Моделирование и анализ антенны

В этом примере показано, как создать, визуализировать и проанализировать антенные элементы в Antenna Toolbox.

Определите антенный элемент, используя библиотеку антенны

Задайте спиральную антенну, используя helix антенный элемент в библиотеке Antenna Modeling and Analysis.

hx = helix

hx = 
  helix with properties:

               Radius: 0.0220
                Width: 1.0000e-03
                Turns: 3
              Spacing: 0.0350
     WindingDirection: 'CCW'
       FeedStubHeight: 1.0000e-03
    GroundPlaneRadius: 0.0750
            Conductor: [1x1 metal]
                 Tilt: 0
             TiltAxis: [1 0 0]
                 Load: [1x1 lumpedElement]

Показать структуру антенны

Используйте show функция для просмотра структуры спиральной антенны. Спиральная антенна состоит из спирального проводника на плоскости земли. Плоскость заземления антенны находится в плоскости X-Y.

show(hx)

Figure contains an axes. The axes with title helix antenna element contains 4 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Изменение свойств антенны

Измените следующие свойства спиральной антенны: Radius = 28e-3, Width = 1.2e-3, Number of Turns = 4 Отобразите свойства антенны. Просмотрите антенну, чтобы увидеть изменение структуры.

hx = helix('Radius',28e-3,'Width',1.2e-3,'Turns',4)

hx = 
  helix with properties:

               Radius: 0.0280
                Width: 0.0012
                Turns: 4
              Spacing: 0.0350
     WindingDirection: 'CCW'
       FeedStubHeight: 1.0000e-03
    GroundPlaneRadius: 0.0750
            Conductor: [1x1 metal]
                 Tilt: 0
             TiltAxis: [1 0 0]
                 Load: [1x1 lumpedElement]

show(hx)

Figure contains an axes. The axes with title helix antenna element contains 4 objects of type patch, surface. These objects represent PEC, feed.

Диаграмма направленности антенны графика

Использование pattern функционируйте, чтобы подготовить диаграмму спиральной направленности антенны. Диаграмма направленности излучения антенны является пространственным распределением степени антенны. Шаблон отображает направленность или усиление антенны. По умолчанию шаблон графиков функций направленность антенны.

pattern(hx,1.8e9)

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains 4 objects of type patch, surface.

График азимута и шаблона повышения антенны

Использование patternAzimuth и patternElevation функции для построения графика азимута и шаблона повышения спиральной антенны. Это - 2D диаграмма направленности антенны на заданной частоте.

patternAzimuth(hx,1.8e9)

Figure contains an object of type uicontainer.

figure
patternElevation(hx,1.8e9)

Figure contains an object of type uicontainer.

Вычисление направленности антенны

Используйте пару "имя-значение" Направленности в выходе функции шаблона, чтобы вычислить направленность спиральной антенны. Направленность - это способность антенны излучать степень в конкретном направлении. Это может быть определено как отношение максимальной интенсивности излучения в нужном направлении к средней интенсивности излучения во всех других направлениях.

Directivity = pattern(hx,1.8e9,0,90)

Directivity = 10.0430

Вычисление EHполей антенны

Используйте EHfields функция для вычисления полей EH спиральной антенны. Поля EH являются компонентами x, y, z электрического и магнитного полей антенны. Эти компоненты измеряются на определенной частоте и в заданных точках пространства.

[E,H] = EHfields(hx,1.8e9,[0;0;1]);

Построение графиков различных поляризаций антенны

Используйте пару "имя-значение" Поляризации в функции шаблона, чтобы построить график различных поляризационных шаблонов спиральной антенны. Поляризация - это ориентация электрического поля, или E-поля антенны. Поляризация классифицируется как эллиптическая, линейная или круговая. Этот пример показывает правую круговую поляризацию (RHCP) диаграммы направленности излучения спирали.

pattern(hx,1.8e9,'Polarization','RHCP')

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes contains 4 objects of type patch, surface.

