Анализ портов

Порт антенны является физическим местоположением, где соединен источник RF. С точки зрения теории сети, антенна имеет один порт. В Antenna Toolbox™ красная точка на рисунке антенны представляет точку питания. Показан полуволновой диполь с ее точкой подачи:

Все антенны возбуждаются напряжением 1V в порту. Различные параметры терминального порта следующие:

Входной импеданс

Входной импеданс является отношением напряжения к току в порту. Импеданс антенны вычисляется как отношение напряжения фазора, которое 1V под углом фазы 0 deg, к току фазора в порту. Уравнение импеданса:

$Z = V / I = R + j X$

где:

V - напряжение возбуждения антенны
I является током
R - сопротивление антенны в омах
X - реактивное сопротивление антенны в омах

Входной импеданс антенны является частотно-зависимой величиной. Этот график показывает входу импеданс дипольной антенны на частоте полосе 20-120 МГц. Сопротивление и следы реактивного сопротивления варьируются с частотой. Изменение может быть качественно описано с точки зрения резонансов.

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

Использовать impedance вычислить вход импеданс любых антенн в Antenna Toolbox.

Резонанс

Резонансная частота антенны является частотой, при которой реактивное сопротивление антенны равно нулю.

График показывает две резонансные точки дипольной антенны.

На графике значения реактивного напряжения отрицательны, или емкостны, перед резонансом. Эти значения положительны или индуктивны после резонанса. Этот тип резонанса называется последовательным резонансом. Можно смоделировать этот тип резонанса с помощью последовательной схемы RLC. Если кривая импеданса переходит от положительного реактивного напряжения к отрицательному реактивному сопротивлению, это называется параллельным резонансом. Можно смоделировать этот тип резонанса с помощью параллельной схемы RLC.

Коэффициент отражения

Коэффициент отражения или S_1_1, антенны описывает относительную долю падающей степени RF, которая отражается назад из-за несоответствия импеданса. Несоответствие импеданса - это различие между входом импедансом антенны и характерным импедансом линии электропередачи (или импедансом генератора, когда линии электропередачи нет). Характерным импедансом является ссылка импеданс.

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

Коэффициент отражения также задает рабочую полосу пропускания антенны. Шумовая полоса антенны обычно является диапазоном частот, над которым величина коэффициента отражения ниже -10 дБ.

Использовать sparameters вычислить значение _S11 для любой антенны в Antenna Toolbox.

Возврат потерь

Обратная потеря антенны является мерой эффективности подачи степени от линии электропередачи или коаксиального кабеля к нагрузке, такой как антенна. Потеря возврата может также быть определена как различие в дБ между степенью, направленным к антенне, и степени, отраженной от нее. Чем выше коэффициент степени, тем лучше соответствие между нагрузкой и линией. Уравнение возвратных потерь:

$R L = - 20 \log_{10} | S_{11} |$

где:

RL это возврат потеря
_S11 - коэффициент отражения или степень, отраженная от антенны.

Для пассивных устройств потеря возврата является положительным нетрадиционным термином, представляющим уменьшение амплитуды отраженной волны по сравнению с падающей волной. В активных устройствах возможны отрицательные потери на возврат.

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

Графики возвратных потерь также задают рабочую полосу пропускания антенны. Шумовая полоса антенны - это диапазон частот, над которым величина потерь возврата больше 10 дБ. Используйте returnLoss функция для вычисления обратной потери любой антенны в библиотеке Antenna Toolbox.

Коэффициент стоячей волны напряжения

Коэффициент стоячей волны напряжения (VSWR) антенны является другой мерой импеданса, совпадающей между линией электропередачи и антенной. Стоячая волна генерируется из-за несоответствия импеданса в порту. Уравнение VSWR:

$V S W R = \frac{1 + | S_{11} |}{1 - | S_{11} |}$

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. Шумовая полоса антенны обычно является полосой частот, над которой VSWR меньше, чем приблизительно 2.

Использовать vswr вычислить коэффициент стоячей волны напряжения для любой антенны в Antenna Toolbox.

Пропускная способность

Полоса пропускания описывает область значений частот, на которых антенна может правильно излучать или получать энергию. Это основной параметр антенны. Часто желаемая полоса пропускания является одним из параметров, используемых для определения, какую антенну использовать. 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. Вы можете управлять пропускной способностью, используя правильный проект антенны.

Ссылки

[1] Balanis, C.A. Antenna Theory: Analysis and Design.3rd Ed. New York: Wiley, 2005.

[2] Штуцман, Уоррен Л. и Тиле, Гари А. Антенна Теория и Проект. 3rd Ed. New York: Wiley, 2013.

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

Документация