Antenna

Антенна модели, составляющая инцидентную волну степени (RX) и излученная волна степени (TX)

Библиотека:
RF Blockset / Конверт Схемы / Элементы

Описание

Смоделируйте антенну с помощью блока Antenna:

Преобразуйте Simulink^® вход инцидентного вектора волны степени в напряжение RF Blockset™ в портах антенны.
Преобразуйте текущий в порте антенны RF Blockset к Simulink выход излученного вектора волны степени.
Введите импеданс антенны в систему RF.

По умолчанию блок антенны является изотропным излучателем, производящим выходной сигнал Simulink. Для изотропного излучателя задайте усиление и импеданс антенны в параметрах блоков. Параметр Radiated carrier frequencies является набором несущих частот, сверхкоторые блок Antenna создает излученную волну степени. Для получения дополнительной информации смотрите Излученную и Инцидентную Волну Волны.

Значки маски блока Antenna являются динамическими и показывают текущее состояние прикладного шумового параметра. Эта таблица показывает вас, как значки на этом блоке варьируются на основе состояния параметра Simulate noise на блоке.

Симулируйте шум: `on`	Симулируйте шум: `off`

Порты

Входной параметр

развернуть все

`RX` — Полученный сигнал
скаляр | вектор | матрица | m-by-n-by-2 массив

Получение сигнала в виде скаляра, векторной матрицы или массива размера m-by-n-by-2.

Типы данных: double

Вывод

развернуть все

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

Передача сигнала в виде скаляра, вектора, матрицы или массива размера m-by-n-by-2

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Основной

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

Модель Antenna в виде одного из следующего:

Isotropic radiator
Antenna Designer
Antenna object

Примечание

Использовать Antenna Designer и Antenna object опции вам будет нужен Antenna Toolbox™.

`Create Antenna` — Открытый Antenna Toolbox приложение Antenna Designer
кнопка

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

Зависимости

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

`Antenna object` — Антенный элемент вводится из рабочей области
`antenna` объект

Вход антенного элемента из рабочей области в виде одного антенного элемента порта, созданного с помощью Antenna Toolbox. Анализируйте объект антенны в рабочей области по крайней мере для одной частоты перед использованием его в блоке.

Зависимости

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

`Antenna Gain` — Усиление антенны
0 `dBi` (значение по умолчанию) | действительный скаляр или вектор | положительная скалярная величина или вектор

Усиление антенны в виде действительного скаляра или вектора, если вы устанавливаете модули на dBi или положительной скалярной величиной или вектором, если вы устанавливаете модули, является 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 на Isotropic radiator и проверяйте Input incident wave или Output radiated wave или обоих

`Impedance (Ohm)` — Входной импеданс
50 (значение по умолчанию) | скаляр с комплексным знаком или вектор

Входной импеданс в виде скаляра с комплексным знаком или вектора 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 на Isotropic radiator.

Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да

`Input incident wave` — Введите инцидентную волну для симуляции приемной антенны
`'off'` (значение по умолчанию) | `'on'`

Выберите этот параметр, если вы хотите симулировать приемную антенну.

`Output radiated wave` — Выведите излученную волну для передающей антенны
`'on'` (значение по умолчанию) | `'off'`

Выберите этот параметр, если вы хотите симулирование передающей антенны.

`Incident carrier frequencies` — Несущие частоты для получения сигнала
2.1 `GHz` (значение по умолчанию) | неотрицательный скалярный или вектор-строка

Несущие частоты для получения сигнализируют в виде неотрицательного скаляра в герц или векторе-строке с каждым модулем элемента в герц. 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` (значение по умолчанию) | неотрицательный скалярный или вектор-строка

Несущие частоты для передачи сигнализируют в виде неотрицательного скаляра в герц или векторе-строке с каждым модулем элемента в герц. 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, к которым исходит волна степени выходного сигнала
[0 0] `deg` (значение по умолчанию) | конечный действительный вектор-строка

Азимут и углы возвышения, к которым волна степени выходного сигнала исходит в виде конечного действительного вектора-строки из длины два с каждым модулем элемента в градусах или радианами.

