Полевой анализ

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности антенны является пространственным распределением степени. Шаблон отображает направленность или усиление антенны. шаблон степени антенны строит переданный или мощность приемника для данного радиуса. Полевой шаблон антенны строит изменение электрического или магнитного поля для данного радиуса. Диаграмма направленности предоставляет подробную информацию, такую как максимальное и минимальное значение полевого количества и область значений углов, по которым отображены на графике данные.

h = helix;
h.Turns = 13;
h.Radius = 0.025;
pattern(h,2.1e9)

Используйте pattern функционируйте, чтобы построить диаграмму направленности любой антенны в Antenna Toolbox™. По умолчанию, графики функций направленность антенны. Можно также построить электрическое поле и шаблон степени при помощи аргумента пары "имя-значение" Type функции шаблона.

Лепестки

Каждая диаграмма направленности антенны содержит лепестки излучения. Лепестки разделены на главные лепестки (также названный основными лепестками) и незначительными лепестками. Лепестки стороны и задние лепестки являются изменениями незначительных лепестков.

h = helix;
h.Turns = 13;
h.Radius = 0.025;
patternElevation(h,2.1e9)

Major or Main lobe: Показывает направление максимального излучения или степень, антенны.
Minor lobe: Показывает излучение в нежелательных направлениях антенны. Чем меньше количество незначительных лепестков, тем больше КПД антенны. Лепестки стороны являются незначительными лепестками, которые лежат рядом с главным лепестком. Обратные лепестки являются незначительными лепестками, которые лежат напротив главного лепестка антенны.
Null: Показывает направление нулевой интенсивности излучения антенны. Аннулирует обычно находятся между главным и незначительным лепестком или промежуточный незначительные лепестки антенн.

Полевые области

Для инженера антенны и электромагнитной совместимости (EMC) проектируют, важно изучить области вокруг антенны.

Область вокруг антенны задана во многих отношениях. Наиболее используемое описание является 2-или моделью с 3 областями. Модель с 2 областями использует термины около поля и далекого поля, чтобы идентифицировать определенные доминирующие полевые механизмы. Схема является представлением полей антенны и контуров. Область с 3 полями разделяет близкое поле в зону перехода, где слабо радиационный механизм работает.

Near-Field Region: Почти полевая область разделена на две зоны перехода: реактивная зона и исходящая зона.

Reactive Near-Field Region: Эта область является самой близкой к поверхности антенны. Реактивное поле доминирует над этой областью. Реактивное поле хранится энергия или постоянные волны. Поля в этой области изменяются быстро с расстоянием от антенны. Уравнение для внешней границы этой области: $R < 0.62 \sqrt{D^{3} / λ}$ где R является расстоянием от антенны, λ является длиной волны, и D является самой большой размерностью антенны. Это уравнение сохраняется для большинства антенн. В очень коротком диполе внешняя граница этой области $λ / 2 π$ от поверхности антенны.
Radiating Near-Field Region: Эта область также называется областью Френеля и находится между реактивной почти полевой областью и областью далекого поля. Существование этой области зависит от самой большой размерности антенны и длины волны операции. Исходящие поля являются доминирующими в этой области. Уравнение для внутренней границы области является уравнением $R \geq 0.62 \sqrt{D^{3} / λ}$ и внешняя граница $R < 2 D^{2} / λ$ . Это сохраняется для большинства антенн. Полевое распределение зависит от расстояния от антенны.

Far-field Region: Эта область также называется Фраунгоферовой областью. В этой области полевое распределение не зависит от расстояния от антенны. Электрические и магнитные поля в этой области являются ортогональными друг другу. Эта область содержит волны распространения. Уравнение для внутренней границы далекого поля $R = 2 D^{2} / λ$ и уравнение для внешней границы является бесконечностью.

Направленность и усиление

Направленность является способностью антенны излучить степень в конкретном направлении. Это может быть задано как отношение максимальной интенсивности излучения в желаемом направлении к средней интенсивности излучения во всех других направлениях. Уравнение для направленности:

$D = \frac{4 π U (θ, ϕ)}{P_{r a d}}$

где:

D является направленностью антенны
U является интенсивностью излучения антенны
_Prad является средней излученной степенью антенны во всех других направлениях

Направленность антенны является безразмерной и вычисляется в децибелах по сравнению с изотропным теплоотводом (dBi).

Усиление антенны зависит от направленности и КПД антенны. Это может быть задано как отношение максимальной интенсивности излучения в желаемом направлении к общей входной мощности антенны. Уравнение для усиления антенны:

$G = \frac{4 π U (θ, ϕ)}{P_{i n}}$

где:

G является усилением антенны
U является интенсивностью излучения антенны
_Pin является общей входной мощностью к антенне

Если КПД антенны в желаемом направлении является 100%, затем общая входная мощность к антенне равна общей степени, излученной антенной, то есть, $P_{i n} = P_{r a d}$ . В этом случае направленность антенны равна усилению антенны.

Ширина луча

Ширина луча антенны является угловой мерой покрытия шаблона антенны. Как замечено в фигуре, основной луч является областью вокруг максимального излучения. Этот луч также называется главным лепестком или основным лепестком антенны.

