説明
ダイポールアンテナには、RF 業界でいくつかの用途があります。ダイポール アンテナの問題の 1 つは、ダイポールのバランスの取れた性質であり、同軸の不平衡ラインで給電することが難しくなります。多くの人が、ラダーラインではなく同軸ケーブルフィードを使用してダイポールに直接給電することに成功しています.ただし、同軸は対称ではないため、バランスフィーダーではありません。外側のシールドがもう一方の端でアース電位に接続されているため、アンバランスです。ダイポールなどの平衡アンテナに不平衡給電線が給電されると、コモン モード電流によって、アンテナ自体に加えて同軸線が放射され、放射パターンが非対称に歪む可能性があります。
通常、バランと呼ばれる分離されたメディアを使用して、双極子に適切に給電します。次のプリント ダイポール アンテナでは、ユーザーが同軸線をアンテナに直接接続できるように、テーパー ラインを使用して BALUN がアンテナと統合されています。アンテナの動作周波数は 2.4 GHz です。アンテナの帯域幅を広げるために、バタフライ シェイプ技術が使用されます。
図 1 -ヘリカル アンテナ モデル (3D SolidWorks ビュー)
シミュレーション
このダイポール アンテナの動作 (放射パターンとゲイン、指向性などのアンテナ パラメーター) をシミュレートするために、アンテナ スタディを作成し、周波数範囲 (1.8 GHz から 3.8 GHz に均一に分布する周波数) を指定します。アンテナ シミュレーションでは、このようなシミュレーションに固有の機能である放射境界を空気の外表面に割り当てる必要があります。これらの表面は、アンテナの周囲の空気を切り詰め、電波暗室をシミュレートします。
HFWorks のアンテナ スタディでは、散乱パラメータ シミュレーションで計算された電気パラメータ (挿入、リターン ロスなど) など、複数の結果が出力されます。
部材と材料
アンテナは、Duroid 5880 基板と、ポート面に直交する 2 つの完全な電気導体面で構成されています。次に、構造全体がエアボックス内に押し込まれます。
負荷/制約
ポートは、基板 (PEC の上面側) とエア ボックスの両方の側面に適用されます。このようにして、シミュレーションは空気中の電界の放射を考慮します。 RB (Radaiton Boundaries) は、外側のエア ボックスを切り捨て、電波暗室をシミュレートします。
メッシング
ポートと印刷されたパッチのサーフェスをメッシュ化すると、ソルバーがそれらの形状を考慮に入れるのに役立ちます。さらに、より良い結果を得るには、メッシュ要素の長さが波長の 10 分の 1 を超えてはなりません。
図 2 -ダイポール アンテナのメッシュ
結果
さまざまな 3D および 2D プロットを活用できます。次の図は、検討中のアンテナの 2.3 GHz での放射パターンを示しています。
図 3 - 2.3 GHz でのダイポール アンテナの 2D および 3D 放射パターン
この図は、シータ角に関するアンテナの電力放射パターンの変化の等角図 (2D および 3D) を示しています。 2D 放射プロットは、考慮されている周波数で放射される電力の最大値を示しています。その放射に対応する角度は、この場合、0.14 dB 間隔で配置された等電位同心円を使用することで、図内で明らかです。 HFWorks は、最大放射強度のプロパティ (シータ、ファイ、パワー、指向性、ゲイン、有効角度、放射効率など) を自動的に計算します。
このレポートの冒頭で述べたように、HFWorks はアンテナ スタディ内の散乱パラメータを計算します。したがって、リターン ロス曲線を表示できます。この例では、アンテナは 2.3 GHz で最適に一致しています。
図 4 -アンテナのポートでの反射係数の変化
図 5 -アンテナのポートで測定された反射係数の変動
図 6 -近電界ベクトル分布
