Antenna

Модель антенны с учетом падающей волны степени (RX) и излучаемой волны степени (TX)

Библиотека:
RF Blockset/Огибающая цепи/Элементы

Описание

Моделируйте антенну с помощью блока Antenna:

Преобразуйте Simulink^® вход вектора падающей волны степени в RF Blockset™ напряжение в портах антенны.
Преобразуйте ток в порту антенны RF Blockset в выход Simulink вектора излучаемой волны степени.
Введите импеданс антенны в РЧ систему.

По умолчанию антенный блок является изотропным излучателем, выдающим выходной сигнал Simulink. Для изотропного излучателя задайте коэффициент усиления и импеданса антенны в параметрах блоков. Параметр Radiated carrier frequencies является набором несущих частот, по которым Antenna блок создает излучаемую степень. Для получения дополнительной информации см. «Излученная волна» и «Падающая волна».

Порты

Вход

расширить все

`RX` - Принятый сигнал
скаляр | вектор | матрица | m

массивом

<reservedrangesplaceholder0>-by-2

Принимающий сигнал, заданный как скаляр, вектор матрица или массив размера m -by- n -by-2.

Типы данных: double

Выход

расширить все

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

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

Типы данных: double

Параметры

расширить все

Главный

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

Модель антенны, заданная как одно из следующего:

Isotropic radiator
Antenna Designer
Antenna object

Примечание

Как использовать Antenna Designer и Antenna object опции вам понадобится Antenna Toolbox™.

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

Откройте приложение Antenna Designer из Antenna Toolbox, чтобы создать антенну.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Source of antenna model равным Antenna Designer.

`Antenna object` - Вход антенного элемента из рабочей области
`antenna` объект

Антенный элемент вход из рабочей области, заданный как один порт антенного элемента созданный с помощью Antenna Toolbox. Проанализируйте объект антенны в рабочей области как минимум на одну частоту перед использованием его в блоке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Source of antenna model равным Antenna object.

`Antenna Gain` - Коэффициент усиления антенны
`0` `dBi` (по умолчанию) | действительный скаляр или вектор | положительная скалярная величина или вектор

Коэффициент усиления антенны, заданный как действительный скаляр или вектор, если вы задаете модули dBi или положительная скалярная величина или вектор, если вы задаете модули None. Если усиление антенны является вектором, длина вектора должна быть равна длине вектора Incident carrier frequencies и Radiated carrier frequencies.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Source of antenna model равным Isotropic radiator и проверяйте Input incident wave или Output radiated wave или оба

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

Входной импеданс, заданный как комплексный скаляр или вектор в омах. Если импеданс является вектором, длина вектора должна быть равна длине Incident carrier frequencies и Radiated carrier frequencies.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Source of antenna model равным Isotropic radiator.

Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да

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

Выберите этот параметр, если вы хотите симулировать приемную антенну.

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

Выберите этот параметр, если вы хотите симулировать передающую антенну.

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

Несущие частоты для принимающего сигнала, заданные в виде неотрицательного скаляра в герцах или векторе-строке с каждым элементом, модулем в герцах. Если значение Antenna gain или Impedance является вектором, то значения Incident carrier frequencies и Radiated carrier frequencies 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 скаляр или вектор-строка

Несущие частоты для передающего сигнала, заданные в виде неотрицательного скаляра в герцах или векторе-строке с каждым элементом, модулем в герцах. Если значение Antenna gain или Impedance является вектором, то значения Incident carrier frequencies и Radiated carrier frequencies должны быть идентичными.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Output radiated wave.

`Direction of departure` - Азимут и углы возвышения, в направлении которых излучается выходной сигнал степени
`[0 0]` `deg` (по умолчанию) | конечный вектор вещественной строки

Азимут и углы возвышения, к которым излучается выходы сигнал степени волна, заданные как конечный действительный вектор-строка длины два с каждым элементом, модулем в степенях или радианах.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Source of antenna model равным Antenna Designer или Antenna object и выберите Output radiated wave.

`Direction of arrival` - Азимут и углы возвышения, от которых поступает волна степени входного сигнала
`[180 0]` `deg` (по умолчанию) | конечный вектор вещественной строки

Азимут и углы возвышения, к которым приходит входной сигнал степени волна, заданные как конечный действительный вектор-строка длины два с каждым элементом, модулем в степенях или радианах.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Source of antenna model равным Antenna Designer или Antenna object и выберите Input incident wave.

