Антенна

Модельная антенна, учитывающая падающую волну мощности (RX) и излучаемую волну мощности (TX)

Библиотека:
Радиочастотный блок/оболочка цепи/элементы

Описание

Моделирование антенны с использованием блока Антенна:

Преобразование входного сигнала Simulink ® вектора падающей волны мощности в напряжение RF Blockset™ на антенных портах.
Преобразование тока в антенном порту RF Blockset в выход Simulink вектора излучаемой волны мощности.
Ввести импеданс антенны в радиочастотную систему.

По умолчанию антенный блок представляет собой изотропный излучатель, вырабатывающий выходной сигнал Simulink. Для изотропного излучателя задайте коэффициент усиления и импеданс антенны в параметрах блока. Параметр Излучаемые несущие частоты представляет собой набор несущих частот, над которыми Антенный блок создает излучаемую волну мощности. Дополнительные сведения см. в разделах Излучаемая волна и Падающая волна.

Порты

Вход

развернуть все

`RX` - Принятый сигнал
скалярный | вектор | матрица | массив m-by-n-by-2

Прием сигнала, заданного как скаляр, векторная матрица или массив размером m-by-n-by-2.

Типы данных: double

Продукция

развернуть все

`TX` - Передаваемый сигнал
скаляр | вектор | матрица | m

Передающий сигнал, заданный как скаляр, вектор, матрица или массив размером m-by-n-by-2

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Главный

`Source of antenna model` - Модель антенны
`Isotropic radiator` (по умолчанию) | `Antenna Designer` | `Antenna object`

Модель антенны, заданная как одна из следующих:

Isotropic radiator
Antenna Designer
Antenna object

Примечание

Использовать Antenna Designer и Antenna object варианты, которые вам понадобятся Toolbox™ антенны.

`Create Antenna` - Откройте приложение Antenna Toolbox Antenna Designer
кнопка

Откройте приложение «Конструктор антенн» на панели инструментов «Антенна», чтобы создать антенну.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели источника антенны значение Antenna Designer.

`Antenna object` - Ввод антенного элемента из рабочего пространства
`antenna` объект

Антенный элемент, вводимый из рабочего пространства, определяемый как однопортовый антенный элемент, созданный с помощью панели инструментов антенны. Проанализируйте антенный объект в рабочем пространстве хотя бы на одну частоту, прежде чем использовать его в блоке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of antenna model значение Antenna object.

`Antenna Gain` - Коэффициент усиления антенны
`0` `dBi` (по умолчанию) | вещественный скаляр или вектор | положительный скаляр или вектор

Коэффициент усиления антенны, заданный как действительный скаляр или вектор, если для единиц измерения задано значение dBi или положительный скаляр или вектор, если установлены единицы измерения None. Если коэффициент усиления антенны является вектором, длина вектора должна быть равна длине вектора несущих частот Incident и излучаемых несущих частот.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of antenna model значение Isotropic radiator и проверьте Входную падающую волну или Выходную излучаемую волну или и то и другое

`Impedance (Ohm)` - Входной импеданс
`50` (по умолчанию) | скаляр или вектор с комплексным значением

Входной импеданс, определяемый как скаляр или вектор с комплексными значениями в омах. Если импеданс является вектором, длина вектора должна быть равна длине несущих частот Incident и излучаемых несущих частот.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of antenna model значение Isotropic radiator.

Типы данных: double
Поддержка комплексного номера: Да

`Input incident wave` - Входная падающая волна для имитации приемной антенны
`'off'` (по умолчанию) | `'on'`

Выберите этот параметр, если требуется смоделировать приемную антенну.

`Output radiated wave` - Выходная излучаемая волна для передающей антенны
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

Выберите этот параметр, если требуется смоделировать передающую антенну.

`Incident carrier frequencies` - Несущие частоты для приема сигнала
`2.1` `GHz` (по умолчанию) | неотрицательный скалярный или строковый вектор

Несущие частоты для принимающего сигнала, заданные как неотрицательный скаляр в герцах или вектор строки с каждым элементом в герцах. Если значение коэффициента усиления антенны или импеданса является вектором, то значения несущих частот Incident и излучаемых несущих частот должны быть идентичными.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Input incident wave.