Зависимости

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

`Direction of arrival` — Азимут и углы возвышения, от которых прибывает волна степени входного сигнала
[180 0] `deg` (значение по умолчанию) | конечный действительный вектор-строка

Азимут и углы возвышения, к которым волна степени входного сигнала прибывает в виде конечного действительного вектора-строки из длины два с каждым модулем элемента в градусах или радианами.

Зависимости

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

`Simulate noise` — Симулируйте тепловой шум
`'on'` (значение по умолчанию) | `'off'`

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

`Ground and hide negative terminals` — Заземлите терминалы схемы RF
`'on'` (значение по умолчанию) | `'off'`

Выберите эту опцию, чтобы заземлить и скрыть отрицательные терминалы. Очистите этот параметр, чтобы отсоединить отрицательные терминалы. Путем представления этих терминалов можно соединить их с другими частями модели.

По умолчанию эта опция выбрана.

Моделирование

`Modeling options` — Зависимые частотой параметры антенны модели
`Time-domain (rationalfit)` (значение по умолчанию) | `Frequency-domain`

Зависимые частотой параметры антенны модели в виде:

Time-domain (rationalfit) — Этот метод создает аналитическую рациональную модель, которая аппроксимирует целую область значений данных.
Frequency-domain — Этот метод вычисляет основополосную импульсную характеристику для каждой несущей частоты независимо. Этот метод основан на свертке. Существует опция, чтобы задать длительность импульсной характеристики. Для получения дополнительной информации смотрите, Сравнивают Опции Симуляции Времени и Частотного диапазона для S-параметров.

Зависимые частотой параметры:

Импеданс антенны — входной импеданс на терминалах антенны. Это используется в системной симуляции RF.
Нормированная векторная эффективная длина — свойство использовало, который связывает между текущим течением на терминалах антенны и излученным далеким полем в данном направлении. Из-за взаимности, эффективная длина также связывает между падающим полем и вызванным напряжением разомкнутой цепи на терминалах антенны.

Зависимости

Установить источник Source of antenna model Antenna Designer или Antenna object активировать Вкладку Modeling, которая содержит параметры Modeling options.

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

Относительная погрешность, приемлемая для рациональной подгонки в виде скаляра. Применяется к моделированию временного интервала и импеданса антенны и нормированной векторной эффективной длины. Соответствующие рациональные подходящие результаты для каждого свойства отображены на маске блока.

Зависимости

Установить Modeling options на Time domain (rationalfit) \in.

`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 моделированию частотного диапазона и импеданса антенны и нормированной векторной эффективной длины.

Зависимости

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

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

Длительность импульсной характеристики в виде скаляра. Применяется к моделированию частотного диапазона и импеданса антенны и нормированной векторной эффективной длины.

Зависимости

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

Примеры модели

Simulation of RF Systems with Antenna Blocks

Симуляция систем RF с блоками антенны

Используйте блок антенны, чтобы включить эффект антенны в симуляцию RF. В этой модели один тон питается передатчик, и степень полученного сигнала при выходе приемника вычисляется.

Больше о

развернуть все

Излученная волна

Блок антенны производит Сигнал Simulink, представляющий нормированную волну степени, похожую на волны степени в схемах. Поскольку антенна излучает два независимых полевых компонента в далеком поле, сигнал расширен 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 компоненты электрического поля, излученные от антенны и измеренные в местоположении далекого поля в направлении отъезда.
η0 импеданс внутреннего параметра свободного пространства
R расстояние до местоположения измерения далекого поля.
$γ = \frac{j ω}{c}$ где ω является угловой частотой и c скорость света в свободном пространстве.

Вышеупомянутое определение делает передачу (TX) независимый политик сигнала расстояния R. Общая степень, которую несет эта нормированная излученная волна степени, является эквивалентной изотропным образом излученной волной степени (EIRP) передатчика в направлении отъезда:

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

где общее количество

_Pt входная мощность на терминалах антенны
_Gt усиление антенны передатчика по указанию отъезда.

