10-Gang-Schraubenantenne

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Das Antennendesign und die Abmessungen sind dem Beispiel 6-2 auf Seite 239 "Antennentheorie und Design" von Stutzman und Thiele[1] entnommen. Die Mittenfrequenz beträgt 8 GHz und ergibt einen Spiralumfang von 3,45 cm. Die Helix ist mit einer Rechtsdrehung (im Uhrzeigersinn) konstruiert, um ein zirkular polarisiertes Fernfeldmuster zu erzeugen. Der Abstand zwischen den Windungen beträgt 0,796 cm. Die theoretische Halbleistungsstrahlbreite von 44 Grad und 39 Grad ist in Abbildung 6-14a und 6-14c[1] dargestellt. Diese beiden Strahlbreiten stellen einen Wert dar, der aus Messungen entnommen und aus einer einfachen Theorie berechnet wurde. 

Die Antenne wird in XFdtd mit Hilfe des Helix-Skripts konstruiert. Die Spirale dehnt sich entlang der Z-Achse aus und hat einen Radius von 0,549 cm. Zusätzlich zur Helix ist auf der Basis der Helix eine kleine 2D-Grundfläche mit den Abmessungen von 4 cm x 4 cm zentriert. Die resultierende CAD-Modellgeometrie ist in Abbildung 1 dargestellt. Es wurde mit einer kubischen Zellengröße von 0,3 mm vernetzt. 

Der Vorschub wird auf die Zellkante aufgebracht, die die Wendel mit der Grundplatte verbindet. Als Wellenform wird ein sinusförmiges Signal bei 8 GHz verwendet, und die automatischen Konvergenzkriterien werden auf -30 dB eingestellt. Nach der Simulation werden die Fernzonenmuster in einer 2D-Schnittebene und als 3D-Muster berechnet. Das rechte zirkular polarisierte Muster ist in Abbildung 2 dargestellt. Da die Antenne rechts polarisiert ist, ist das Polarisationsmuster der linken Hand, wie in Abbildung 3 dargestellt, viel geringer. 

 

Abbildung 1: CAD-Modell der Helix.

 

Abbildung 2: Rechtes zirkular polarisiertes Verstärkungsmuster der Fernzone.

 

Abbildung 3: Links hatte ein zirkular polarisiertes Verstärkungsmuster für die entfernte Zone.

Die Verstärkung des Hauptstrahls wird in einem zweidimensionalen Liniendiagramm dargestellt, um die Halbleistungsstrahlbreite zu bestimmen. Die Darstellung in Figur 4 zeigt eine halbe Leistungsstrahlbreite von etwa 42,5 Grad, die zwischen den beiden von Stutzman und Thiele angegebenen Werten liegt. Abbildung 5 ist der vollständige 2D-Schnitt bei phi = 0 Grad. 

 

Abbildung 4: Halbe Strahlbreite.

 

Abbildung 5: Gesamtverstärkung bei phi = 0 Grad.

Referenz

  1. Stutzman und Thiele. Antennentheorie und Design. 2nd ed. New York: John Wiley and Sons, 1998.