Dipole haben verschiedene Anwendungen in der HF-Industrie. Eines der Probleme bei Dipolantennen ist die symmetrische Natur der Dipole, die es schwierig macht, sie mit einer koaxialen unsymmetrischen Leitung zu speisen. Vielen Menschen ist es gelungen, einen Dipol direkt mit einem Koaxialkabel anstatt mit einer Leiter zu speisen. Koax ist jedoch nicht symmetrisch und daher kein ausgeglichener Feeder. Sie ist unsymmetrisch, weil der äußere Schirm am anderen Ende mit Erdpotential verbunden ist. Wenn eine symmetrische Antenne wie ein Dipol mit einer unsymmetrischen Einspeisung gespeist wird, können Gleichtaktströme dazu führen, dass die Koaxialleitung zusätzlich zur Antenne selbst abgestrahlt wird, und das Strahlungsmuster kann asymmetrisch verzerrt sein.
Normalerweise wird ein getrenntes Medium namens BALUN verwendet, um den Dipol ordnungsgemäß zu speisen. In der folgenden gedruckten Dipolantenne ist der BALUN über eine verjüngte Leitung in die Antenne integriert, damit der Benutzer die Koaxialleitung direkt an die Antenne anschließen kann. Die Betriebsfrequenz der Antenne beträgt 2,4 GHz. Die Schmetterlingsformtechnik wird verwendet, um die Bandbreite der Antenne zu erhöhen.
Abbildung 1 - Helix-Antennenmodell (3D SolidWorks-Ansicht)
Um das Verhalten dieser Dipolantenne (Strahlungsmuster und Antennenparameter wie Verstärkung, Richtwirkung ...) zu simulieren, erstellen wir eine Antennenstudie und legen den Frequenzbereich fest (Frequenzen gleichmäßig verteilt von 1,8 GHz bis 3,8 GHz). Bei einer Antennensimulation müssen den äußeren Luftflächen Strahlungsgrenzen zugeordnet werden, die für eine solche Simulation charakteristisch sind. Diese Oberflächen kürzen die Luft, die die Antenne umgibt, und simulieren eine schalltote Kammer.
Antennenstudien von HFWorks liefern mehrere ausgegebene Ergebnisse, wie beispielsweise elektrische Parameter, die in Streuparametersimulationen berechnet wurden (Einfügung, Rückflussdämpfung usw.).
Die Antenne besteht aus einem Duroid 5880-Substrat und zwei Perfect Electric Conductor-Oberflächen senkrecht zur Anschlussfläche. Die gesamte Struktur wird dann in die Luftkammer eingetaucht.
Die Öffnung wird an den Seitenflächen des Substrats (der Seite der Oberseite der PEC) und der Luftbox angebracht. Auf diese Weise berücksichtigt die Simulation die Strahlung des elektrischen Feldes in der Luft. RB (Radiaiton Boundaries) schneidet die äußere Luftkammer ab und simuliert eine schalltote Kammer.
Das Vernetzen der Oberflächen des Anschlusses und des gedruckten Patches hilft dem Löser, ihre Formen zu berücksichtigen. Außerdem sollte für bessere Ergebnisse die Netzelementlänge ein Zehntel der Wellenlänge nicht überschreiten.
Abbildung 2 - Mesh der Dipolantenne
Verschiedene 3D- und 2D-Diagramme stehen zur Verfügung. Die folgende Abbildung zeigt das Abstrahlmuster der betrachteten Antenne bei 2,3 GHz:
Abbildung 3 - 2D- und 3D-Strahlungsmuster der Dipolantenne bei 2,3 GHz
Diese Figur zeigt konforme Ansichten (2D und 3D) der Variation des Leistungsstrahlungsmusters der Antenne in Bezug auf den Theta-Winkel. Das 2D-Strahlungsdiagramm zeigt das Maximum der bei der betrachteten Frequenz abgestrahlten Leistung. Der dieser Strahlung entsprechende Winkel ist in der Figur durch die Verwendung von konzentrischen Äquipotentialkreisen mit einem Abstand von 0,14 dB in diesem Fall offensichtlich. HFWorks berechnet automatisch die Eigenschaften der maximalen Strahlungsintensität (Theta, Phi, Leistung, Richtwirkung, Verstärkung, effektiver Winkel, Strahlungseffizienz ...).
Wie zu Beginn dieses Berichts erwähnt, berechnet HFWorks die Streuparameter in Antennenstudien: Daher kann die Rückflussdämpfungskurve angezeigt werden. In diesem Beispiel passt die Antenne am besten zu 2,3 GHz:
Abbildung 4 - Variationen des Reflexionskoeffizienten am Antennenanschluss
Abbildung 5 - Variationen des gemessenen Reflexionskoeffizienten am Antennenanschluss
Abbildung 6 - Nahfeldvektorverteilung
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