Параметры полосы частот

Определите рабочую частоту, полосу анализа и вычислите 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;

Создайте два идентичных диполя

Используйте диполь- антенный элемент из библиотеки Antenna Toolbox™ и создайте 2 одинаковых тонких диполя длины $$\lambda /2$$.

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

Постройте вход коэффициента отражения изолированного диполя

Вычислите входной коэффициент отражения изолированного диполя и постройте 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')

Создайте двухэлементный массив

Создайте двухэлементную систему разнесения антенны и расположите 2 антенны друг от друга на 5 $$\lambda$$.

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

Передаточная функция степени

Вычислите и постройте график передаточной функции степени (S21 в дБ) для двух антенн. Для этого вычислите параметры рассеяния для системы и постройте график S21 во всей частотной области значений.

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

Пик отклика явно не на 800 МГц. В сложение обратите внимание на потерю силы сигнала из-за ослабления в свободном пространстве.

Варьируйте пространственную ориентацию диполя

Теперь передача степени между двумя антеннами может быть исследована как функция ориентации антенны. Коэффициент корреляции используется в системах MIMO, чтобы количественно определить производительность системы. Существуют два подхода для вычисления коэффициента корреляции; использование поведения дальнего поля и S-параметров. Полевой подход включает численное интегрирование. В вычислении, предложенном в этом примере, используется корреляция функции, доступная в Antenna Toolbox™ и основанная на подходе S-параметров [1]. Вращая одну антенну, расположенную на положительной оси X, мы изменяем ее направление 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 наблюдаем, что передаточная функция степени и функция корреляции между двумя антеннами идентичны, когда ориентация антенны изменяется для одного из диполей.

Изменение интервала между антеннами

Восстановите оба диполя так, чтобы они были параллельны друг другу. Выполните аналогичный анализ путем изменения интервала между элементами 2.

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');

Эти 2 кривые явно отличаются по своему поведению, когда расстояние между двумя антеннами увеличивается. Этот график показывает корреляционные овраги, которые существуют при определенных разделениях, таких как приблизительно 0,75 $$\lambda$$, 1.25 $$\lambda$$, 1.75 $$\lambda$$, и 2.25 $$\lambda$$.

Проверяйте частотную характеристику корреляции

Выберите разделение равным 1,25 $$\lambda$$, что является одной из корреляционных оврагов. Анализируйте изменения корреляции для 10% полосы пропускания с центром на 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 заданной полосе.

См. также

Эффект взаимной связи на коммуникацию MIMO

Ссылка

[1] S. Blanch, J. Romeu, and I. Corbella, «Точное представление эффективности разнесения антенной системы из описания входного параметра», Electron. Lett., vol. 39, pp. 705-707, May 2003. Онлайн в: http://upcommons.upc.edu/e-prints/bitstream/2117/10272/4/ExactRepresentationAntenna.pdf