Половина ширины луча степени (HPBW) является угловым разделением, в котором величина диаграммы направленности уменьшается 50% (или -3dB) от пика основного луча

Используйте beamwidth функция, чтобы вычислить ширину луча любой антенны в Antenna Toolbox.

Электронная плоскость и плоскость H

E-plane: Плоскость, содержащая вектор электрического поля и направление максимального излучения. Рассмотрите дипольную антенну, которая является вертикальной вдоль оси z. Используйте patternElevation функционируйте, чтобы построить шаблон плоскости вертикального изменения. Шаблон плоскости вертикального изменения, показанный получения поведение электронной плоскости дипольной антенны.

d = dipole;
patternElevation(d,70e6)

H-plane: Плоскость, содержащая вектор магнитного поля и направление максимального излучения. Используйте patternAzimuth функционируйте, чтобы построить шаблон плоскости азимута дипольной антенны. Азимутальное изменение шаблона, показанного получения поведение H-плоскости дипольной антенны.

d = dipole;
patternAzimuth(d,70e6)

Используйте EHfields измерять электрические и магнитные поля антенны. Функция может использоваться, чтобы вычислить и рядом и далекие поля.

Поляризация

Поляризация является ориентацией электрического поля или E-field, из антенны. Поляризация классифицируется как эллиптическая, линейная, или круговая.

Elliptical polarization: Если электрическое поле остается постоянным вдоль длины, но прослеживает эллипс, когда это продвигается, поле эллиптически поляризовано. Линейные и круговые поляризации являются особыми случаями эллиптической поляризации.

Linear polarization: Если вектор электрического поля в точке на пробеле направлен вдоль прямой линии, поле линейно поляризовано. Линейно поляризованная антенна излучает только одну плоскость, и эта плоскость содержит направление распространения радиоволн. Существует два типа линейной поляризации:

Horizontal Polarization: Вектор электрического поля параллелен наземной плоскости. Чтобы просмотреть горизонтальный шаблон поляризации антенны, используйте pattern функция, с набором аргумента пары "имя-значение" 'Polarization' к 'H'. График показывает горизонтальный шаблон поляризации дипольной антенны:
```
d = dipole;
pattern(d,70e6,'Polarization','H')
```
Телевизионные сети США используют горизонтально поляризованные антенны в широковещательной передаче.
Vertical Polarization: Вектор электрического поля перпендикулярен наземной плоскости. Чтобы просмотреть вертикальный шаблон поляризации антенны, используйте pattern функция, с набором аргумента пары "имя-значение" 'Polarization' к 'V'. Вертикальная поляризация используется, когда сигнал должен быть излучен во всех направлениях. График показывает вертикальный шаблон поляризации дипольной антенны:
```
d = dipole;
pattern(d,70e6,'Polarization','V')
```
Антенна радиопередачи AM или автомобильная антенна кнута являются некоторыми примерами вертикально поляризованных антенн.

Circular Polarization: Если электрическое поле остается постоянным вдоль прямой линии, но прослеживает круг, когда это продвигается, поле циркулярное поляризованный. Эта волна исходит и в вертикальных и в горизонтальных плоскостях. Круговая поляризация чаще всего используется в спутниковой связи. Существует два типа круговой поляризации:

Right-Hand Circularly Polarized (RHCP): Вектор электрического поля прослеживается в направлении против часовой стрелки. Чтобы просмотреть шаблон RHCP антенны, используйте pattern функция, с набором аргумента пары "имя-значение" 'Polarization' к 'RHCP'. График показывает шаблон RHCP спиральной антенны:
```
 h = helix;
 h.Turns = 13;
 h.Radius = 0.025;
 pattern(h,1.8e9,'Polarization','RHCP')
```
Left-Hand circularly polarized (LHCP): Вектор электрического поля прослеживается в направлении по часовой стрелке. Чтобы просмотреть шаблон LHCP антенны, используйте pattern функция, с набором аргумента пары "имя-значение" 'Polarization' к 'LHCP'. График показывает шаблон LHCP спиральной антенны:
```
 h = helix;
 h.Turns = 13;
 h.Radius = 0.025;
 pattern(h,1.8e9,'Polarization','LHCP')
```

Для эффективных коммуникаций антенны при передаче и приемном конце должны иметь ту же поляризацию.

Коэффициент эллиптичности

Коэффициент эллиптичности (AR) антенны в данном направлении определяет количество отношения ортогональных полевых компонентов, излученных в циркулярной поляризованной волне. Коэффициент эллиптичности бесконечности подразумевает линейно поляризованную волну. Когда коэффициент эллиптичности равняется 1, излученная волна имеет чистую круговую поляризацию. Значения, больше, чем 1, подразумевают эллиптически поляризованные волны.

Используйте axialRatio вычислить коэффициент эллиптичности для любой антенны в Antenna Toolbox.

Ссылки

[1] Balanis, C.A. Теория антенны. Анализ и проектирование, 3-й Эд. Нью-Йорк: Вайли, 2005.

[2] Стуцмен, Уоррен. L и Тиле, Гэри А. Теория антенны и проект, 3-й Эд. Нью-Йорк: Вайли, 2013.

[3] Capps, C. Около Поля или Далекого Поля, EDN, 16 августа 2001, стр 95 - стр 102.

Документация