`Simulate noise` - Моделируйте тепловой шум
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

Выберите этот параметр, чтобы симулировать тепловой шум в антенне из-за действительной части импеданса в терминалах антенны. Необходимо также выбрать Simulate noise в блоке Configuration.

`Ground and hide negative terminals` - Клеммы наземной радиочастотной цепи
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

Выберите эту опцию, чтобы заземлить и скрыть отрицательные клеммы. Очистите этот параметр, чтобы открыть отрицательные клеммы. Выставляя эти терминалы, можно соединить их с другими частями вашей модели.

По умолчанию эта опция выбрана.

Моделирование

`Modeling options` - Моделируйте частотно-зависимые параметры антенны
`Time-domain (rationalfit)` (по умолчанию) | `Frequency-domain`

Моделируйте частотно-зависимые параметры антенны, заданные как:

Time-domain (rationalfit) - Этот метод создает аналитическую рациональную модель, которая аппроксимирует всюсь область значений данных.
Frequency-domain - Этот метод вычисляет импульсную характеристику основной полосы для каждой несущей частоты независимо. Этот метод основан на свертке. Существует опция, чтобы задать длительность импульсной характеристики. Для получения дополнительной информации смотрите Сравнение опций симуляции во временных и частотных диапазонах для S-параметров.

Частотно-зависимые параметры:

Импеданс антенны - вход импеданс на терминалах антенны. Это используется в системной симуляции RF.
Нормированная эффективная длина вектора - используется свойство, которое связывает ток, протекающий на терминалах антенны, и излучаемое дальнее поле в заданном направлении. Из-за взаимности эффективная длина также связывается между падающим полем и индуцированным напряжением разомкнутой цепи на клеммах антенны.

Зависимости

Установка исходных Source of antenna model Antenna Designer или Antenna object для активации вкладки Modeling, которая содержит параметры Modeling options.

`Relative error desired (dB)` - Относительная погрешность, приемлемая для рациональной подгонки
`-40` (по умолчанию) | скаляром

Относительная погрешность, приемлемая для рациональной подгонки, задается как скаляр. Применяется к моделированию во временной области как импеданса антенны, так и нормализованная эффективная длина вектора. Соответствующие рациональные результаты подгонки для каждого свойства отображаются на маске блока.

Зависимости

Чтобы задать Modeling options значение Time domain (rationalfit) в.

`Automatically estimate impulse response duration` - Автоматически вычислите импульсную характеристику
`'on'` | `'off'`

Выберите этот параметр, чтобы автоматически вычислить длительность импульсной характеристики. Очистите этот параметр, чтобы вручную задать длительность импульсной характеристики с помощью Impulse response duration. Применяется к частотному диапазону моделированию как импеданса антенны, так и нормированной эффективной длины вектора.

Зависимости

Чтобы задать этот параметр, выберите Frequency domain в Modeling options.

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

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

Зависимости

Чтобы задать этот параметр, сначала выберите Frequency domain в Modeling options. Затем очистите Automatically estimate impulse response duration.

Примеры моделей

Simulation of RF Systems with Antenna Blocks

Симуляция систем РФ с антенными блоками

Используйте антенный блок, чтобы включить эффект антенны в радиочастотную симуляцию. В этой модели один тон подается на передатчик и вычисляется степень принимаемого сигнала на выходе приемника.

Подробнее о

расширить все

Излученная волна

Антенный блок формирует сигнал Simulink, представляющий нормированную степень волну, подобную степени волнам в схемах. Поскольку антенна излучает два независимых компонента поля в дальнем поле, сигнал расширяется в третью размерность:

$\begin{array}{l} T X (:, :, 1) = T X_{θ} = \frac{E_{θ}}{\sqrt{η_{0}}} \cdot \sqrt{4 π} \cdot R \cdot e^{j γ R} \\ T X (:, :, 2) = T X_{φ} = \frac{E_{ϕ}}{\sqrt{η_{0}}} \cdot \sqrt{4 π} \cdot R \cdot e^{j γ R} \end{array}$

где

_Eθ и _Eφ являются компонентами электрического поля, излучаемыми от антенны и измеренными в местоположении дальнего поля в направлении отправления.
_η0 является внутренним импедансом свободного пространства
R - расстояние до места измерения дальнего поля.
$γ = \frac{j ω}{c}$ her- угловая частота и c - скорость света в свободном пространстве.