`Radiated carrier frequencies` - Несущие частоты для передачи сигнала
`2.1` `GHz` (по умолчанию) | неотрицательный скалярный или строковый вектор

Несущие частоты для передающего сигнала, заданные как неотрицательный скаляр в герцах или вектор строки с каждым элементом в герцах. Если значение коэффициента усиления антенны или импеданса является вектором, то значения несущих частот Incident и излучаемых несущих частот должны быть идентичными.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Выход излучаемой волны.

`Direction of departure` - Азимут и углы места, к которым излучается волна мощности выходного сигнала
`[0 0]` `deg` (по умолчанию) | вектор конечной вещественной строки

Азимут и углы места, к которым излучается волна мощности выходного сигнала, задаваемые как конечный действительный вектор строки длиной два с каждым элементом в градусах или радианах.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of antenna model значение Antenna Designer или Antenna object и выберите Выход излучаемой волны.

`Direction of arrival` - Азимут и углы места, с которых поступает волна мощности входного сигнала
`[180 0]` `deg` (по умолчанию) | вектор конечной вещественной строки

Азимут и углы места, к которым поступает волна мощности входного сигнала, задаваемые как вектор конечного действительного ряда длиной два с каждым элементом в градусах или радианах.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Source of antenna model значение Antenna Designer или Antenna object и выберите Input incident wave (Входная волна инцидента).

`Simulate noise` - Имитация теплового шума
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

Выберите этот параметр для моделирования теплового шума в антенне из-за реальной части полного сопротивления, наблюдаемого на антенных клеммах. Необходимо также выбрать пункт Simulate noise в блоке Configuration.

`Ground and hide negative terminals` - Клеммы наземных ВЧ-цепей
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

Эта опция используется для заземления и скрытия отрицательных клемм. Снимите этот параметр, чтобы открыть отрицательные клеммы. Открывая эти клеммы, можно соединить их с другими частями модели.

По умолчанию этот параметр выбран.

Моделирование

`Modeling options` - Модель частотно-зависимых параметров антенны
`Time-domain (rationalfit)` (по умолчанию) | `Frequency-domain`

Модель частотно-зависимых параметров антенны, указанных как:

Time-domain (rationalfit) - Этот метод создает аналитическую рациональную модель, которая аппроксимирует весь диапазон данных.
Frequency-domain - Этот метод вычисляет импульсную характеристику основной полосы частот для каждой несущей частоты независимо. Эта техника основана на свертке. Существует возможность задания длительности импульсной характеристики. Дополнительные сведения см. в разделе Сравнение параметров моделирования во временной и частотной областях для S-параметров.

Частотно-зависимые параметры:

Импеданс антенны - входной импеданс на антенных клеммах. Используется при моделировании радиочастотной системы.
Нормализованная векторная эффективная длина - используемое свойство, связывающее ток, протекающий на антенных клеммах, с излучаемым дальним полем в заданном направлении. Благодаря взаимности эффективная длина также связывает падающее поле с индуцированным напряжением разомкнутой цепи на антенных клеммах.

Зависимости

Установка источника Источник антенной модели Antenna Designer или Antenna object для активации вкладки «Моделирование», содержащей параметры опций «Моделирование».

`Relative error desired (dB)` - Относительная погрешность, приемлемая для рационального подбора
`-40` (по умолчанию) | скаляр

Относительная ошибка, приемлемая для рационального вписывания, заданная как скаляр. Применяется к моделированию во временной области как импеданса антенны, так и эффективной длины нормированного вектора. Соответствующие рациональные результаты подгонки для каждого свойства отображаются в маске блока.

Зависимости

Задание для опций моделирования значения Time domain (rationalfit) в.

`Automatically estimate impulse response duration` - Автоматический расчет импульсной характеристики
`'on'` | `'off'`

Выберите этот параметр для автоматического вычисления длительности импульсной характеристики. Снимите этот параметр, чтобы вручную задать длительность импульсной характеристики, используя длительность импульсной характеристики. Применяется к частотному моделированию импеданса антенны и эффективной длины нормированного вектора.