EIRP является обычно используемой концепцией в системах связи. Это значение представляет количество энергии, излученное от изотропной антенны, таким образом, что та же плотность энергии получена в направлении отъезда.

В случае изотропного излучателя вы разрешаете неоднозначность в поляризации путем предположения, что антенна излучает один полевой компонент. Вы также принимаете, что этот полевой компонент всегда выравнивается для полного приема приемной антенной. Таким образом сигнал TX и ожидаемый RX в приемной антенне являются двумерными. После вышеупомянутых определений передаваемый сигнал для изотропного излучателя:

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

где:

_Zin входной импеданс антенны.
_Iin ток на терминалах антенны.

Во всех определениях TX элементы массива располагаются в первых двух размерностях способом, похожим на выходного сигнала блока RF Blockset Outport. Если сигнал структурирован, размер столбца соответствует количеству битов системы координат, и размер строки соответствует количеству несущих частот. Если сигнал не структурирован, то размер столбца соответствует количеству несущих частот, и размер строки является тем.

Эффект канала свободного пространства

Эффект канала свободного пространства между антеннами не получен блоком антенны. Можно смоделировать его внешне использование блоков Simulink. Для канала свободного пространства эффект дан передаточной функцией:

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

где

λ длина волны, смоделированная вне антенны.
R расстояние между антеннами
Экспоненциальный термин в конце уравнения представляет задержку, происходящую по расстоянию R.
pl потеря на пути свободного пространства.

Можно смоделировать канал свободного пространства с помощью Free Space Path Loss Communications Toolbox™ (Communications Toolbox). Эффект волны степени описан с помощью уравнения Friis. 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 пройтись 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 стать, отправляют к Free Space Path Loss

Инцидентная волна

Блок антенны может также принять Сигнал Simulink, представляющий нормированную инцидентную волну степени. Поскольку антенна также получает два независимых полевых компонента, сигнал расширен 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 сигналы от передающей антенны.
pl передаточная функция канала свободного пространства.
_Eθ и _Eφ электрические полевые компоненты, измеренные от передающей антенны.
η0 импеданс внутреннего параметра свободного пространства.
λ длина волны.
RX инцидентная волна степени, нормированная таким образом, который степень, полученная изотропной антенной.

Используя вышеупомянутые уравнения, общая степень, которую несет нормированная инцидентная волна степени, ${‖ R X ‖}^{2} = {| R X_{θ} |}^{2} + {| R X_{ϕ} |}^{2}$ доступная степень, полученная идеальной изотропной приемной антенной. Доступная степень, полученная истинной антенной:

$P_{r} = {‖ R X ‖}^{2} G_{r}$

где _Gr усиление антенны приемника по указанию прибытия.

В случае, если приемная антенна является изотропным излучателем, можно разрешить неоднозначность в поляризации путем предположения, что антенна получает один полевой компонент, что это выравнивается для полного приема. Таким образом сигнал RX, как ожидают, будет двумерным. Во всех определениях сигнала RX элементы массива располагаются в первых двух размерностях способом, похожим на тот из входного сигнала Inport блока RF Blockset.

Вопросы совместимости

развернуть все

Значок блока Antenna обновляется

Поведение изменяется в R2021b

Начиная в R2021b, значок блока Antenna теперь обновляется. Значки блока являются теперь динамическими и показывают текущее состояние шумового параметра.

Когда вы открываете модель, созданную, прежде чем R2021b, содержащий блок Antenna, программное обеспечение заменит значок блока на версию R2021b.

Ссылки

[1] Стуцмен, Уоррен Л. и Гэри А. Тиле. Теория антенны и Проект. 3-й редактор Хобокен, NJ: Вайли, 2013

[2] Фарр, Эверетт Г. “Охарактеризование Антенн во Временном и частотном диапазоне [Образовательный Угол]”. Антенны IEEE и Журнал 60 Распространения, № 1 (февраль 2018): 106–10. https://doi.org/10.1109/MAP.2017.2774200.

