آنالیز پورت آنتن با متلب

این مثال پارامترهای آنتن ترمینال را با توجه به درگاه آنتن تعیین می کند. آنتن یک شبکه یک پورت است. پورت آنتن یک مکان فیزیکی روی آنتن است که منبع rf به آن متصل است.

پارامترهای پورت آنتن :

امپدانس آنتن

ضریب بازگشت

پارامترهای s

vswr

در این مثال از یک آنتن مسطح معکوس f (pifa) استفاده می شود ، تجزیه و تحلیل محاسباتی مربوطه را انجام می دهیم و تمام پارامترهای آنتن ترمینال ذکر شده در بالا را بدست می آوریم .

ایجاد آنتن F معکوس
هندسه پیش فرض را برای آنتن pifa ایجاد کنید. نقطه قرمز (کوچک) روی ساختار آنتن در شکل زیر ، مکان نقطه تغذیه است که در آن یک ژنراتور ولتاژ ورودی اعمال می شود. این پورت آنتن است. در جعبه ابزار آنتن، همه آنتن ها توسط یک سیگنال ولتاژ هارمونیک زمان با دامنه ۱ ولت در پورت تحریک می شوند. پورت باید دو هادی مجزا را به هم متصل کند. دارای عرض بی نهایت کوچک است.

ant = invertedF;
show(ant);

امپدانس
برای رسم امپدانس آنتن، باند فرکانسی را مشخص کنید که داده ها باید روی آن با استفاده از تابع امپدانس رسم شوند. امپدانس آنتن به عنوان نسبت ولتاژ فاز (که به سادگی ۱ است) و جریان فازور در پورت محاسبه می شود.

freq = linspace(1.5e9, 2.0e9, 51);
figure;
impedance(ant, freq);

نمودار بخش واقعی امپدانس، یعنی مقاومت و همچنین بخش موهومی آن، یعنی راکتانس را در کل باند فرکانسی نشان می دهد. فرکانس تشدید آنتن به عنوان فرکانسی تعریف می شود که در آن راکتانس آنتن دقیقاً صفر است. با نگاهی به نمودار امپدانس، مشاهده می کنیم که آنتن معکوس f در ۱٫۷۴ گیگاهرتز منتشر می شود. مقدار مقاومت در آن فرکانس حدود ۲۰ اهم است. مقادیر راکتانس آنتن قبل از تشدید منفی (خازنی) است و پس از تشدید مثبت (القایی) می شود که نشان می دهد رزونانس سری آنتن است (مدل سازی شده توسط مدار سری rlc). اگر منحنی امپدانس از راکتانس مثبت به منفی برود، رزونانس موازی (مدل سازی شده توسط مدار rlc موازی) است.
برگشت موج
برای رسم افت برگشتی یک آنتن، باند فرکانسی که داده ها باید روی آن رسم شوند را مشخص کنید. تلفات برگشتی معیاری است برای میزان اثربخشی انتقال توان از خط انتقال به آنتن. از نظر کمی، تلفات برگشتی، نسبت توان ارسالی به آنتن و توان بازتابی به دسی بل است. این یک مقدار مثبت برای دستگاه های غیرفعال است. از دست دادن بازگشت منفی با دستگاه های فعال امکان پذیر است .

figure;
returnLoss(ant, freq);

ضریب بازتاب
تلفات برگشتی معرفی شده در بالا به ندرت برای تحلیل آنتن استفاده می شود. در عوض، یک ضریب بازتاب یا s11 در دسی‌بل استفاده می‌شود که اغلب به اشتباه «ضرر برگشتی» نامیده می‌شود . در واقع ضریب انعکاس بر حسب db منفی ضرر بازگشتی است که در شکل زیر مشاهده می شود. ضریب انعکاس کسری نسبی از توان rf فرودی را توصیف می کند که به دلیل عدم تطابق امپدانس به عقب منعکس می شود. این عدم تطابق تفاوت بین امپدانس ورودی آنتن و امپدانس مشخصه خط انتقال (یا امپدانس ژنراتور هنگامی که خط انتقال وجود ندارد) است. امپدانس مشخصه امپدانس مرجع است. تابع sparameters استفاده شده در زیر امپدانس مرجع را به عنوان آرگومان سوم خود می پذیرد. همین امر برای تابع بازگشت معتبر است. به طور پیش فرض، امپدانس مرجع را ۵۰ اهم فرض می کنیم.

S = sparameters(ant, freq);
figure;
 rfplot(S);

نسبت موج ایستاده ولتاژ (vswr)
vswr آنتن را می توان با استفاده از تابع vswr استفاده شده در زیر رسم کرد. مقدار vswr 1.5:1 به این معنی است که حداکثر دامنه موج ایستاده ۱٫۵ برابر بیشتر از حداقل دامنه موج ایستاده است. امواج ایستاده به دلیل عدم تطابق امپدانس در پورت ایجاد می شوند. vswr از طریق ضریب بازتاب به صورت (۱+∣s11∣)/(۱−∣s11∣) بیان می‌شود.

figure; 
vswr(ant, freq);

پهنای باند آنتن
پهنای باند یک پارامتر اساسی آنتن است. پهنای باند آنتن، باند فرکانس‌هایی است که آنتن می‌تواند به درستی تابش یا دریافت قدرت کند. اغلب، پهنای باند مورد نظر یکی از پارامترهای حیاتی است که برای تعیین نوع آنتن استفاده می شود. پهنای باند آنتن معمولاً همان باند فرکانسی است که بزرگی ضریب انعکاس در آن زیر ۱۰- دسی بل است، یا بزرگی تلفات برگشتی بیشتر از ۱۰ دسی بل است، یا vswr کمتر از تقریباً ۲ است. همه این معیارها معادل هستند. از شکل های قبلی مشاهده می کنیم که pifa هیچ پهنای باند عملیاتی در باند فرکانسی مورد نظر ندارد. پهنای باند با طراحی مناسب آنتن کنترل می شود. گاهی اوقات، امپدانس مرجع نیز ممکن است تغییر کند. در نمودار امپدانس مشاهده می کنیم که مقاومت آنتن فعلی نزدیک به ۲۰ اهم در رزونانس است. امپدانس مرجع ۲۰ اهم را به جای ۵۰ اهم انتخاب کنید و ضریب بازتاب را رسم کنید.

S = sparameters(ant, freq, 20);
figure;
 rfplot(S);

اکنون ضریب انعکاس کمتر از -۱۰ دسی بل را در باند فرکانسی از ۱٫۷۱ تا ۱٫۷۷ گیگاهرتز مشاهده می کنیم. این پهنای باند آنتن است. در هنگام استفاده از محاسبات vswr یا بازده نیز همین نتیجه وجود دارد.