Зависимости

Чтобы задать этот параметр, выберите Frequency domain в параметрах моделирования.

`Impulse response duration` - Длительность импульсной характеристики
`1e-10s` (по умолчанию) | скаляр

Длительность импульсной характеристики, заданная как скаляр. Применяется к частотному моделированию импеданса антенны и эффективной длины нормированного вектора.

Зависимости

Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Frequency domain в параметрах моделирования. Затем, очистить Automatically estimate impulse response duration.

Примеры модели

Simulation of RF Systems with Antenna Blocks

Моделирование радиочастотных систем с антенными блоками

Используйте антенный блок для включения эффекта антенны в радиочастотное моделирование. В этой модели один тон подается на передатчик и вычисляется мощность принятого сигнала на выходе приемника.

Подробнее

развернуть все

Излучаемая волна

Антенный блок формирует сигнал Simulink, представляющий нормализованную волну мощности, аналогичную волнам мощности в схемах. Поскольку антенна излучает две независимые составляющие поля в дальнем поле, сигнал расширяется до третьего размера:

$\begin{array}{l} TX (: : \cdot 1)_{} \frac{{=TXθ}_{=}}{\sqrt{_{}}} \sqrt{Eθη0 \cdot} 4π\ \cdot R^{\cdot} \\ ejγRTX (: : {2)}_{} \frac{_{}}{\sqrt{{=TXφ}_{=}}} \sqrt{} Eϕη0 \cdot 4π\^{\cdot R \cdot} \end{array}$ ejγR

где

E_θ и E_φ - компоненты электрического поля, излучаемые антенной и измеряемые в дальнем поле в направлении отправления.
η₀ - внутренний импеданс свободного пространства
R - расстояние до места измерения в дальнем поле.
$γ \frac{=}{}$ jλ c, где λ - угловая частота иc - скорость света в свободном пространстве.

Вышеприведенное определение делает сигнал передачи (TX) независимым от расстояния. R. Общая мощность, переносимая этой нормализованной излучаемой волной мощности, представляет собой эквивалентную изотропно излучаемую волну мощности (EIRP) передатчика в направлении отправления:

$^{‖TX‖2} = {|_{TXθ} |}^{2} + {|_{TXϕ} |}^{}_{}_{2=EIRP=PtGt}$

где итого

P_t - входная мощность на антенных клеммах
G_t - коэффициент усиления антенны передатчика в направлении отправления.

EIRP является широко используемой концепцией в системах связи. Это значение представляет собой величину мощности, излучаемой изотропной антенной, так что такая же плотность мощности получается в направлении отправления.

В случае изотропного излучателя можно разрешить неоднозначность поляризации, допустив, что антенна излучает один компонент поля. Также предполагается, что этот полевой компонент всегда выравнивается для полного приема приемной антенной. Таким образом, сигнал TX и ожидаемый RX в приемной антенне являются двумерными. В соответствии с приведенными выше определениями сигнал передачи для изотропного излучателя представляет собой:

$TX (:,:) \sqrt{_{=}_{}_{GtRe} {}_{Zin}}$ .Iin

где:

Z_in - входной импеданс антенны.
I_in - ток на антенных клеммах.

Во всех определениях TX элементы матрицы расположены в первых двух измерениях аналогично выходному сигналу блока RF Blockset Outport. Если сигнал является кадрированным, размер столбца соответствует количеству битов кадра, а размер строки соответствует количеству несущих частот. Если сигнал не кадрирован, то размер столбца соответствует количеству несущих частот, а размер строки равен единице.

Эффект канала свободного пространства

Эффект канала свободного пространства между антеннами не улавливается антенным блоком. Его можно моделировать снаружи с помощью блоков Simulink. Для канала свободного пространства эффект задается передаточной функцией:

$pl \frac{=}{} {λ 4íR}^{\cdot e}$ − jγ R

где

λ - длина волны, смоделированная вне антенны.
R - расстояние между антеннами
Экспоненциальный член в конце уравнения представляет временную задержку, возникающую на расстоянии R.
pl - потеря пути свободного пространства.

