Drei Patch-Arrays

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Die Geometrie ist dem Papier "A New Design of Horizontal Polarized and Dual-Polarized Uniplanar Conical Beam Antennas for HIPERLAN" von Neil J. McEwan, Raed A. Abd-Alhameed, Embarak M. Ibrahim, Peter S. Excell und John G. Gardiner[1] entnommen. Die Geometrie des Patch-Arrays ist in Abbildung 1 dargestellt. Das Patch-Array ist auf einer 75 cm breiten, quadratischen, endlichen Metallgrundfläche montiert, die mit einem 1.524 mm dielektrischen Substrat mit einer relativen Permittivität von 2,55 und einer Verlusttangente von 0,0024 bedeckt ist. Die Patches sind so konzipiert, dass sie bei 5,0 GHz resonieren.

Das Papier enthält alle notwendigen Informationen, um eine Patch-Antenne zu erstellen, die bei 5 GHz richtig resoniert; bestimmte Parameter, die die Leistung beeinflussen, werden jedoch weggelassen. Der in Abbildung 1 dargestellte "Vertikalversatz" stellt ein solches Merkmal dar. Die Skizzen- und Beschränkungswerkzeuge werden verwendet, um ein vollständig parametrisiertes Modell zu erstellen, das es uns ermöglicht, den Effekt der Variation des vertikalen Versatzes zu untersuchen. Die Skizze der laufenden Zuleitung ist in Abbildung 2 dargestellt, und ein fertiger Patch ist in Abbildung 3 dargestellt. Sobald ein Element des Arrays fertiggestellt ist, wird das Werkzeug Circular/Elliptical Pattern verwendet, um die restlichen Array-Elemente automatisch zu erstellen (Abbildung 4). Die daraus resultierende fertige XFdtd-Geometrie ist in Abbildung 5 dargestellt.


Abbildung 1: Geometrie aus Papier


Abbildung 2: Skizze der Zuleitung


Abbildung 3: Ein fertiges Patch mit Zuleitung


Abbildung 4: Definition der beiden anderen Patches


Abbildung 5: Vollständige Geometrie

Eine relativ große Basiszellengröße von 1 mm wird verwendet, um Speicherplatz zu sparen, während eine Kombination aus Gitterbereichen und automatischen Fixpunkten verwendet wird, um kleinere Zellen genau dort zu platzieren, wo sie benötigt werden. Diese Eigenschaften ergeben zusammen eine exzellente diskrete Darstellung der Antennengeometrie, die einen minimalen Speicherbedarf und eine Simulation erfordert, die schnell abgeschlossen werden kann.

Vor der Untersuchung der Fernzonenleistung dieser Anordnung wird ein Parameter-Sweep durchgeführt, um einen Wert für den vertikalen Versatz zu bestimmen, der zu einer guten Antennenleistung bei 5 GHz führt. Sehen Sie sich den kurzen Film an, der zeigt, wie sich die Geometrie im XF automatisch aktualisiert, basierend auf dem sich ändernden Wert des vertikalen Offset-Parameters. Werte zwischen 6 mm und 12 mm wurden untersucht, und Abbildung 6 zeigt, dass größere Werte zu einer wesentlich besseren Leistung bei der gewünschten Häufigkeit führen. Infolgedessen wurde der vertikale Versatz für die Fernzonenauswertung auf 12 mm eingestellt.

Die Figuren 7 und 8 zeigen die resultierenden stationären E-Feld- und Oberflächenstromverteilungen. Abbildung 9 ist eine 3D-Visualisierung des Fernzonenmusters, während Abbildung 10 mehrere 2D-Fernzonenschnitte darstellt, die eine gute Übereinstimmung mit den im Papier dargestellten Messergebnissen zeigen. 


Abbildung 7: Rückflussdämpfung für jeden Parameterwert

Abbildung 8: Stationäre elektrische Felder auf der Antennenoberfläche


Abbildung 9: Oberflächenstromverteilung auf den Patches


Abbildung 10: 3D-Fernzonenstrahlungsmuster


Abbildung 11: 2D-Schichten von Feldern in der Fernzone

Referenz

  1. Neil J. McEwan, Raed A. Abd-Alhameed, Embarak M. Ibrahim, Peter S. Excell und John G. Gardiner. "Ein neues Design von horizontal polarisierten und doppelpolarisierten Uniplanar-Konusstrahlantennen für HIPERLAN." IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Bd. 51, Nr. 2, Februar 2003.