В этом примере показано, как спроектировать двойную настраивающую сеть соответствия L-раздела между резистивным источником и емкостной загрузкой в форме маленького монополя. L-раздел состоит из двух индукторов. Сеть достигает сопряженного соответствия и гарантирует передачу максимальной мощности на одной частоте. Этот пример требует следующего продукта:
RF Toolbox™
Создайте антенну монополя четверти длины волны с резонансной частотой приблизительно 1 ГГц. В целях этого примера мы выбираем квадратную наземную плоскость стороны .
fres = 1e9; speedOfLight = physconst('lightspeed'); lambda = speedOfLight/fres; L = 0.25*lambda; dp = monopole('Height',L,'Width',L/50,... 'GroundPlaneLength',0.75*lambda,... 'GroundPlaneWidth',0.75*lambda);
Задайте источник (генератор) импеданс, ссылка (линия электропередачи) импеданс и загрузка (антенна) импеданс. В этом примере, загрузка Zl0
будет нерезонирующий (маленький) монополь на частоте 500 МГц, которая является половиной резонансной частоты. Источник имеет эквивалентный импеданс 50 Ом.
f0 = fres/2; Zs = 50; Z0 = 50; Zl0 = impedance(dp,f0); Rl0 = real(Zl0); Xl0 = imag(Zl0);
Задайте количество точек частоты для анализа и создайте диапазон частот приблизительно 500 МГц.
Npts = 30; fspan = 0.1; fmin = f0*(1 - (fspan/2)); fmax = f0*(1 + (fspan/2)); freq = unique([f0 linspace(fmin,fmax,Npts)]); w = 2*pi*freq;
Вычислите коэффициент отражения загрузки и усиление степени между источником и антенной.
S = sparameters(dp, freq); GammaL = rfparam(S, 1,1); Gt = 10*log10(1 - abs(GammaL).^2);
Графический вывод входного коэффициента отражения на графике Смита показывает емкостное поведение этой антенны вокруг рабочей частоты 500 МГц. Центр графика Смита представляет совпадающее условие ссылочному импедансу. Местоположение отражательного коэффициента прослеживает вокруг подтверждает, что существует серьезное несоответствие импеданса.
fig1 = figure; hsm = smithplot(fig1,freq,GammaL,'LineWidth',2.0,'Color','m'); hsm.LegendLabels = {'#Gamma L'};
fig2 = figure; plot(freq*1e-6,Gt,'m','LineWidth',2); grid on xlabel('Frequency [MHz]') ylabel('Magnitude (dB)') title('Power delivered to load')
Когда график усиления степени показывает, существуют потери мощности на приблизительно 20 дБ вокруг рабочей частоты (500 МГц).
Соответствующая сеть должна гарантировать передачу максимальной мощности на уровне 500 МГц. L-раздел, дважды настраивающий сеть, достигает этой цели [1]. Сетевая топология, показанная на рисунке, который следует, состоит из индуктора последовательно с антенной, которая отменяет большую емкость на уровне 500 МГц и индуктор шунта что дальнейшие повышения выходное сопротивление, чтобы совпадать с исходным импедансом 50 .
omega0 = 2*pi*f0; L2 = (1/omega0)*sqrt((Zs*Rl0)/(1-(Rl0/Zs))); L1 = (-Xl0/omega0) - (L2/2) - sqrt((L2^2/4)-(((Rl0)^2)/omega0^2));
Схема сети соответствия создается через RF Toolbox, и это состоит из двух индукторов, значения которых были вычислены выше. S-параметры этой сети вычисляются по диапазону частот, сосредоточенному на рабочей частоте.
IND1 = inductor(L1,'L1'); IND2 = inductor(L2,'L2'); MatchingNW = circuit('double_tuning'); add(MatchingNW,[0 1],IND2); add(MatchingNW,[1 2],IND1); setports(MatchingNW,[1 0],[2 0]); Smatchnw = sparameters(MatchingNW,freq);
Представление элемента схемы соответствующей сети показывают ниже.
disp(MatchingNW)
circuit: Circuit element ElementNames: {'L2' 'L1'} Elements: [1x2 inductor] Nodes: [0 1 2] Name: 'double_tuning' NumPorts: 2 Terminals: {'p1+' 'p2+' 'p1-' 'p2-'}
Вычислите входное усиление коэффициента/степени отражения для загрузки антенны с соответствующей сетью.
Zl = impedance(dp,freq);
GammaIn = gammain(Smatchnw,Zl);
Gtmatch = powergain(Smatchnw,Zs,Zl,'Gt');
Gtmatch = 10*log10(Gtmatch);
Постройте входной коэффициент отражения и степень, поставленную антенне, с и без соответствующей сети. График графика Смита показывает отражательную содействующую трассировку, проходящую ее центр, таким образом подтверждающий соответствие. На частоте операции 500 МГц генератор передает максимальную власть к антенне. Соответствие ухудшается по обе стороны от рабочей частоты.
add(hsm,freq,GammaIn);
hsm.LegendLabels(2) = {'#Gamma In'};
figure(fig2) hold on plot(freq*1e-6,Gtmatch,'LineWidth',2); axis([min(freq)*1e-6,max(freq)*1e-6,-25,0]) legend('No matching network','Double tuning','Location','Best');
[1] М. М. Вайнер, Антенны Монополя, Marcel Dekker, Inc., Нажатие CRC, версия. Выпуск Exp, Нью-Йорк, pp.110-118, 2003.