宽度和数量的离散点作为输入并生成边界曲线的顶点。这些顶点是用来形成一个手臂使用antenna.polygon函数。中心的所有武器两侧弧线可以通过使用生成r和d变量。所有的多边形形成结合形成对数周期天线的上半部分。

NumShapes =元素个数(1 r);p1 = generatePointsforCurve([90 -角/ 2,90 +角/ 2],(205 e - 3) / 2205 e - 3, NumPoints / 2);轴马力= antenna.Polygon (“顶点”,p1);为我= 1:NumShapes如果快速眼动(我,2)= = 1 tempPoints = generatePointsforCurve([90 -角/ 2180 -角/ 2)、r (i), d (i), NumPoints);tempShape = antenna.Polygon (“顶点”tempPoints ');轴马力=轴马力+ tempShape;其他的tempPoints = generatePointsforCurve([角/ 2,90 +角/ 2)、r (i), d (i), NumPoints);tempShape = antenna.Polygon (“顶点”tempPoints ');轴马力=轴马力+ tempShape;结束结束

沿着轴的形状转移到创建一个空白的饲料使用翻译函数。[1]中给出的总差距是10毫米,所以改变形状的上半部分5毫米。

轴马力=翻译(轴马力,[0 5 e - 3 0]);

的形状复制到一个变量shp1并使用它来创建一个对称的形状。使用rotateZ函数把副本形状旋转了180度。

shp1 =复制(shp);shp1 = rotateZ (shp1,180);

创建一个矩形饲料0.5毫米的长度和15毫米宽使用antenna.Rectangle形状的物体。

饲料= antenna.Rectangle (“长度”,0.5 e - 3,“宽度”15 e - 3);

统一的形状轴马力和shp1与饲料电场下锯齿型多天线结构形式。

形状=轴马力+ shp1 +饲料;图;显示(形状)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含x(毫米),ylabel y (mm)包含2块类型的对象。这些对象代表压电陶瓷,mypolygon。

创建对数周期天线使用PCB堆栈

创建一个pcbStack有两层。金属层是对数周期天线形状和底层的方形介质衬底FR4长度470年毫米,底物的介电常数4.6的衰减系数0.02和衬底的厚度1.6毫米,顶部导体是铜的厚度35嗯。

蚂蚁= pcbStack;d =介质(“FR4”);d。厚度= 1.6 e - 3;蚂蚁。BoardThickness = 1.6 e - 3;BoardDim = antenna.Rectangle (“长度”470 e - 3,“宽度”470 e - 3);蚂蚁。Name =“LogPeriodic”;蚂蚁。层={形状,d};蚂蚁。BoardShape = BoardDim;蚂蚁。FeedLocations = (0 0 1);蚂蚁。FeedDiameter = 0.25 e - 3;蚂蚁。FeedViaModel =“条”;蚂蚁。金属导体= (“铜”);ant.Conductor。厚度= 35 e-6;

使用显示函数可视化天线。

图;显示(蚂蚁)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与标题pcbStack天线元素,包含x(毫米),ylabel y (mm)包含4类型的对象,表面。这些对象代表铜、饲料、FR4。

啮合天线

网状结构通过指定长度的最大优势。下面是网状天线用于模型。使用三角形离散化金属区域的补丁,和四面体是用来使离散介质衬底的天线的体积。三角形和四面体的颜色黄色和绿色,分别。未知的总数是未知的和金属加上未知数用于介质。结果,时间来计算解决方案增加明显比纯金属天线。设置最大边缘长度为0.05。这个值可以减少生成一个密集的网格。

图;网格(蚂蚁,“MaxEdgeLength”,0.05)

图包含一个坐标轴对象和一个类型的对象uicontrol。坐标轴对象标题金属电介质,包含x (m), ylabel y (m)包含3428个对象类型的补丁,表面。这些对象代表铜、饲料、FR4。

分析天线

图使用的天线的阻抗阻抗函数的频率范围100 - 1250 MHz。

图;阻抗(ant, 100 e6:10e6:1250e6);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象标题阻抗,包含频率(GHz), ylabel阻抗(欧姆)包含2线类型的对象。这些对象代表电阻、电抗。

阻抗图显示,大约220欧姆阻抗的实部是在指定的范围内。和阻抗的虚部几乎是0。[1]中的结果获得通过使用变压器阻抗变换到50欧姆。参考阻抗设定为220欧姆获得类似[1]的结果。情节的参数在一个300 - 1250 mhz频率与参考阻抗220欧姆的使用sparameters函数。天线的S11值小于-10分贝300 - 1200 MHz的频率范围。

晶石= sparameters(蚂蚁,100 e6:10e6:1250e6,220);图;rfplot(石膏)

$图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含频率(GHz), ylabel级(dB)包含一个类型的对象。该对象代表dB (S_ {11})。$

使用模式函数绘制天线的辐射方向图在600 MHz的频率。

图;模式(ant, 600 e6)

图包含一个坐标轴对象和其他对象类型的uicontrol。坐标轴对象包含4块类型的对象,表面。该对象代表FR4。

情节天线的辐射方向图在矩形笛卡儿坐标系统300 - 1200 MHz的频率范围

图;模式(蚂蚁300 e6:100e6:1200e6 0 90“CoordinateSystem”,“矩形”)

图包含一个坐标轴对象和其他对象类型的uicontrol。坐标轴对象包含的频率(GHz), ylabel增益(dBi)包含一个类型的对象。

结论

对数周期天线使用天线的建模和分析工具箱完成及其性能匹配[1]中给出的结果。天线的回波损耗(S11)表明宽带性能超过300 - 1200 MHz的频率范围。天线的增益为4.94 dBi约在600 MHz和增益随频率的增加。

参考

[1]。福和b . H。,Quang P. M., Phuoc D. T. and Duy L. N., "A log-periodic saw-toothed planar antenna for UHF ultra-wideband applications," 2013 International Conference on Advanced Technologies for Communications, 2013, pp. 689-692.