The microstrip bi-Yagi and quad-Yag

The microstrip bi-Yagi and quad-Yagi array antennas have been simulated using MicroStripes 7.0, a 3D full-wave simulator that solves for the electric and magnetic fields via the transmission line matrix (TLM) method. After an optimized design was obtained, the two antennas were fabricated by Prototron Circuits, as shown in Fig.4. The simulated return loss versus frequency is presented in Fig. 5 compared to that of the original (one branch) microstrip Yagi array design. The bandwidths of the three designs are as follows: microstrip Yagi: 8.1%, bi-Yagi: 7.1%, and quad-Yagi: 5.0%. In comparing the three designs, it seems that the bandwidth tends to decrease as more microstrip Yagi arrays are added to produce a larger array. The smaller bandwidth of the quad-Yagi array may be due to the shift of the lower resonance of the driven element to a higher frequency. The measured return loss plots versus frequency of the antennas are also displayed in Fig. 5. The measured bandwidths of the bi-Yagi and quad-Yagi designs are 6.9% and 5.2%, respectively. Although, the lower and higher resonances of the measured designs occur at similar frequencies, the return loss of the quad-Yagi array is higher than that of the bi-Yagi array, resulting in a smaller bandwidth.
The simulated (normalized) 2D radiation patterns comparing the three Yagi designs at 5.2 GHz are presented in Fig. 6. From this plot, it is observed that the F/B ratio tends to decrease as more Yagi arrays are included to produce the larger array. At some frequencies close to 5.2 GHz, the F/B ratio can be increased as the cost of a lower gain (by 0.5 dB); hence, there is a tradeoff. Table 1 and 2 show how the gain and F/B ratio varies with frequency. The angle of maximum radiation for all the designs is between 35º-45º, while the beamwidth coverage is approximately 40º. Figs. 7 and 8 display the measured (normalized) 2D radiation
patterns of the microstrip bi-Yagi and quad-Yagi arrays at 5.2 GHz. A good agreement is observed between the simulated and measured results in the bi-Yagi array, although, the measured design has a slightly lower F/B ratio (10 dB) in comparison to simulation. The gain is 13.0 dBi and the cross-polarization is below -25 dB. The quad-Yagi array also exhibits a good agreement between the simulations and measurements. For this design, a gain of 15.6 dBi can be obtained with a cross-polarization below -18 dB. Considering that these structures use a highly conductive metal (Cu) that was printed on a low loss dielectric, the efficiencies of all the Yagi designs presented are greater than 89%.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Microstrip bi-Yagi และเสาอากาศ Yagi ควอดเรย์ได้ถูกจำลองโดยใช้ MicroStripes 7.0 แบบ 3D แบบเต็มคลื่นจำลองที่แก้ไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กได้อย่างง่าย ๆ ด้วยวิธีการเมตริกซ์ (TLM) รายการส่ง หลังจากได้รับการออกแบบให้เหมาะ ส่วนสองได้หลังสร้าง โดย Prototron วงจร ตามที่แสดงใน Fig.4 ขาดทุนคืนจำลองเทียบกับความถี่ในการนำเสนอใน 5 Fig. เปรียบเทียบกับของเดิม (สาขาหนึ่ง) microstrip ออกแบบ Yagi เรย์ แบนด์วิธของการออกแบบที่สามจะเป็นดังนี้: microstrip Yagi: 8.1%, bi Yagi: 7.1% และควอด Yagi: 5.0% ในการเปรียบเทียบแบบสาม ดูเหมือนว่า แบนด์วิดท์ที่มีแนวโน้มลดลงเมื่อมีเพิ่มเติม microstrip Yagi เรย์จะสร้างอาร์เรย์ขนาดใหญ่ แบนด์วิดท์ที่มีขนาดเล็กของเรย์ Yagi รูปสี่เหลี่ยมอาจเป็น เพราะกะของการสั่นพ้องที่ด้านล่างขององค์ประกอบขับเคลื่อนความถี่สูง