Канал свободного пространства можно смоделировать с помощью панели инструментов связи (Communications Toolbox™ Free Space Path Loss). Эффект волны мощности описывается с помощью уравнения Фрииса. Блок потери тракта свободного пространства работает для одной несущей частоты и является узким диапазоном. для нескольких несущих с узкими полосами сигнал должен быть разделен и пропущен через несколько блоков потери пути свободного пространства. с несущими частотами, указанными в антенном блоке. Когда антенные блоки не являются изотропными излучателями, выходной сигнал представляет собой 3D решетку и должен быть разделен и видоизменен перед отправкой в свободное пространство.

Волна происшествия

Антенный блок может также принимать сигнал Simulink, представляющий нормализованную падающую волну мощности. Поскольку антенна также принимает две независимые компоненты поля, сигнал расширяется в третьем измерении:

$\begin{array}{l} RX (: : \cdot 1)_{} =RXθ =_{} TXθ\ \cdot \frac{_{}}{\sqrt{_{}}} \frac{pl=Eθη0}{\sqrt{·}} \\ λ4πRX (: : {2)}_{}_{=RXϕ} = TXϕ\ \frac{\cdot_{}}{\sqrt{_{}}} \frac{}{\sqrt{pl=Eϕη0}} \end{array}$ · λ4π

где

TX_θ и TX_φ - сигналы от передающей антенны.
pl функция передачи канала свободного пространства.
E_θ и E_φ - компоненты электрического поля, измеренные от передающей антенны.
η₀ - внутренний импеданс свободного пространства.
λ - длина волны.
RX является падающей волной мощности, нормализованной так, что является мощностью, принятой изотропной антенной.

Используя вышеприведенные уравнения, полная мощность, переносимая нормализованной волной падающей мощности, $‖^{} {_{}}^{} {_{}}^{}$ RX‖2=|RXθ|2+|RXϕ|2, является доступной мощностью, принятой идеальной изотропной приемной антенной. Доступная мощность, принимаемая истинной антенной:

$_{}^{}_{Pr=‖RX‖2Gr}$

где G_r - коэффициент усиления антенны приемника в направлении прихода.

Если приемная антенна является изотропным излучателем, можно разрешить неоднозначность поляризации, допустив, что антенна принимает одну составляющую поля, которая выровнена для полного приема. Таким образом, ожидается, что сигнал RX будет двумерным. Во всех определениях сигнала RX элементы матрицы расположены в первых двух измерениях аналогично входному сигналу блока RF Blockset Inport.

Ссылки

[1] Штуцман, Уоррен Л. и Гэри А. Тиле. Теория и дизайн антенн. 3-й ред. Хобокен, Нью-Джерси: Уайли, 2013

[2] Фарр, Эверетт Г. «Характеристика антенн во временной и частотной областях [образовательный уголок]». IEEE Antennas and Propagation Magazine 60, № 1 (февраль 2018): 106-10. https://doi.org/10.1109/MAP.2017.2774200.

См. также

Усилитель | S-параметры | Потеря пути свободного пространства (Панель инструментов связи)

Представлен в R2020b

Документация

Антенна

Описание

Порты

Вход

RX - Принятый сигнал скалярный | вектор | матрица | массив m-by-n-by-2

Продукция

TX - Передаваемый сигнал скаляр | вектор | матрица | m

Параметры

Главный

Source of antenna model - Модель антенны Isotropic radiator (по умолчанию) | Antenna Designer | Antenna object

Create Antenna - Откройте приложение Antenna Toolbox Antenna Designer кнопка

Зависимости

Antenna object - Ввод антенного элемента из рабочего пространства antenna объект

Зависимости

Antenna Gain - Коэффициент усиления антенны 0 dBi (по умолчанию) | вещественный скаляр или вектор | положительный скаляр или вектор

Зависимости

Impedance (Ohm) - Входной импеданс 50 (по умолчанию) | скаляр или вектор с комплексным значением

