Создайте инвертированную антенну F

Создайте геометрию по умолчанию для антенны PIFA. (Маленькая) красная точка на структуре антенны является местом точки питания, где прикладывается генератор входного напряжения. Это порт антенны. В Antenna Toolbox™ все антенны возбуждаются сигналом гармонического напряжения во времени с амплитудой 1 В в порту. Порт должен подключать два разных проводника; имеет бесконечно малую ширину.

ant = invertedF;
show(ant);

Импеданс

Чтобы построить график импеданса антенны, задайте полосу частот, на котором данные должны быть построены с помощью impedance функция. Импеданс антенны вычисляется как отношение напряжения фазора (который просто равен 1) и тока фазора в порту.

freq = linspace(1.5e9, 2.0e9, 51);
figure;
impedance(ant, freq);

График отображает действительную часть импеданса, то есть сопротивление, а также его мнимую часть, то есть реактивное сопротивление, по всей полосе частот. Резонансная частота антенны определяется как частота, при которой реактивное сопротивление антенны в точности равняется нулю. Глядя на импедансный график, мы наблюдаем, что инвертированная-F антенна резонирует на частоте 1,74 ГГц. Значение сопротивления на этой частоте составляет около 20 $$\Omega$$. Значения реактивного напряжения для антенны отрицательны (емкостны) перед резонансом и становятся положительными (индуктивными) после резонанса, что указывает на то, что это последовательный резонанс антенны (моделируемый последовательной схемой RLC). Если кривая импеданса переходит от положительного реактивного напряжения к отрицательному, это параллельный резонанс [1] (моделируемый параллельной схемой RLC).

Возврат потерь

Чтобы построить график обратной потери антенны, задайте полосу частот, на котором должны быть нанесены данные. Обратные потери - это мера эффективности подачи степени от линии электропередачи к антенне. В количественном отношении потеря возврата является отношением, в дБ, степени, направленной к антенне, и степени, отраженной назад. Это положительное количество для пассивных устройств. Отрицательные потери возврата возможны с активными устройствами [2].

figure;
returnLoss(ant, freq);

Коэффициент отражения

Представленные выше потери на возврат редко используются для анализа антенны. Вместо этого коэффициент отражения или $$S_{11}$$ в дБ используется, что также часто ошибочно называют «утратой возврата» [2]. Фактически, коэффициент отражения в дБ является отрицательным от возвратных потерь, как видно на следующем рисунке. Коэффициент отражения описывает относительную долю падающей степени RF, которая отражается назад из-за несоответствия импеданса. Это несоответствие является различием между входом импедансом антенны и характерным импедансом линии электропередачи (или импедансом генератора, когда линии электропередачи нет). Характерным импедансом является ссылка импеданс. The sparameters функция, используемая ниже, принимает эталонное сопротивление как свой третий аргумент. То же самое относится и к returnLoss функция. По умолчанию мы принимаем ссылку сопротивление 50 $$\Omega$$.

S = sparameters(ant, freq);
figure; 
rfplot(S);

Коэффициент стоячей волны напряжения (VSWR)

VSWR антенны можно построить с помощью функции vswr используется ниже. Значение VSWR 1,5: 1 означает, что максимальная амплитуда стоячей волны в 1,5 раза больше, чем минимальная амплитуда стоячей волны. Стоячие волны генерируются из-за несоответствия входного сопротивления в порту. VSWR выражается через коэффициент отражения как$$(1+|S_{11}|)/(1-|S_{11}|)$$.

figure; 
vswr(ant, freq);

Шумовая полоса антенны

Шумовая полоса является основным параметром антенны. Шумовая полоса антенны является диапазоном частот, на котором антенна может правильно излучать или принимать степень. Часто желаемая полоса пропускания является одним из критических параметров, используемых для принятия решения о типе антенны. Шумовая полоса антенны обычно является полосой частот, над которой величина коэффициента отражения ниже -10 дБ, или величина обратных потерь больше 10 дБ, или VSWR меньше, чем приблизительно 2. Все эти критерии эквивалентны. Из предыдущих рисунков мы наблюдаем, что PIFA не имеет рабочей полосы пропускания в интересующей полосе частот. Шумовая полоса управляется соответствующим проектом антенны. Иногда может быть изменено и эталонное сопротивление. На импедансном графике мы наблюдаем, что сопротивление настоящей антенны близко к 20 $$\Omega$$ в резонансе. Выберите ссылку импеданс 20 $$\Omega$$ вместо 50 $$\Omega$$ и постройте график коэффициента отражения.

S = sparameters(ant, freq, 20);
figure; 
rfplot(S);

Теперь мы наблюдаем коэффициент отражения менее -10 дБ в полосе от 1,71 до 1,77 ГГц. Это пропускная способность антенны. Тот же вывод сделан при использовании вычислений VSWR или возвратных потерь.

Ссылки

[1] C. A. Balanis, Antenna Theory. Analysis and Design, p. 514, Wiley, New York, 3rd Edition, 2005.

[2] T. S. Bird, «Definition and Raduse of Return Loss», Antennas and Propagation Magazine, April 2009.