В этом примере показано, как спроектировать двойную настраивающую сеть соответствия L-раздела между резистивным источником и емкостной загрузкой в форме маленького монополя при помощи matchingnetwork
объект. L-раздел состоит из двух индукторов. Сеть достигает сопряженного соответствия и гарантирует передачу максимальной мощности на одной частоте. Этот пример требует следующего продукта:
Antenna Toolbox™
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 .
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)]);
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',... 'View','bottom-right','LegendLabels',{'#Gamma L'});
Постройте степень, поставленную загрузке.
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, 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 .
Используйте matchingnetwork
объект создать различные схемы сети соответствия на основе исходного импеданса, загрузите импеданс и центральную частоту.
matchnw = matchingnetwork('CenterFrequency',f0,'LoadImpedance',Zl0,'Bandwidth',50e6); matchnw.clearEvaluationParameter(1); % clear default constraint
Значения каждого элемента для сгенерированных схем показывают ниже.
[circuit_list, performance] = circuitDescriptions(matchnw)
circuit_list=4×5 table
circuitName component1Type component1Value component2Type component2Value
___________ ______________ _______________ ______________ _______________
Circuit 1 "auto_1" "Series L" 2.97e-07 "Shunt L" 1.0359e-07
Circuit 2 "auto_2" "Series C" 3.4115e-13 "Shunt L" 6.1094e-08
Circuit 3 "auto_3" "Shunt C" 2.3801e-11 "Series L" 8.0817e-08
Circuit 4 "auto_4" "Shunt L" 4.2569e-09 "Series L" 7.2871e-08
performance=4×4 table
circuitName evaluationPassed testsFailed performanceScore
___________ ________________ ____________ ________________
Circuit 1 "auto_1" {["Yes"]} {0x0 double} {[0]}
Circuit 2 "auto_2" {["Yes"]} {0x0 double} {[0]}
Circuit 3 "auto_3" {["Yes"]} {0x0 double} {[0]}
Circuit 4 "auto_4" {["Yes"]} {0x0 double} {[0]}
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.
Вычислите S-параметры на основе желаемой сети соответствия (этот пример использует схему № 2).
ckt_no = 4; Smatchnw = sparameters(matchnw, freq, Z0, ckt_no);
Представление элемента схемы соответствующей сети показывают ниже.
disp(matchnw.Circuit(ckt_no))
circuit: Circuit element ElementNames: {'L' 'L_1'} Elements: [1x2 inductor] Nodes: [1 2 3] Name: 'auto_4' 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 Smith® 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'}; hsm.View = 'full';
Постройте степень, поставленную загрузке.
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');
Matching Network Designer позволяет проектировать соответствие с сетями или просматривать существующий matchingnetwork
объект.
Введите эту команду в командной строке, чтобы открыть приложение Matching Network Designer. Используйте matchnw
возразите и выбор "auto_4", чтобы просмотреть соответствующую схему.
matchingNetworkDesigner(matchnw)
[1] М. М. Вайнер, Антенны Монополя, Marcel Dekker, Inc., Нажатие CRC, версия. Выпуск Exp, Нью-Йорк, pp.110-118, 2003.