Yagi 432,5MHz - simulare Matlab

De la YO3ITI
Salt la: navigare, căutare

Acest exemplu arată cum se poate vizualiza câmpul îndepărtat al unei antene Yagi. Aspectul câmpului radiant poate fi afișat cu ajutorul funcției pattern care acceptă mai multe opțiuni și parametri.

Mai întâi se crează un obiect de tip yagiUda, în configurația standard. Se observă că nu este specificat nici un parametru suplimentar, nici măcar frecvența de lucru. Aceste proprietăți pot fi date odată cu creearea obiectului de tip antenă sau pot fi adăugate ulterior. Pentru simulare este mai util să creezi un obiect implicit deoarece flexibilitatea de a adăuga sau modifica ulterior orice proprietate este păstratâ fără a necesita definirea completă încă de la începutul simulării.

ant = yagiUda;
show(ant);
Yagi

Analiza directivității

Vizualizare 3D

Pentru reprezentarea câmpului radiant trebuie aleasă frecvența de lucru. Pot fi specificate azimutul și elevația. Dacă nu sunt specificate, Matlab ia în considerare ca valori implicite un azimut cuprins între -180 și +180 (în pași de 5 grade) și o elevație cuprinsă între -90 și +90 de grade, cu aceeași valoare de incrementare (pași de 5 grade). Implicit, graficul este în decibeli.

freq = 432.5e6; % frecvența de lucru este 432.5 MHz
pattern(ant, freq);
Câmp radiant

Desigur, se pot inspecta segmente ale câmpului radiant folosind intervale diverse pentru azimut și elevație, în notația standard Matlab (vector, [de-la:pas:la]). Iată cum ar arăta un segment de azimut de la 0 la 90 de grade și elevație de la 0 la 90 de grade:

pattern(ant, freq, 0:1:90, 0:1:90);

Câmp radiant, 90 grade - 1 Câmp radiant, 90 grade - 2 Câmp radiant, 90 grade - 3

Putem modifica antena Yagi standard[1]. De pildă, adăugăm mai multe elemente directoare:

ant.NumDirectors = 11;
show(ant);

Cu modificarea corespunzătoare a directivității câmpului radiant:

Câmp radiant cu 13 elemente

Vizualizare 2D

Se pot analiza secțiuni ale anvelopei de directivitate în diferite planuri. Directivitatea poate fi reprezentată grafic în coordonate polare sau carteziene. De pildă, directivitatea în planul elevației pentru antena de mai sus poate fi afișat cu comanda:

pattern(ant, freq, 0, 0:1:360);
Yagi - directivitate

Se observă un lob de maxim la 0 grade (-0,93dBi). Se poate analiza cum variază directivitatea la diverse valori ale azimutului și alevației. De pildă, iată directivitatea în planul elevației, la trei valori diferite ale azimutului:

Yagi, pattern Azimuth - 0, 30 și 60 grade

Polarizare

O caracteristică esențială a antenei este polarizarea câmpului radiant; la o distanță suficient de mare unda emisă poate fi considerată o undă plană ce se propagă după direcția vectorului de poziție , al cărui modul este:

unde:

  • r - distanța față de antenă;
  • D - lungimea antenei;
  • λ - lungime de undă radiată.

Implicit, funcția pattern generează reprezentarea directivității globale. Directivitatea componentelor diferite a câmpului electromagnetic poate fi reprezentată și separat cu ajutorul parametrului Polarization. Opțiunile disponibile sunt:

  • Cămpul electric (V) sau componenta CEM[2] în plan elevațional;
  • Câmpul magnetic (H) sau componenta CEM în plan azimutal;
  • Polarizarea circulară dreaptă (RHCP);
  • Polarizarea circulară stângă (LHCP);

Imaginea de mai jos surprinde reprezentarea grafică a a directivității vectorului magnetic a CEM[3]:

pattern(ant, freq, 'Polarization', 'H');
Directivitate - H

Directivitatea în coordonate carteziene

Prin modificarea parametrului CoordinateSystem se poate alege sistemul de coordonate în care dorim reprezentarea. Implicit, valoarea parametrului este polar. Schimbat în rectangular permite reprezentarea în coordonate carteziene:

pattern(ant, freq, 0:1:360, 30, 'CoordinateSystem', 'rectangular');
Directivitate în coordonate carteziene

Graficul directivității la frecvențe multiple

Pentru a afișa directivitatea la mai multe frecvențe pe același grafic, parametrul PlotStyle trebuie modificat din Overlay (valoare implicită) în Waterfall. Această funcționalitate este deosebit de utilă în analiza antenelor de bandă largă. Secvența de mai jos afișează directivitatea pentru 432,5 și 440 MHz:

pattern(ant, [432.5e6 440e6], 0, 1:1:360, 'PlotStyle', 'waterfall', ...
    'CoordinateSystem', 'rectangular');
Directivitate la două frecvențe diferite

Graficul U-V

A treia opțiune pentru parametrul CoordinateSystem este uv. Aceasta va afișa graficul directivității în sistemul de coordonate u-v. Funcționalitatea este deosebit de utilă pentru analiza lobilor directivității unei rețele de antene:

pattern(ant, freq, 'CoordinateSystem', 'uv');
Directivitatea în coordonate U-V

Graficul câmpului electric și al puterii

Funcția pattern permite deasemenea afișarea grafică a caracteristicilor linare ale CEM, prin modificarea parametrului Type. Valoarea implicită este directivity. Poate fi setat cu opțiunea efield pentru a afișa magnitudinea câmpului electric:

pattern(ant, freq, 'Type', 'efield', 'Normalize', true);
Graficul distribuției energiei câmpului electric

Lățimea fasciculului

Fasciculul principal reprezintă regiunea de radiație maximă, respectiv pe aza în cazul acestui model. Limitele unghiului solid care definesc înjumătățirea magnitudinii radiației (50% sau -3 dB) se numește fascicul de semi-putere (sau HPBWHalf Power Bandwidth). Dacă se dorește măsurarea fasciculului principal de radiație în planul elevației, se poate utiliza:

[bw, angles] = beamwidth(ant, freq, 0, 1:1:360)

bw =

  104.0000

angles =

    38   142

Fasciculul este calculat la o singură frecvență și într-un plan specificat prin alegerea valorilor de azimut și elevație. În exemplul de mai sus se observă că, pe axa , lățimea fasciculului principal este de 104 grade și este situat într-un plan localizat undeva între 38 și 142 grade în planul elevației. Pentru o direcție arbitrară cu un azimut de 20 de grade, de pildă, valorile vor fi diferite:

[bw, angles] = beamwidth(ant, freq, 20, 1:1:360)

bw =

  120.0000

angles =

    30   150

Note

  1. Pentru un exemplu de modelare a unei antene complet customizate, vezi link-urile externe și acest exemplu
  2. Câmp ElectroMagnetic
  3. Va genera o imagine care seamănă perfect cu o prostată :)

Link-uri externe