Этот пример показывает вычисление КПД излучения антенных и антенных решеток в Antenna Toolbox. КПД излучения антенны задан как отношение исходящей излученной степени антенной к входной мощности, питаемой порт возбуждения антенны. Потери мощности из-за несоответствия импеданса порта не рассматриваются здесь.
Входная мощность, питаемая антенну, может быть записана как
(1)
Здесь, входное напряжение и текущий вход представлены и , соответственно. Комплексное спряжение текущего входа . Степень излученный антенной может быть найден путем интеграции интенсивности излучения () по бесконечной сфере излучения () как
(2)
Азимут и углы возвышения обозначаются и , соответственно. КПД излучения ( задан как
(3)
Различие между входной мощностью и излученной степенью происходит из-за потери проводимости в антеннах только для металла и и из-за потери проводимости и из-за диэлектрических потерь в металлически-диэлектрических антеннах. КПД излучения также альтернативно задается как усиление и направленность антенны. Другими словами,
(4)
Для идеальной антенны без потерь, КПД излучения () 1.
Этот пример рассматривает антенну Яги-uda с теми же размерностями, как дали в [1].
Создайте геометрию антенны Яги-uda с двумя элементами директора, имеющими значения длины 131,9 мм и 126,5 мм, соответственно. Размерности интервала для директоров составляют 65,95 мм и 80,34 мм. Длина Возбудителя составляет 139,1 мм. Длина и значения интервала отражателя составляют 141,5 мм и 88,13 мм, соответственно. В [1], всеми элементами были тонкие провода с радиусом 0,6745 мм. Однако эквивалентное моделирование полосы сопровождается с помощью cylinder2strip функция.
d=design(dipole,1e9); radius=6.7450e-04; %Radius of thin wires d.Width=cylinder2strip(radius); %Converting into equivalent stripwidth d.Length=139.1e-03; d.TiltAxis=[0 1 0]; d.Tilt=-90; ant=design(yagiUda,1e9); ant.Exciter=d; ant.NumDirectors=2; ant.DirectorLength=[131.9e-03;126.5e-03]; ant.DirectorSpacing=[65.95e-03;80.34e-03]; ant.ReflectorLength=141.5e-03; ant.ReflectorSpacing=88.13e-03;
Визуализируйте антенны совершенного электрически проведения (PEC) по умолчанию, чьи значения проводимости и толщины по умолчанию бесконечны и нуль, соответственно.
figure; show(ant)
Функция показа обеспечивает имя проводника и местоположения канала с помощью различных цветов в вышеупомянутой фигуре.
Строит КПД излучения антенны Яги-uda PEC с помощью efficiency функция в частотном диапазоне от 0,5 ГГц до 1,5 ГГц с 31 точкой выборки. Когда антенна PEC не имеет никакой потери, она показывает КПД излучения 1 по частотному диапазону здесь.
f=linspace(0.5e9, 1.5e9, 31); efficiency(ant,f)
Это обеспечивает направленность антенны Яги-uda PEC на частоте 1 ГГц. Из-за отсутствия потери, направленность и усиление будут тем же самым в антенне PEC.
figure; pattern(ant, 1e9)
Установите проводник как медь из металлического каталога Antenna Toolbox. Измените проводимость конечных металлических свойств использования антенны Яги-uda металлического объекта.
ant.Exciter.Conductor=metal('Copper');%chosing the conductor from the metal catalog ant.Exciter.Conductor.Conductivity=1e5;%same value as of the reference paper
ant.Exciter.Conductor=metal('Copper');%chosing the conductor from the metal catalog ant.Exciter.Conductor.Conductivity=1e5;%same value as of the reference paper
ant.Conductor=metal('Copper');%chosing the conductor from the metal catalog ant.Conductor.Conductivity=1e5;%same value as of the reference paper
Это вручную изменяет проводимость и толщину конечной металлической антенны Яги-uda.
ant.Exciter.Conductor.Thickness=700*1e-6; ant.Conductor.Thickness=700*1e-6;
Визуализируйте металлическое использование антенны Яги-uda, показывают функцию.
figure; show(ant)
Строит визуализацию КПД излучения металлической антенны Яги-uda в частотном диапазоне от 0,5 ГГц до 1,5 ГГц.
f=linspace(0.5e9, 1.5e9, 31); figure; efficiency(ant,f)
Строит шаблон усиления металлической антенны Яги-uda на частоте 1 ГГц.
figure pattern(ant,1e9)
Можно отметить от вышеупомянутых сравнений, что усиление антенны уменьшается на 0,86 дБ из-за конечной потери проводимости. Значение КПД тесно соответствует аналитическими результатами [1].