Вычисление коэффициента эллиптичности антенны

Используйте axialRatio функция для вычисления коэффициента эллиптичности спиральной антенны. Коэффициент эллиптичности антенны (AR) в заданном направлении количественно определяет отношение двух компонентов ортогонального поля, излучаемых в кругово поляризованной волне. Коэффициент эллиптичности бесконечности, подразумевает линейно поляризованную волну. Модуль измерения - дБ.

ar = axialRatio(hx,1.8e9,20,30)

ar = 23.6238

Вычисление ширины луча антенны

Используйте beamwidth функция для вычисления ширины луча антенны. Лучевая ширина антенны является угловой мерой покрытия шаблона антенны. Измеряют угол луча в плоскости, содержащей направление основного лепестка антенны.

[bw, angles] = beamwidth(hx,1.8e9,0,1:1:360)

bw = 57.0000

angles = 1×2

    60   117

Вычисление импеданса антенны

Используйте impedance функция для вычисления и построения графика входного импеданса спиральной антенны. Входной импеданс является отношением напряжения и тока в порту. Импеданс антенны вычисляется как отношение напряжения фазора (которое 1V под углом фазы 0 °, как упомянуто выше) и тока фазора в порту.

impedance(hx,1.7e9:1e6:2.2e9)

Figure contains an axes. The axes with title Impedance contains 2 objects of type line. These objects represent Resistance, Reactance.

Вычисление коэффициента отражения антенны

Используйте sparameters функция для вычисления S11 спиральной антенны. Коэффициент отражения антенны, или S_1_1, описывает относительную долю падающей степени RF, которая отражается назад из-за несоответствия импеданса.

S = sparameters(hx,1.7e9:1e6:2.2e9,72)

S = 
  sparameters: S-parameters object

       NumPorts: 1
    Frequencies: [501x1 double]
     Parameters: [1x1x501 double]
      Impedance: 72

  rfparam(obj,i,j) returns S-parameter Sij

rfplot(S)

$Figure contains an axes. The axes contains an object of type line. This object represents dB(S_{11}).$

Вычисление возвратных потерь антенны

Используйте returnLoss функция для вычисления и построения графика обратных потерь спиральной антенны. Обратные потери антенны являются мерой эффективности подачи степени от линии электропередачи к такой нагрузке, как антенна. Расчеты отображаются в логарифмическом масштабе.

returnLoss(hx,1.7e9:1e6:2.2e9,72)

Figure contains an axes. The axes with title Return Loss contains an object of type line.

Вычисление коэффициента стоячей волны напряжения (VSWR) антенны

Используйте vswr функция для вычисления и построения графика VSWR спиральной антенны. Антенна VSWR является другой мерой импеданса, совпадающей между линией электропередачи и антенной.

vswr(hx,1.7e9:1e6:2.2e9,72)

Figure contains an axes. The axes with title VSWR contains an object of type line.

Вычисление тока и распределения заряда антенны

Используйте charge функция для вычисления распределения зарядов спиральной антенны. Распределение заряда - это значение заряда на поверхности антенны на заданной частоте. Используйте current функция для вычисления распределения тока спиральной антенны. Распределение тока является значением тока на поверхности антенны на заданной частоте.

charge(hx,2.01e9)

Figure contains an axes. The axes with title Charge distribution contains 4 objects of type patch.

figure
current(hx,2.01e9)

Figure contains an axes. The axes with title Current distribution contains 4 objects of type patch.

Показать Mesh антенны

Используйте mesh функция для создания и отображения сетки структуры спиральной антенны. mesh используется для дискретизации поверхности антенны. В этом процессе электромагнитный решатель может обрабатывать геометрию и материал антенны. Форма базиса или дискретизирующего элемента для деления поверхности антенны является треугольником.

figure
mesh(hx)

Figure contains an axes and other objects of type uicontrol. The axes with title Metal mesh contains 2 objects of type patch, surface.

Сетка антенны вручную

Задайте максимальную длину ребра для треугольников, используя пару "имя-значение" 'MaxEdgeLength'. Пара "имя-значение" генерируется сетка на спиральной антенне.

figure
mesh(hx,'MaxEdgeLength',0.01)