Приведенное выше определение делает сигнал передачи (TX) независимым от расстояния R. Общая степень, переносимая этой нормированной излучаемой силовой волной, является эквивалентной изотропно излучаемой силовой волной (EIRP) передатчика в направлении отправления:

${‖ T X ‖}^{2} = {| T X_{θ} |}^{2} + {| T X_{ϕ} |}^{2} = E I R P = P_{t} G_{t}$

где всего

_Pt - вход степени на антенных терминалах
_Gt - коэффициент усиления антенны передатчика в направлении отправления.

EIRP является широко используемой концепцией в системах связи. Это значение представляет величину степени, излучаемую изотропной антенной, так что та же самая плотность степени получается в направлении отхода.

В случае изотропного излучателя вы устраняете неоднозначность в поляризации, принимая, что антенна излучает один компонент поля. Вы также принимаете, что этот компонент поля всегда выровнен для полного приема приемной антенной. Таким образом, сигнал TX и ожидаемый RX в приемной антенне являются двумерными. Следуя вышеописанным определениям, передающий сигнал для изотропного излучателя:

$T X (:, :) = \sqrt{G_{t} R_{e} {Z_{i n}}} . I_{i n}$

где:

_Zin - вход импеданс антенны.
_Iin - ток на антенных терминалах.

Во всех определениях TX элементы массива расположены в первых двух размерностях способом, подобным выходному сигналу блока RF Blockset Outport. Если сигнал задан, размер столбца соответствует количеству бит системы координат, а размер строки соответствует количеству несущих частот. Если сигнал не задан, размер столбца соответствует количеству несущих частот, и размер строки равен единице.

Эффект канала свободного пространства

Эффект канала свободного пространства между антеннами не захватывается блоком антенны. Можно смоделировать его внешне, используя блоки Simulink. Для канала свободного пространства эффект задается передаточной функцией:

$p l = \frac{λ}{4 π R} \cdot e^{- j γ R}$

где

.r- длина волны, смоделированная вне антенны.
R - расстояние между антеннами
Экспоненциальный член в конце уравнения представляет временную задержку, происходящую на расстоянии R.
pl являются потери при распространении в свободном пространстве.

Можно смоделировать канал свободного пространства с помощью Free Space Path Loss Communications Toolbox™ Toolbox. Эффект степени описан с помощью уравнения Фрииса. Блок Free Space Path Loss действует для одной несущей частоты и является узкой полосой. для нескольких несущих с узкими полосами, сигнал должен быть разделен и передан через несколько блоков Free Space Path Loss. с несущими частотами, заданными в блоке Antenna. Когда блоки Antenna не являются изотропными излучателями, выходной сигнал является 3D массивом и должен быть разделен и изменен перед отправкой в Free Space Path Loss

Падающая волна

Антенный блок может также принять сигнал Simulink, представляющий нормализованную падающую волну степени. Поскольку антенна также получает два независимых компонента поля, сигнал расширяется в третьей размерности:

$\begin{array}{l} R X (:, :, 1) = R X_{θ} = T X_{θ} \cdot p l = \frac{E_{θ}}{\sqrt{η_{0}}} \cdot \frac{λ}{\sqrt{4 π}} \\ R X (:, :, 2) = R X_{ϕ} = T X_{ϕ} \cdot p l = \frac{E_{ϕ}}{\sqrt{η_{0}}} \cdot \frac{λ}{\sqrt{4 π}} \end{array}$

где

_TXθ и _TXφ являются сигналами от передающей антенны.
pl передаточная функция канала свободного пространства.
_Eθ и _Eφ являются компонентами электрического поля, измеренными с передающей антенны.
_η0 является внутренним импедансом свободного пространства.
λ - длина волны.
RX - падающая степень волна, нормированная таким образом, что является степенью, принимаемой изотропной антенной.

