Анализ портов

Порт антенны - это физическое местоположение, к которому подключен радиочастотный источник. С точки зрения теории сети антенна имеет один порт. В Antenna Toolbox™ красная точка на фигуре антенны представляет точку питания. Полуволновый диполь показан с точкой его подачи:

Все антенны возбуждаются напряжением 1V в порту. Ниже перечислены различные параметры порта терминала:

Входной импеданс

Входной импеданс - отношение напряжения к току в порту. Импеданс антенны рассчитывается как отношение фазорного напряжения, которое составляет 1V при фазовом угле 0 deg, к току фазора в порту. Уравнение импеданса:

$Z = V/I =$ R + jX

где:

V - напряжение возбуждения антенны
I является текущим
R - сопротивление антенны в омах
X - реактивное сопротивление антенны в Ом;

Входной импеданс антенны является частотно-зависимой величиной. На графике показан входной импеданс дипольной антенны по полосе частот 20-120 МГц. Следы сопротивления и реактивного сопротивления изменяются с частотой. Вариация может быть качественно описана с точки зрения резонансов.

d = dipole;
impedance(d,20e6:1e6:120e6)

Использовать impedance для расчета входного импеданса любых антенн в панели инструментов антенны.

Резонанс

Резонансная частота антенны - это частота, при которой реактивное сопротивление антенны равно нулю.

На графике показаны две резонансные точки дипольной антенны.

На графике значения реактивного сопротивления являются отрицательными, или емкостными, перед резонансом. Эти значения являются положительными или индуктивными после резонанса. Этот тип резонанса называется последовательным резонансом. Этот тип резонанса можно моделировать с помощью последовательной RLC-схемы. Если кривая импеданса переходит от положительного реактивного сопротивления к отрицательному реактивному сопротивлению, она называется параллельным резонансом. Этот тип резонанса можно моделировать с помощью параллельной RLC-цепи.

Коэффициент отражения

Коэффициент отражения или S_1_1, антенны описывает относительную долю падающей ВЧ мощности, которая отражается обратно из-за несоответствия импеданса. Несоответствие импеданса - это разность между входным импедансом антенны и характеристическим импедансом линии передачи (или импедансом генератора, когда линия передачи отсутствует). Характеристический импеданс является опорным импедансом.

S = sparameters(d,20e6:1e6:120e6,72)
rfplot(S)

Коэффициент отражения также дает рабочую ширину полосы антенны. Полоса пропускания антенны обычно представляет собой полосу частот, в которой величина коэффициента отражения ниже -10 дБ.

Использовать sparameters для вычисления значения S₁₁ для любой антенны на панели инструментов антенны.

Убыток от возврата

Обратная потеря антенны является мерой эффективности подачи мощности от линии передачи или коаксиального кабеля к нагрузке, такой как антенна. Обратные потери также могут быть определены как разность в дБ между мощностью, передаваемой к антенне, и мощностью, отраженной от нее. Чем выше коэффициент мощности, тем лучше согласование нагрузки и линии. Уравнение потерь возврата:

$RL = −_{}_{20log10} |$ S11 |

где:

RL является потерей возврата
S₁₁ - коэффициент отражения, или мощность, отраженная от антенны.

Для пассивных устройств обратные потери представляют собой положительный недисипативный член, представляющий уменьшение амплитуды отраженной волны по сравнению с падающей волной. В активных устройствах возможна отрицательная потеря возврата.

d = dipole;
returnLoss(d,20e6:1e6:120e6,72)

Графики потерь возврата также дают рабочую полосу пропускания антенны. Полоса пропускания антенны - это полоса частот, в которой величина потерь при возврате превышает 10 дБ. Используйте returnLoss для вычисления потерь при возврате любой антенны в библиотеке Antenna Toolbox.

Коэффициент стоячей волны напряжения

Отношение стоячей волны напряжения (VSWR) антенны является другой мерой согласования импеданса между линией передачи и антенной. Стоячая волна генерируется из-за несоответствия импеданса в порту. Уравнение VSWR:

$VSWR \frac{= 1_{+} |}{{S11}_{|}}$ 1 − | S11 |

где:

S₁₁ - коэффициент отражения.

d = dipole;
vswr(d,20e6:1e6:120e6,72)
axis([20 120 1 20])

VSWR является скалярным и не содержит информации о фазе. Значение VSWR находится между 1 и бесконечность. Полоса пропускания антенны обычно представляет собой полосу частот, в которой VSWR меньше приблизительно 2.

Использовать vswr для расчета коэффициента стоячей волны напряжения для любой антенны в панели инструментов антенны.

Пропускная способность

Полоса пропускания описывает диапазон частот, на которых антенна может правильно излучать или принимать энергию. Это фундаментальный антенный параметр. Часто требуемая полоса пропускания является одним из параметров, используемых для определения используемой антенны. Полоса пропускания антенны обычно представляет собой полосу частот, в которой величина коэффициента отражения ниже -10 дБ, или величина обратной потери больше 10 дБ, или VSWR меньше приблизительно 2. Все эти критерии эквивалентны. Вы можете управлять полосой пропускания, используя правильный дизайн антенны.

Ссылки

[1] Баланис, К.А. Теория антенн: Анализ и Design.3rd Эд. Нью-Йорк: Уайли, 2005.

[2] Штутцман, Уоррен Л. и Тиле, Гэри А. Теория и дизайн антенны. 3-я эд. Нью-Йорк: Уайли, 2013.

[3] Птица, Т.С. «Определение и неправильное использование возвратной потери». IEEE Antennas and Propagation Magazine. Том 51, выпуск 2, апрель 2009 г., стр. 166-167.

Документация