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Breitband Dipolantenne mit integriertem BALUN

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WEBINAR
Defected ground structure technique to improve the frequency response of a microstrip lowpass filter
Thursday, December 9, 2021
Time
SESSION 1
SESSION 2
CET (GMT +1)
03:00 PM
08:00 PM
EST (GMT -4)
09:00 AM
02:00 PM
View 3D results Gebrauchte Werkzeuge:

Beschreibung

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.

Helix-Antennenmodell (3D-SolidWorks-Ansicht)

Abbildung 1 - Helix-Antennenmodell (3D SolidWorks-Ansicht)

Simulation

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.).

Körper und Materialien

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.

Eingabegrößen und Randbedingungen

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.

Vernetzen

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.

Masche der Dipolantenne

Abbildung 2 - Mesh der Dipolantenne

Ergebnisse

Verschiedene 3D- und 2D-Diagramme stehen zur Verfügung. Die folgende Abbildung zeigt das Abstrahlmuster der betrachteten Antenne bei 2,3 GHz:

2D- und 3D-Strahlungsmuster der Dipolantenne bei 2,3 GHz2D- und 3D-Strahlungsmuster der Dipolantenne 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:

Variationen des Reflexionskoeffizienten am Antennenanschluss

Abbildung 4 - Variationen des Reflexionskoeffizienten am Antennenanschluss

Variationen des gemessenen Reflexionskoeffizienten am Antennenanschluss

Abbildung 5 - Variationen des gemessenen Reflexionskoeffizienten am Antennenanschluss

HFWorks gibt verschiedene Antennenparameter aus: ausgestrahltes elektrisches Feld, Strahlungsintensität, Richtwirkung, Verstärkungsmuster, axiales Verhältnis usw. Außerdem können wir die Verteilung des elektrischen Feldes auf dem Antennenfeld simulieren, zeichnen und animieren. Die Animation wird durch Variation des Omega-T-Winkels von 0 bis 360 ° realisiert. Dies ist eine Darstellung des elektrischen Feldes bei 2,3 GHz:

Nahe elektrische Feldvektorverteilung

Abbildung 6 - Nahfeldvektorverteilung

 

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