Анализ импеданса монополя

Открыть скрипт

Этот пример анализирует поведение импеданса монополя в различном разрешении/размерах mesh и на одной частоте операции. Сопротивление и реактивное сопротивление монополя построены и по сравнению с теоретическими результатами. Относительная кривая сходимости устанавливается для импеданса.

Выберите Frequency of Operation и Calculate Wavelength

Выберите рабочую частоту для монополя и вычислите длину волны в свободном пространстве на частоте.

f = 400e6;
speedOfLight = physconst('lightspeed');
lambda = speedOfLight /f;

Выберите Physical Parameters of Monopole

Монополь обычно питается коаксиальной линией электропередачи характеристического импеданса 50 Ом. Задайте высоту монополя, чтобы немного быть меньше четверти длины волны [1] $h/\lambda = 0.236$ . Радиус монополя также влияет на импеданс. Задайте радиус в терминах длины волны $a/\lambda = 0.001588$ . Модель монополя в Antenna Toolbox ™ использует металлическую полосу. Ширина полосы, w, связана с радиусом, a, эквивалентного металлического цилиндра $w=4a$ [2]. Выберите большую наземную плоскость путем определения длины и ширины наземной плоскости, чтобы быть дважды операционной длиной волны.

h_over_lambda = 0.236;
a_over_lambda = 0.001588;
h = h_over_lambda*lambda;
a = a_over_lambda*lambda;
w = cylinder2strip(a);
gpL = 2*lambda;
gpW = 2*lambda;

Создайте и измените монополь

Создайте антенну монополя и измените ее свойства совпадать с расчетными параметрами.

mp = monopole;
mp.Height = h;
mp.Width = w;
mp.GroundPlaneLength = gpL;
mp.GroundPlaneWidth  = gpW;
figure;
show(mp);

Вычислите базовый импеданс

Вычислите и сохраните импеданс и количество треугольников в mesh при использовании размера mesh по умолчанию.

Zbaseline = impedance(mp,f);
meshdata  = mesh(mp);
Nbaseline = meshdata.NumTriangles;

Поймать в сети изменение параметра

Можно оценить точность результатов путем изменения разрешения треугольной поверхностной mesh. Треугольная поверхностная mesh подразумевает дискретизацию поверхностной геометрии в небольшие плоские треугольники. Все поверхности антенны в Antenna Toolbox ™ дискретизируются в треугольники. Чтобы задать разрешение mesh, обеспечьте размер максимальной длины ребра, i.e. самая длинная сторона треугольника среди всех треугольников в mesh, до анализа. В качестве альтернативы задайте область значений значений для максимальной длины ребра.

maxEdgeLength = gpL./(2:2:16);

Настройте Аналитические Параметры

Создайте массивы, чтобы сохранить импеданс, относительное изменение в импедансе и размере mesh.

m = length(maxEdgeLength);
Zin = zeros(1,m);
numTri = zeros(1,m);
tolValue = .05.*ones(1,m);
tolCheck = nan*ones(1,m);
Ztemp = Zin(1);

Вычислите изменение импеданса

Для каждого значения максимальной длины ребра обновите mesh, вычислите импеданс на рабочей частоте и количестве треугольников в mesh. Сохраните импеданс и количество треугольников в mesh для анализа сходимости. Наконец, вычислите относительное изменение в импедансе между последующими шагами улучшения mesh.

for i = 1:m
    mesh(mp,'MaxEdgeLength',maxEdgeLength(i));
    Zin(i) = impedance(mp,f);
    meshdata = mesh(mp);
    numTri(i) = meshdata.NumTriangles;
    Zchange = abs((Zin(i)-Ztemp)/Zin(i));
    Ztemp = Zin(i);
    tolCheck(i) = Zchange;
end

Импеданс монополя на более прекрасных сетках

Постройте входной импеданс на рабочей частоте для каждого обновления mesh. Заметьте, что базовые значения сопротивления $R_{in}$ и реактивное сопротивление, $X_{in}$ (для mesh по умолчанию),

$R_{in} \approx $ 37 $\Omega$ , $X_{in} \approx $ 2 $\Omega$ .

Результат, опубликованный в [1] для случая $a/\lambda = .001588$ , $l/\lambda = 0.236$

$R_{in} = 36.82$ $\Omega$ , $X_{in} = 0$ $\Omega$

Наш результат совпадает с сопротивлением и предполагает, что слабый индуктивный компонент присутствует также. Окруженные значения для сопротивления и реактивного сопротивления являются результатами, полученными для базовой mesh по умолчанию. Обратите внимание на то, что результаты Касательно [1] процитированный выше связаны с цилиндрическими монополями; они учитывают эффект разрыва между внутренним проводником и внешним проводником коаксиальной линии электропередачи. Наша геометрическая модель аппроксимирует цилиндрический монополь прямоугольной полосой и не составляет разрыв в groundplane.

figure;
plot(numTri,real(Zin),'*-','LineWidth',2)
hold on
plot(numTri,imag(Zin),'r*-','LineWidth',2)
hold on
plot(Nbaseline,real(Zbaseline),'o','MarkerSize',10)
plot(Nbaseline,imag(Zbaseline),'ro','MarkerSize',10)
axis([min(numTri),max(numTri),-10*abs(round(min(imag(Zin)))),...
      1.5*floor(max(max(real(Zin),max(imag(Zin)))))])
grid on
xlabel('Number of triangles')
ylabel('Input Impedance Z_i_n - \Omega')
legend('R_i_n','X_i_n')
title('Monopole Impedance vs. No. of Triangles in Mesh')

Смотрите также

Анализ дипольного импеданса

Сравнение измерения монополя

Ссылки

[1] Р. Эллиотт, 'Antenna Theory & Design', Глава 8, p.353, Нажатие Wiley-IEEE, 2003.

[2] К. А. Баланис, 'Теория Антенны. Анализ и проектирование', p.514, Вайли, Нью-Йорк, 3-й Выпуск, 2005.

Документация