主要特性

  • 使用预定义或自定义的单元快速设计天线并实现可视化
  • 设计任意结构的PCB天线,并生成用于天线生产的 Gerber 文件
  • 使用无限阵列或内嵌式单元方向图方法进行大阵列分析
  • 用于分析安装在超大结构上的天线的无限地平面规格条件
  • 针对天线和天线阵列的阻抗、回波损耗以及 S 参数等端口分析
  • 针对天线、天线阵列和自定义数据的方向图、E-H 场和波束宽度等辐射场分析
  • 针对天线和天线阵列的电流、电荷和网格划分等表面分析

利用 Antenna Designer设计天线,并可视化分析结果。从目录中选择符合您要求的天线。


天线目录

Antenna Toolbox™ 提供了一个参数化天线单元目录,可用于快速设计在自由空间中或在介质基板上的天线,并可视化显示。您可以选择不同的天线类型,并修改它们的几何属性、方向和馈电点。您能以 3D 视图的形式查看并检查所设计天线的几何结构。

天线单元目录包括不同类型的偶极子天线、单极子天线、贴片天线、螺旋天线、八木天线和喇叭天线等。您可以向任何天线单元添加反射器或空腔等背衬结构,并指定介质基板参数。

使用 Antenna Designer可以快速选择符合您要求的天线。通过几个步骤即可设计、分析和可视化显示天线的性能,并进行迭代,直到结果符合您的预期。

Antenna Toolbox 中的内置天线示例。从左上方按顺时针方向依次为:FR4 介质基板上的平面倒 F 天线 (PIFA)、螺旋天线、放置在方形腔体内的阿基米德螺旋天线、苜蓿叶形天线、Vivaldi 天线和喇叭天线。


自定义几何结构和加工

使用 Antenna Toolbox 可以设计任意平面 (2D) 天线或阵列。您可以指定几何形状,或者导入使用 MATLAB®, Partial Differential Equation Toolbox™ 或其他 CAD 工具生成的网格图来定义天线的边界。在指定自定义天线的馈电点后,可以使用现有的分析函数来计算天线端口、表面和电场参数,也可以将自定义天线集成到阵列中。

如果您有现成的印刷天线,可以从照片导入其几何结构并使用 Antenna Toolbox 对其进行参数分析。

您可以使用具有任意馈电点、通孔以及金属材料、电介质层的印刷电路板 (PCB),创建任意几何形状多层PCB天线。选择 PCB 天线连接器并选择生产服务后,您可以生成用于 PCB 天线生产的 Gerber 文件,并可视化显示天线。Antenna Toolbox 简化了设计、分析和加工 PCB 天线的流程。

自定义天线示例。从左上方按顺时针方向依次为:自定义三槽天线,自定义平面网格、2 个基板上的 PCB 天线和生成的天线加工 Gerber 文件视图、印刷天线照片以及从照片生成的布局图。


天线阵列

借助 Antenna Toolbox,可以设计线形、矩形、圆形和共形天线阵列。您可以从内置目录中选择天线单元或使用自定义天线单元。您可以定义天线单元之间的间距、更改单元的方向,以及指定阵列的布局。

为加快大型阵列的分析速度,Antenna Toolbox 提供了无限阵列方法,该方法将天线视为在规则平面上无限次重复的阵列单元。

天线阵列分析要考虑到阵列中各个单元之间的耦合问题。您可以通过多端口 S 参数矩阵,确定多输入多输出 (MIMO) 系统中天线间的相关性,研究相控阵系统中超短间距天线单元对方向图的影响,以及评估电耦合效应。

可使用阵列分析结果对无线收发器进行精确的端到端仿真(从数字基带到天线或从天线到数字基带),包括传输信道的影响。您可以使用 Antenna Toolbox 将阵列增益、方向性、负载、耦合以及天线引入的其他影响,反映到雷达和无线通信系统仿真中。

使用 Antenna Toolbox 设计的天线阵列示例。从左上方按顺时针方向依次为:偶极子天线的共形阵列、四个贴片天线的线性阵列、双偶极子阵列的旋转场天线,以及无限阵列方法。


分析、设计和调优

Antenna Toolbox 使用矩量法分析天线单元和阵列。您可以计算出阻抗、S 参数、电压驻波比 (VSWR) 等端口属性,以确定天线的谐振频率,或对阻抗匹配进行研究。在 MIMO 系统中,您可以通过计算天线阵列的多端口 S 参数来估计和仿真天线单元间耦合的影响。

可计算不同频率下天线表面的电流和电荷的分布情况,使其可视化显示。您也可以检查并控制用于分析的网格点的密度。

可计算任意频率下空间内任意一点的电磁场,并且能够以 3D 或不同平面上的 2D 形式可视化显示。可以使用远场辐射方向图来设计天线和天线阵列,并且可以通过计算阵列方向图来估计阵列中相邻天线单元间的影响。

您可以在馈电点使用电压源激发天线,或者可以使用平面波激励来解析接收天线和计算散射解。您可以将集总 RLC 元件与天线连接,以进行调谐和改善其谐振。

您可以对阵元间距进行研究,并优化天线和阵列,以满足系统的要求。例如,您可以将 Optimization Toolbox™Global Optimization Toolbox 与 Antenna Toolbox 结合使用,设计出具有最优化的方向图和匹配特性的天线和阵列

使用 Antenna Toolbox 获得的分析结果示例。从左上方按顺时针方向依次为:弯折天线的频率复阻抗、弯折天线方向图、八木天线的优化方向图、用于无线电力传输的两个耦合螺旋天线的磁场分布。


系统集成和仿真

可使用天线和阵列分析结果对无线收发器进行精确的端到端的仿真(从数字基带到天线或从天线到数字基带),包括传输信道的影响。

Antenna Toolbox 可与 Phased Array System Toolbox™Communications System Toolbox™ 结合使用来设计雷达和 MIMO 通信系统。可应用孤立或嵌入于阵列中的天线单元的复合辐射方向图来开发波束成形和波束控制算法。借助 Antenna Toolbox,可以评估天线单元之间的耦合效应并考虑阵列的边缘效应,以及仿真 MIMO 信道性能,包括天线相关性。

使用 Antenna Toolbox 计算得出的天线和天线阵列的阻抗和 S 参数,可在使用 RF Toolbox™ 设计匹配网络时使用。可使用 RF Blockset™ 将天线负载对射频前端部分的电性能和信噪比的影响纳入到无线通信系统的仿真过程中。

使用散射参数(S 参数)并在 MATLAB® 中导入 touchstone 文件,这样您就可以操作、可视化和保存 S 参数文件。使用矩阵和信号处理功能自动对射频数据进行分析。

包含天线阵列分析结果的系统级仿真示例。从左到右:使用 Antenna Toolbox 嵌入式元件方法对Phased Array System Toolbox 波束控制的阵列计算出的方向图;包括天线阵列 S 参数的 8 元接收机的 RF Blockset 模型;考虑到远场辐射方向图和天线单元耦合的接收信号星座图。


射频传播

使用 Antenna Toolbox,可以将发射机和接收机的天线场可视化显示,检查通信链路和计算信号覆盖范围(信号强度),同时考虑到自由空间、基于天气的模型等传播模型。

您可以使用基于地图的可视化工具来分析不同场景下雷达和基站定位方案,在交互式地理图上显示,并能考虑地球曲率的影响。

对天线方向图在地面上的投影进行可视化显示,包括通信链路的信号强度。