Этот пример рассматривает антенну микрополосковой закрашенной фигуры от [2]. В [2], числовой анализ был сделан с помощью метода Временного интервала конечной разности (FDTD). Однако антенна анализируется здесь с помощью основанного на методе момента (MoM) решателя Antenna Toolbox.
Создает геометрию антенны микрополосковой закрашенной фигуры с проводниковой и подложкой с потерями PEC 1,57-миллиметровой толщины.
f=1.59e9; %solution frequency lambda=3e8/f; d = dielectric('FR4'); %Selecting the substrate from the dielectric catalog d.EpsilonR=4.36; d.LossTangent=2/100;%Indicates the lossy substrate ant = patchMicrostrip('Substrate',d); ant.Height=1.57e-3; ant.Substrate.Thickness=1.57e-3; ant.Length=45e-3; ant.Width=45e-3; ant.GroundPlaneLength=20e-2; ant.GroundPlaneWidth=13.5e-2; ant.FeedOffset= [20e-3 0]; ant.FeedWidth=lambda/200;
Поймайте в сети антенну вручную при помощи максимума edgelength основных функций RWG как lambda/20, где длина волны свободного пространства на частоте решения 1,5 ГГц является lambda.
figure;
mesh(ant,'MaxEdgeLength',lambda/20)
Визуализируйте схематический показ антенны с PEC как металлическая и подложка с потерями.
figure; show(ant)
Вычисляет КПД в абсолютных и логарифмических значениях КПД излучения антенны с PEC как металлическая и подложка с потерями. Когда металл является PEC, только потеря происходит из-за подложки с потерями.
E1=efficiency(ant,f)
E1 = 0.3108
E1_log=10*log10(E1)
E1_log = -5.0757
Строит направленность микрополосковой антенны с металлической и подложкой с потерями PEC с помощью функции шаблона. Направленность не зависит от проводимости и диэлектрических потерь.
figure pattern(ant,f,'Type', 'Directivity')
Строит усиление микрополосковой антенны с металлической и подложкой с потерями PEC. Здесь, значение усиления меньше значения направленности из-за диэлектрических потерь. Различие усиления и значений направленности соответствует тесно с логарифмическим значением КПД излучения, i.e., .
figure; pattern(ant,f,'Type', 'Gain')
Строит изменение импеданса микрополосковой антенны с металлической и подложкой с потерями PEC в частотном диапазоне от 1 ГГц до 4 ГГц.
f1=linspace(1e9,4e9,31); figure impedance(ant,f1)
Строит изменение возврата потерь микрополосковой антенны с металлической и подложкой с потерями PEC.
figure; s1=sparameters(ant,f1,50); rfplot(s1);
Установите проводник антенны как металл с потерями. Используйте металлический объект, чтобы изменить проводник, чтобы покрыть медью металл.
ant.Conductor=metal('Copper');Визуализируйте микрополосковой антенны с Медным металлом и подложкой FR4.
figure; show(ant)
Вычисляет КПД излучения в абсолютных и логарифмических значениях микрополосковой антенны с Медью как металлический и FR4 с потерями как подложка. Из-за
потеря проводимости в дополнение к диэлектрическим потерям, КПД излучения уменьшается.
E2=efficiency(ant,f)
E2 = 0.2255
E2_log=10*log10(E2)
E2_log = -6.4692
Постройте усиление микрополосковой антенны с Медным металлом и подложкой FR4.
figure; pattern(ant,f,'Type', 'Gain')
Здесь, значение усиления меньше значения направленности и из-за проводимости и из-за диэлектрических потерь. Различие усиления и направленности соответствует тесно с логарифмическим значением КПД излучения, i.e., .
Таким образом вычисленное использование КПД излучения Antenna Toolbox и для металлических и для металлически-диэлектрических антенн, как находят, соответствует тесно, как сообщается в ссылках, которые использовали отличающийся аналитичный [1] или числовые методы [2].
[1] Shahpari, Мортеза и Дэвид В. Тил. "Основные ограничения для КПД излучения антенны", Транзакции IEEE на Антеннах и Распространении, Издании 66, № 8, 2018.
[2] Ph Leveque, А. Рейнейкс и Б. Йеко, “Моделирование диэлектрических потерь в микрополосковых антеннах закрашенной фигуры: применение метода FDTD”, электроника обозначает буквами, издание 28, № 6, март 1992.