Моделирование антенны и анализ

В этом примере показано, как создать, визуализируйте и анализируйте антенные элементы в Antenna Toolbox.

Задайте антенный элемент, пользующийся библиотекой антенны

Задайте спиральную антенну с помощью helix антенный элемент в библиотеке Antenna Modeling и 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]

Покажите структуру антенны

Используйте show функционируйте, чтобы просмотреть структуру спиральной антенны. Спиральная антенна состоит из проводника спиральной формы на наземной плоскости. Наземная плоскость антенны находится в плоскости X-Y.

show(hx)

Figure contains an axes object. The axes object 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: Радиус = 28e-3, Ширина = 1.2e-3, Количество Поворотов = 4 Отображения свойства антенны. Просмотрите антенну, чтобы видеть изменение в структуре.

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

Постройте диаграмму направленности антенны

Используйте pattern функционируйте, чтобы построить диаграмму направленности спиральной антенны. Диаграмма направленности антенны является пространственным распределением степени антенны. Шаблон отображает направленность или усиление антенны. По умолчанию, графики функций шаблона направленность антенны.

pattern(hx,1.8e9)

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

Постройте шаблон азимута и вертикального изменения антенны

Используйте patternAzimuth и patternElevation функции, чтобы построить азимут и шаблон вертикального изменения 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.

Вычислите направленность антенны

Используйте пару "имя-значение" Направленности в выходе функции шаблона, чтобы вычислить направленность спиральной антенны. Направленность является способностью антенны излучить степень в конкретном направлении. Это может быть задано как отношение максимальной интенсивности излучения в желаемом направлении к средней интенсивности излучения во всех других направлениях. Обратите внимание на то, что Усиление антенны и Направленность измеряются на расстоянии 100*lambda.

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

Directivity = 10.0444

Вычислите EHfields антенны

Используйте EHfields функция, чтобы вычислить поля EH спиральной антенны. Поля EH являются x, y, z компоненты электрических и магнитных полей антенны. Эти компоненты измеряются на определенной частоте и на заданных точках в пространстве.

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

Постройте различную поляризацию антенны

Используйте пару "имя-значение" Поляризации в функции шаблона, чтобы построить различные шаблоны поляризации спиральной антенны. Поляризация является ориентацией электрического поля или электронным полем, антенны. Поляризация классифицируется как эллиптическая, линейная, или круговая. Этот пример показывает диаграмму направленности Правой руки, циркулярной поляризованной (RHCP) спирали.

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

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

Вычислите коэффициент эллиптичности антенны

Используйте axialRatio функция, чтобы вычислить коэффициент эллиптичности спиральной антенны. Коэффициент эллиптичности (AR) антенны в данном направлении определяет количество отношения двух ортогональных полевых компонентов, излученных в циркулярной поляризованной волне. Коэффициент эллиптичности бесконечности, подразумевает линейно поляризованную волну. Единица измерения является дБ.

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

ar = 24.4335

Вычислите ширину луча антенны

Используйте beamwidth функция, чтобы вычислить ширину луча антенны. Ширина луча антенны является угловой мерой покрытия шаблона антенны. Угол ширины луча измеряется 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

Вычислите импеданс антенны

Используйте impedance функция, чтобы вычислить и построить входной импеданс спиральной антенны. Входной импеданс является отношением напряжения и текущий в порте. Импеданс антенны вычисляется как отношение напряжения фазовращателя (который составляет 1 В под углом фазы 0 градусов, как отмечалось ранее), и фазовращатель, текущий в порте.

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

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

Вычислите отражательный коэффициент антенны

Используйте sparameters функция, чтобы вычислить S11 спиральной антенны. Коэффициент отражения антенны или S_1_1, описывает относительную часть инцидентной ВЧ-мощности, 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)

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

Вычислите возвращают потерю антенны

Используйте returnLoss функция, чтобы вычислить и построить потерю возврата спиральной антенны. Антенна возвращается, потеря является мерой эффективности подачи электроэнергии от линии электропередачи до загрузки, такой как антенна. Вычисления отображены в logscale.

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

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

Вычислите Напряжение постоянное отношение волны (VSWR) антенны

Используйте vswr функция, чтобы вычислить и построить VSWR спиральной антенны. Антенна VSWR является другой мерой импеданса, соответствующего между линией электропередачи и антенной.

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

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

Вычислите распределение тока и распределение заряда антенны

Используйте charge функция, чтобы вычислить распределение заряда спиральной антенны. Распределение заряда является значением заряда на поверхности антенны на заданной частоте. Используйте current функция, чтобы вычислить распределение тока спиральной антенны. Распределение тока является значением тока на поверхности антенны на заданной частоте.

charge(hx,2.01e9)

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

figure
current(hx,2.01e9)

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

Покажите сетку антенны

Используйте mesh функция, чтобы создать и показать структуру mesh спиральной антенны. mesh используется, чтобы дискретизировать поверхность антенны. В этом процессе электромагнитный решатель может обработать геометрию и материал антенны. Форма базиса или элемента дискретизации для подразделения поверхности антенны является треугольником.

figure
mesh(hx)

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

Задать сетку антенны вручную

Задайте максимальную длину ребра для треугольников с помощью пары "имя-значение" 'MaxEdgeLength'. На основе пары "имя-значение" генерируется сетка на спиральной антенне .

figure
mesh(hx,'MaxEdgeLength',0.01)