ผืนขาดทุนคืนวัดเทียบกับความถี่ของเสาอากาศจะปรากฏใน Fig. 5 แบนด์วิธวัดออกแบบ bi Yagi และควอด Yagi 6.9% และ 5.2% ตามลำดับ แม้ว่า resonances ต่ำ และสูงของการออกแบบการวัดเกิดขึ้นที่ความถี่คล้าย ขาดทุนคืนของเรย์ควอด Yagi เป็นสูงกว่าที่ของอาร์เรย์สอง Yagi ในแบนด์วิดท์ที่มีขนาดเล็กรังสี 2D (มาตรฐาน) ที่จำลองรูปแบบเปรียบเทียบแบบ Yagi สามที่ 5.2 GHz จะแสดง Fig. 6 จากวงศาคณาญาติ มันจะสังเกตได้ว่า อัตราส่วน F/B มีแนวโน้มลดลงเป็นมากกว่า Yagi เรย์รวมจะสร้างอาร์เรย์ขนาดใหญ่ ในบางความถี่ใกล้กับ 5.2 GHz อัตราส่วน F/B สามารถเพิ่มได้เป็นต้นทุนของกำไรต่ำ (โดย 0.5 dB); ดังนั้น มีข้อดีข้อเสีย ตาราง 1 และ 2 แสดงว่ากำไรและ F/B อัตราส่วนแตกต่างกันไปความถี่ มุมของรังสีสูงสุดสำหรับการออกแบบทั้งหมดอยู่ระหว่าง 35º-45º ขณะคลุม beamwidth ประมาณ 40º Figs. 7 และ 8 แสดงรังสี 2D (มาตรฐาน) วัดรูปแบบของ microstrip bi Yagi และควอด Yagi เรย์ที่ 5.2 GHz ข้อตกลงที่ดีคือสังเกตระหว่างการจำลองวัดผลอาร์เรย์สอง Yagi แม้ว่า การออกแบบวัดมีอัตราส่วน F/B ต่ำกว่าเล็กน้อย (10 dB) โดยการจำลอง กำไรเป็น 13.0 dBi และขนโพลาไรซ์นี้-25 dB เรย์ควอด Yagi ยังจัดแสดงข้อตกลงที่ดีระหว่างการจำลองและการวัด ได้รับของไม่เกิน 15.6 dBi สามารถรับกับการข้ามโพลาไรซ์ด้านล่าง-18 dB แบบนี้ พิจารณาว่า โครงสร้างเหล่านี้ใช้โลหะนำสูง (Cu) ที่พิมพ์ใน dielectric ต่ำขาดทุน ประสิทธิภาพของออกแบบ Yagi ทั้งหมดที่นำเสนอได้มากกว่า 89%

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ส่วนสายอากาศไมโครสตริปบิยากิเสาอากาศยากิ และ Quad เรย์ได้ ) ใช้ microstripes 7.0 เป็น 3D เต็มรูปแบบจำลองที่แก้ให้คลื่นไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กทางสายส่งเมทริกซ์ ( คนค ) วิธี หลังจากที่มีการออกแบบให้เหมาะได้ ทั้งสองส่วนถูกประดิษฐ์โดย prototron วงจร ดังแสดงใน fig.4 . โดยสูญเสียผลตอบแทนเมื่อเทียบกับความถี่ที่แสดงในฟิค5 เมื่อเทียบกับของเดิม ( สาขา 1 ) ไมโครสตริปยางิเรย์ออกแบบ และอุปกรณ์ของทั้งสามแบบ ดังนี้ แบบยากิ : 8.1 % บิยากิ : 7.1% และ Quad Yagi : 5.0 % ในการเปรียบเทียบทั้ง 3 แบบ ดูเหมือนว่ามีแนวโน้มลดลงอย่างมากและแบนด์วิดธ์ยากิอาร์เรย์จะเพิ่มผลิตอาร์เรย์ขนาดใหญ่มีแบนด์วิดธ์ของ Quad ยางิเรย์อาจจะเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงลดเรโซแนนซ์ของขับเคลื่อนองค์ประกอบความถี่ที่สูงกว่า การวัดผลตอบแทนเมื่อเทียบกับการสูญเสียแปลงความถี่ของสายอากาศจะแสดงในรูปที่ 5 อุปกรณ์วัดของบิยากิยากิแบบ Quad และ 6.9% และ 5.2 ตามลำดับ แม้ว่าล่างและ resonances ที่สูงขึ้นของวัดการออกแบบเกิดขึ้นที่ความถี่ที่คล้ายกัน กลับการสูญเสียของ Quad ยางิเรย์จะสูงกว่าของบิยากิ เรย์ , ผลในการแบนด์วิดธ์เล็ก
จำลอง ( ปกติ ) 2D รังสีรูปแบบเปรียบเทียบสามยากิแบบที่ 5.2 GHz จะแสดงในรูปที่ 6 จากจุดนี้พบว่าอัตราส่วน F / B มีแนวโน้มลดลงอย่าง เรย์ ยากิ เพิ่มเติม รวมถึงการผลิตใหญ่เรย ในบางความถี่ใกล้ 5.2 GHz , F / B สัดส่วนจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าใช้จ่ายได้ต่ำ ( 0.5 dB ) ; ดังนั้น , มีข้อเสีย ตารางที่ 1 และ 2 แสดงวิธีการได้รับและ F / B อัตราส่วนแตกต่างกันกับความถี่ มุมที่รังสีสูงสุดสำหรับการออกแบบทั้งหมดอยู่ระหว่าง 35 - 45 ºº ,ในขณะที่ beamwidth ครอบคลุมประมาณ 40 º . มะเดื่อ . 7 และ 8 แสดงวัด ( ปกติ ) 2D รังสี
รูปแบบของสายอากาศไมโครสตริปรูปสี่เหลี่ยมบิยากิยากิและอาร์เรย์ที่ 5.2 GHz เป็นข้อตกลงที่ดีเป็นที่สังเกตระหว่างจำลองและผลลัพธ์ที่วัดได้ในบิยากิ เรย์ แม้วัดการออกแบบมีเล็กน้อยลด F / B อัตราส่วน ( 10 dB ) ในการเปรียบเทียบกับระบบ ได้รับ 130 dBi และโพลาไรเซชันไขว้อยู่ด้านล่าง - 25 dB Quad ยางิเรย์ยังจัดแสดงข้อตกลงระหว่างการจำลองและการวัด สำหรับการออกแบบนี้ ได้รับของ 15.6 dBi สามารถได้รับกับครอสโพลาไรเซชันต่ำกว่า - 18 dB พิจารณาว่าโครงสร้างเหล่านี้ใช้โลหะเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง ( CU ) ที่พิมพ์ขึ้นค่าการสูญเสียไดอิเล็กทริก ,ประสิทธิภาพของงานนำเสนอทั้งหมดยากิมากกว่า 89 %