Параметры полосы частот

Определите рабочую частоту, аналитическую полосу пропускания и рассчитайте длину волны в свободном пространстве.

freq = 800e6;
c = physconst('lightspeed');
lambda = c/freq;
BW_frac = .1;
fmin = freq - BW_frac*freq;
fmax = freq + BW_frac*freq;

Создание двух одинаковых диполей

Используйте дипольный антенный элемент из библиотеки Antenna Toolbox™ и создайте 2 одинаковых тонких диполя длиной $$\mathrm{\lambda /2}$$.

d1 = dipole('Length',lambda/2,'Width',lambda/200);
d2 = dipole('Length',lambda/2,'Width',lambda/200);

Коэффициент отражения входного графика изолированного диполя

Рассчитайте входной коэффициент отражения изолированного диполя и постройте его график, чтобы подтвердить отсутствие соответствия импеданса при 800MHz.

Numfreq = 101;
f = linspace(fmin,fmax,Numfreq);
S = sparameters(d1,f);
DipoleS11Fig = figure;
rfplot(S,1,1)
title('Reflection Coefficient')

Создание двухэлементного массива

Создайте двухэлементную антенную систему разнесения и расположите две антенны на расстоянии 5 $$\lambda$$.

range = 5*lambda;
l = linearArray;
l.Element = [d1 d2];
l.ElementSpacing = range;
show(l)
view(-80,4)

Функция передачи мощности

Вычислите и постройте график функции передачи мощности (S21 в дБ) для двух антенн. Для этого вычислите параметры рассеяния для системы и постройте график S21 по всему диапазону частот.

S = sparameters(l,f);
ArrayS21Fig = figure;
rfplot(S,2,1)
title('Power Transfer Function')

Пик отклика явно не на частоте 800 МГц. Кроме того, обратите внимание на потери в уровне сигнала из-за затухания в свободном пространстве.

Варьировать пространственную ориентацию диполя

Передача мощности между двумя антеннами теперь может быть исследована как функция ориентации антенны. Коэффициент корреляции используется в системах MIMO для количественной оценки производительности системы. Существуют два подхода к расчету коэффициента корреляции: использование поведения в дальнем поле и использование S-параметров. Полевой подход предполагает цифровую интеграцию. Предлагаемый в этом примере расчет использует корреляцию функций, доступную в Toolbox™ Антенна и основанную на подходе S-параметров [1]. Вращая одну антенну, расположенную на положительной оси x, мы изменяем направление ее поляризации и находим корреляцию

numpos = 101;
orientation = linspace(0,90,numpos);
S21_TiltdB = nan(1,numel(orientation));
Corr_TiltdB = nan(1,numel(orientation));
fig1 = figure;
for i = 1:numel(orientation)
    d2.Tilt = orientation(i);
    l.Element(2) = d2;
    S = sparameters(l,freq);
    Corr = correlation(l,freq,1,2);
    S21_TiltdB = 20*log10(abs(S.Parameters(2,1,1)));
    Corr_TiltdB(i) = 20*log10(Corr);
    figure(fig1);
    plot(orientation,S21_TiltdB,orientation,Corr_TiltdB,'LineWidth',2)
    grid on
    axis([min(orientation) max(orientation) -65 -20]);
    xlabel('Tilt variation on 2nd dipole (deg.)')
    ylabel('Magnitude (dB)')
    title('Correlation, S_2_1  Variation with Polarization')
    drawnow
end
legend('S_2_1','Correlation');

Мы видим, что функция передачи мощности и корреляционная функция между двумя антеннами идентичны по мере изменения ориентации антенны для одного из диполей.

Изменение интервала между антеннами

Восстановите оба диполя так, чтобы они были параллельны друг другу. Выполните аналогичный анализ, изменив интервал между 2 элементами.

d2.Tilt = 0;
l.Element = [d1 d2];
Nrange = 201;
Rmin = 0.001*lambda;
Rmax = 2.5*lambda;
range = linspace(Rmin,Rmax,Nrange);
S21_RangedB = nan(1,Nrange);
Corr_RangedB = nan(1,Nrange);
fig2 = figure;
for i = 1:Nrange
    l.ElementSpacing = range(i);
    S = sparameters(l,freq);
    Corr = correlation(l,freq,1,2);
    S21_RangedB(i)= 20*log10(abs(S.Parameters(2,1,1))); 
    Corr_RangedB(i)= 20*log10(Corr);
    figure(fig2);
    plot(range./lambda,S21_RangedB,range./lambda,Corr_RangedB,'--','LineWidth',2)
    grid on
    axis([min(range./lambda) max(range./lambda) -50 0]);
    xlabel('Distance of separation, d/\lambda')
    ylabel('Magnitude (dB)')
    title('Correlation, S_2_1 Variation with Range')
    drawnow
    hold off
end
legend('S_2_1','Correlation');

Кривые 2 явно отличаются по своему поведению, когда расстояние между двумя антеннами увеличивается. Этот график показывает корреляционные впадины, которые существуют при определенных разделениях, таких как приблизительно 0,75 $$\lambda$$, 1,25 $$\lambda$$, 1,75 $$\lambda$$и 2,25 $$\lambda$$.

Проверка частотной характеристики корреляции

Выберите разделение 1,25 $$\lambda$$, которое является одной из корреляционных впадин. Проанализируйте изменение корреляции для 10% полосы пропускания с центром на частоте 800 МГц.

Rpick = 1.25*lambda;
f = linspace(fmin,fmax,Numfreq);
l.ElementSpacing = Rpick;
Corr_PickdB = 20.*log10(correlation(l,f,1,2));
fig2 = figure;
plot(f./1e9,Corr_TiltdB,'LineWidth',2)
grid on
axis([min(f./1e9) max(f./1e9) -65 0]);
xlabel('Frequency (GHz)')
ylabel('Magnitude (dB)')
title('Correlation Variation with Frequency')

Результаты анализа показывают, что две антенны имеют корреляцию ниже 30 дБ по указанному диапазону.

См. также

Влияние взаимной связи на связь MIMO

Ссылка

[1] С. Бланч, Дж. Ромеу и И. Корбелла, «Точное представление характеристик разнесения антенной системы из описания входных параметров», Электрон. Lett., том 39, стр. 705-707, май 2003. Онлайн по адресу: http://upcommons.upc.edu/e-prints/bitstream/2117/10272/4/ExactRepresentationAntenna.pdf