Используя вышеприведенные уравнения, общую степень, переносимую нормализованной падающей степенью, ${‖ R X ‖}^{2} = {| R X_{θ} |}^{2} + {| R X_{ϕ} |}^{2}$ - доступная степень, принятая идеальной изотропной приемной антенной. Доступная степень, получаемая настоящей антенной, является:

$P_{r} = {‖ R X ‖}^{2} G_{r}$

где _Gr - коэффициент усиления антенны приемника в направлении прибытия.

В случае, если приемная антенна является изотропным излучателем, можно разрешить неоднозначность в поляризации, принимая, что антенна принимает один компонент поля, который он выровнен для полного приема. Таким образом, ожидается, что RX сигнал будет двумерным. Во всех определениях сигнала RX элементы массива расположены в первых двух размерностях способом, подобным способу входного сигнала блока RF Blockset Inport.

Ссылки

[1] Штуцман, Уоррен Л. и Гэри А. Тиле. Теория и проект антенны. 3-й эд. Хобокен, Нью-Джерси: Уайли, 2013

[2] Farr, Everett G. «Характеристика антенн во временных и частотных диапазонах [Угол образования]». IEEE Antennas and Propagation Magazine 60, № 1 (февраль 2018): 106-10. https://doi.org/10.1109/MAP.2017.2774200.

Документация

Antenna

Описание

Порты

Вход

RX - Принятый сигнал скаляр | вектор | матрица | m

<reservedrangesplaceholder0>-by-2

Выход

TX - Переданный 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 - Вход антенного элемента из рабочей области antenna объект

Зависимости

Antenna Gain - Коэффициент усиления антенны 0 dBi (по умолчанию) | действительный скаляр или вектор | положительная скалярная величина или вектор

Зависимости

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

Зависимости

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

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

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

Зависимости

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

Зависимости

Direction of departure - Азимут и углы возвышения, в направлении которых излучается выходной сигнал степени [0 0] deg (по умолчанию) | конечный вектор вещественной строки

Зависимости

Direction of arrival - Азимут и углы возвышения, от которых поступает волна степени входного сигнала [180 0] deg (по умолчанию) | конечный вектор вещественной строки

Зависимости

Simulate noise - Моделируйте тепловой шум 'on' (по умолчанию) | 'off'

Ground and hide negative terminals - Клеммы наземной радиочастотной цепи 'on' (по умолчанию) | 'off'

Моделирование

Modeling options - Моделируйте частотно-зависимые параметры антенны Time-domain (rationalfit) (по умолчанию) | Frequency-domain

Зависимости

Relative error desired (dB) - Относительная погрешность, приемлемая для рациональной подгонки -40 (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Automatically estimate impulse response duration - Автоматически вычислите импульсную характеристику 'on' | 'off'

Зависимости

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

Зависимости

Примеры моделей

Симуляция систем РФ с антенными блоками

Подробнее о

Излученная волна

Эффект канала свободного пространства

Падающая волна

Ссылки

См. также

Документация RF Blockset

Поддержка

`RX` - Принятый сигнал
скаляр | вектор | матрица | m

`TX` - Переданный 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` - Вход антенного элемента из рабочей области
`antenna` объект

`Antenna Gain` - Коэффициент усиления антенны
`0` `dBi` (по умолчанию) | действительный скаляр или вектор | положительная скалярная величина или вектор

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

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

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

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

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

`Direction of departure` - Азимут и углы возвышения, в направлении которых излучается выходной сигнал степени
`[0 0]` `deg` (по умолчанию) | конечный вектор вещественной строки

`Direction of arrival` - Азимут и углы возвышения, от которых поступает волна степени входного сигнала
`[180 0]` `deg` (по умолчанию) | конечный вектор вещественной строки

`Simulate noise` - Моделируйте тепловой шум
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

`Ground and hide negative terminals` - Клеммы наземной радиочастотной цепи
`'on'` (по умолчанию) | `'off'`

`Modeling options` - Моделируйте частотно-зависимые параметры антенны
`Time-domain (rationalfit)` (по умолчанию) | `Frequency-domain`

`Relative error desired (dB)` - Относительная погрешность, приемлемая для рациональной подгонки
`-40` (по умолчанию) | скаляром

`Automatically estimate impulse response duration` - Автоматически вычислите импульсную характеристику
`'on'` | `'off'`

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