Das Antennendesign und die Abmessungen sind dem Beispiel 6-2 auf Seite 239 von "Antenna Theory and Design" von Stutzman und Thiele [1] entnommen. Die Mittenfrequenz beträgt 8 GHz, was einen Helixumfang von 3,45 cm ergibt. Die Helix ist mit einer Rechtsdrehung (im Uhrzeigersinn) konstruiert, um ein rechtsdrehendes zirkular polarisiertes Fernfeldmuster zu erzeugen. Der Abstand zwischen den Windungen beträgt 0,796 cm. Die theoretische Halbwertsbreite des Strahls von 44 Grad und 39 Grad ist in Abbildung 6-14a und 6-14c [1] dargestellt. Diese beiden Strahlenbreiten sind ein Wert, der aus Messungen entnommen und aus der einfachen Theorie berechnet wurde.
Die Antenne wird in XFdtd mithilfe des Helix-Skripts konstruiert. Die Helix dehnt sich entlang der Z-Achse aus und hat einen Radius von 0,549 cm. Zusätzlich zur Helix wird eine kleine 2D-Groundplane mit den Maßen 4 cm x 4 cm auf der Basis der Helix zentriert. Die resultierende CAD-Modellgeometrie ist in Abbildung 1 dargestellt. Es wurde mit einer kubischen Zellgröße von 0,3 mm vernetzt.
Abbildung 1: CAD-Modell der Helix.
Die Einspeisung erfolgt an der Zellkante, die die Helix mit der Grundplatte verbindet. Als Wellenform wird ein Sinussignal bei 8 GHz verwendet, und das automatische Konvergenzkriterium wird auf -30 dB eingestellt. Nach der Simulation werden die Fernzonenmuster in einer 2D-Schnittebene und als 3D-Muster berechnet. Das rechtsseitige zirkular polarisierte Muster ist in Abbildung 2 dargestellt. Da die Antenne rechtspolarisiert ist, ist das linksseitige Polarisationsdiagramm, das in Abbildung 3 dargestellt ist, viel niedriger.
Abbildung 2: Rechtsseitiges zirkular polarisiertes Fernzonen-Verstärkungsmuster.
Abbildung 3: Die linke Seite hatte ein zirkular polarisiertes Fernzonen-Verstärkungsmuster.
Die Verstärkung des Hauptstrahls wird in einem zweidimensionalen Liniendiagramm aufgetragen, um die Halbwertsbreite des Strahls zu bestimmen. Die Darstellung in Abbildung 4 zeigt eine Halbwertsbreite des Strahls von etwa 42,5 Grad, die zwischen den beiden von Stutzman und Thiele angegebenen Werten liegt. Abbildung 5 zeigt die vollständige 2D-Darstellung bei phi = 0 Grad.
Abbildung 4: Strahlbreite bei halber Leistung.
Abbildung 5: Gesamtverstärkung bei phi = 0 Grad.
Referenz
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Stutzman und Thiele. Antennentheorie und Design. 2nd ed. New York: John Wiley und Söhne, 1998.
