Создайте монополь

Создайте антенну монополя четверти длины волны через Antenna Toolbox с резонансной частотой приблизительно 1 ГГц. В целях этого примера мы выбираем квадратную наземную плоскость стороны $$0.75\lambda$$.

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);

Вычислите импеданс монополя

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;

Изучите Поведение Загрузки с помощью Отражательного Усиления Коэффициента и Степени

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 $$-j5.0\Omega$$ 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).

Спроектируйте соответствие с сетью

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 $$\Omega$$.

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));

Создайте соответствие с сетью и вычислите S-параметры

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-'}

Отражательное усиление коэффициента и степени с соответствием с сетью

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);

Сравните результаты

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');

Ссылки

[1] М. М. Вайнер, Антенны Монополя, Marcel Dekker, Inc., Нажатие CRC, версия. Выпуск Exp, Нью-Йорк, pp.110-118, 2003.