Зависимости

Input incident wave - Входная падающая волна для имитации приемной антенны 'off' (по умолчанию) | 'on'

Output radiated wave - Выходная излучаемая волна для передающей антенны 'on' (по умолчанию) | 'off'

Incident carrier frequencies - Несущие частоты для приема сигнала 2.1 GHz (по умолчанию) | неотрицательный скалярный или строковый вектор

Зависимости

Radiated carrier frequencies - Несущие частоты для передачи сигнала 2.1 GHz (по умолчанию) | неотрицательный скалярный или строковый вектор

Зависимости

Direction of departure - Азимут и углы места, к которым излучается волна мощности выходного сигнала [0 0] deg (по умолчанию) | вектор конечной вещественной строки

Зависимости

Direction of arrival - Азимут и углы места, с которых поступает волна мощности входного сигнала [180 0] deg (по умолчанию) | вектор конечной вещественной строки

Зависимости

Simulate noise - Имитация теплового шума 'on' (по умолчанию) | 'off'

Ground and hide negative terminals - Клеммы наземных ВЧ-цепей 'on' (по умолчанию) | 'off'

Моделирование

Modeling options - Модель частотно-зависимых параметров антенны Time-domain (rationalfit) (по умолчанию) | Frequency-domain

Зависимости

Relative error desired (dB) - Относительная погрешность, приемлемая для рационального подбора -40 (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Automatically estimate impulse response duration - Автоматический расчет импульсной характеристики 'on' | 'off'

Зависимости

Impulse response duration - Длительность импульсной характеристики 1e-10s (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Примеры модели

Моделирование радиочастотных систем с антенными блоками

Подробнее

Излучаемая волна

Эффект канала свободного пространства

Волна происшествия

Ссылки

См. также

Документация по блокам RF

Поддержка

`RX` - Принятый сигнал
скалярный | вектор | матрица | массив m-by-n-by-2

`TX` - Передаваемый сигнал
скаляр | вектор | матрица | m

`Source of antenna model` - Модель антенны
`Isotropic radiator` (по умолчанию) | `Antenna Designer` | `Antenna object`

`Create Antenna` - Откройте приложение Antenna Toolbox Antenna Designer
кнопка

`Antenna object` - Ввод антенного элемента из рабочего пространства
`antenna` объект

`Antenna Gain` - Коэффициент усиления антенны
`0` `dBi` (по умолчанию) | вещественный скаляр или вектор | положительный скаляр или вектор

`Impedance (Ohm)` - Входной импеданс
`50` (по умолчанию) | скаляр или вектор с комплексным значением

`Input incident wave` - Входная падающая волна для имитации приемной антенны
`'off'` (по умолчанию) | `'on'`

`Output radiated wave` - Выходная излучаемая волна для передающей антенны
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

`Incident carrier frequencies` - Несущие частоты для приема сигнала
`2.1` `GHz` (по умолчанию) | неотрицательный скалярный или строковый вектор

`Radiated carrier frequencies` - Несущие частоты для передачи сигнала
`2.1` `GHz` (по умолчанию) | неотрицательный скалярный или строковый вектор

`Direction of departure` - Азимут и углы места, к которым излучается волна мощности выходного сигнала
`[0 0]` `deg` (по умолчанию) | вектор конечной вещественной строки

`Direction of arrival` - Азимут и углы места, с которых поступает волна мощности входного сигнала
`[180 0]` `deg` (по умолчанию) | вектор конечной вещественной строки

`Simulate noise` - Имитация теплового шума
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

`Ground and hide negative terminals` - Клеммы наземных ВЧ-цепей
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

`Modeling options` - Модель частотно-зависимых параметров антенны
`Time-domain (rationalfit)` (по умолчанию) | `Frequency-domain`

`Relative error desired (dB)` - Относительная погрешность, приемлемая для рационального подбора
`-40` (по умолчанию) | скаляр

`Automatically estimate impulse response duration` - Автоматический расчет импульсной характеристики
`'on'` | `'off'`

`Impulse response duration` - Длительность импульсной характеристики
`1e-10s` (по умолчанию) | скаляр