Документация

Antenna

Описание

Порты

Входной параметр

RX — Полученный сигнал скаляр | вектор | матрица | m-by-n-by-2 массив

Вывод

TX — Переданный сигнал скаляр | вектор | матрица | m

Параметры

Основной

Source of antenna model — Модель Antenna Isotropic radiator (значение по умолчанию) | Antenna Designer | Antenna object

Create Antenna — Открытый Antenna Toolbox приложение Antenna Designer кнопка

Зависимости

Antenna object — Антенный элемент вводится из рабочей области antenna объект

Зависимости

Antenna Gain — Усиление антенны0 dBi (значение по умолчанию) | действительный скаляр или вектор | положительная скалярная величина или вектор

Зависимости

Impedance (Ohm) — Входной импеданс50 (значение по умолчанию) | скаляр с комплексным знаком или вектор

Зависимости

Input incident wave — Введите инцидентную волну для симуляции приемной антенны 'off' (значение по умолчанию) | 'on'

Output radiated wave — Выведите излученную волну для передающей антенны 'on' (значение по умолчанию) | 'off'

Incident carrier frequencies — Несущие частоты для получения сигнала2.1 GHz (значение по умолчанию) | неотрицательный скалярный или вектор-строка

Зависимости

Radiated carrier frequencies — Несущие частоты для передачи сигнала2.1 GHz (значение по умолчанию) | неотрицательный скалярный или вектор-строка

Зависимости

Direction of departure — Азимут и углы возвышения, к которым исходит волна степени выходного сигнала[0 0] deg (значение по умолчанию) | конечный действительный вектор-строка

Зависимости

Direction of arrival — Азимут и углы возвышения, от которых прибывает волна степени входного сигнала[180 0] deg (значение по умолчанию) | конечный действительный вектор-строка

Зависимости

Simulate noise — Симулируйте тепловой шум 'on' (значение по умолчанию) | 'off'

Ground and hide negative terminals — Заземлите терминалы схемы RF 'on' (значение по умолчанию) | 'off'

Моделирование

Modeling options — Зависимые частотой параметры антенны модели Time-domain (rationalfit) (значение по умолчанию) | Frequency-domain

Зависимости

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

Зависимости

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

Зависимости

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

Зависимости

Примеры модели

Симуляция систем RF с блоками антенны

Больше о

Излученная волна

Эффект канала свободного пространства

Инцидентная волна

Вопросы совместимости

Значок блока Antenna обновляется

Ссылки

Смотрите также

Документация RF Blockset

Поддержка

`RX` — Полученный сигнал
скаляр | вектор | матрица | m-by-n-by-2 массив

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

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

`Create Antenna` — Открытый Antenna Toolbox приложение Antenna Designer
кнопка

`Antenna object` — Антенный элемент вводится из рабочей области
`antenna` объект

`Antenna Gain` — Усиление антенны
0 `dBi` (значение по умолчанию) | действительный скаляр или вектор | положительная скалярная величина или вектор

`Impedance (Ohm)` — Входной импеданс
50 (значение по умолчанию) | скаляр с комплексным знаком или вектор

`Input incident wave` — Введите инцидентную волну для симуляции приемной антенны
`'off'` (значение по умолчанию) | `'on'`

`Output radiated wave` — Выведите излученную волну для передающей антенны
`'on'` (значение по умолчанию) | `'off'`

`Incident carrier frequencies` — Несущие частоты для получения сигнала
2.1 `GHz` (значение по умолчанию) | неотрицательный скалярный или вектор-строка

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

`Direction of departure` — Азимут и углы возвышения, к которым исходит волна степени выходного сигнала
[0 0] `deg` (значение по умолчанию) | конечный действительный вектор-строка

`Simulate noise` — Симулируйте тепловой шум
`'on'` (значение по умолчанию) | `'off'`

`Ground and hide negative terminals` — Заземлите терминалы схемы RF
`'on'` (значение по умолчанию) | `'off'`

`Modeling options` — Зависимые частотой параметры антенны модели
`Time-domain (rationalfit)` (значение по умолчанию) | `Frequency-domain`

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

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

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