微波电路与系统仿真实验4.ppt

实验实验4 微带天线设计与仿真微带天线设计与仿真高源慈高源慈高源慈高源慈电子科技大学电子科技大学电子科技大学电子科技大学20122012年年年年9 9月月月月School of Electronic Engineering,School of Electronic Engineering,University of Electronic Science and Technology of ChinaUniversity of Electronic Science and Technology of China微带天线设计与仿真微带天线设计与仿真实验目的：实验目的：实验目的：实验目的：1.1.1.1.了解矩形微带天线的技术指标和设计方法；了解矩形微带天线的技术指标和设计方法；了解矩形微带天线的技术指标和设计方法；了解矩形微带天线的技术指标和设计方法；2.2.2.2.掌握在掌握在掌握在掌握在ADSADS的的的的LayoutLayout中进行射频电路设计的方法。中进行射频电路设计的方法。中进行射频电路设计的方法。中进行射频电路设计的方法。微带天线设计与仿真微带天线设计与仿真实验内容：实验内容：实验内容：实验内容：4.1 4.1 微带天线的基础知识微带天线的基础知识微带天线的基础知识微带天线的基础知识4.2 4.2 矩形微带天线的设计与仿真矩形微带天线的设计与仿真矩形微带天线的设计与仿真矩形微带天线的设计与仿真4.1 微带天线的基础知识微带天线的基础知识1.1.微带天线简介微带天线简介微带天线简介微带天线简介 微带天线的概念是在微带天线的概念是在微带天线的概念是在微带天线的概念是在19531953年提出来的，但在近年提出来的，但在近年提出来的，但在近年提出来的，但在近3030年才逐步发展起来，是一种新型天线。年才逐步发展起来，是一种新型天线。年才逐步发展起来，是一种新型天线。年才逐步发展起来，是一种新型天线。微带贴片天线：微带贴片天线：微带贴片天线：微带贴片天线：在一个薄的介质板基材上，一面覆上金属薄在一个薄的介质板基材上，一面覆上金属薄在一个薄的介质板基材上，一面覆上金属薄在一个薄的介质板基材上，一面覆上金属薄层作为接地板，另一面采用蚀刻的办法做出各种形状的贴片，层作为接地板，另一面采用蚀刻的办法做出各种形状的贴片，层作为接地板，另一面采用蚀刻的办法做出各种形状的贴片，层作为接地板，另一面采用蚀刻的办法做出各种形状的贴片，利用微带或同轴对贴片进行馈电。利用微带或同轴对贴片进行馈电。利用微带或同轴对贴片进行馈电。利用微带或同轴对贴片进行馈电。微带缝隙天线：微带缝隙天线：微带缝隙天线：微带缝隙天线：在接地板上开各种各样的槽，通过微带线进在接地板上开各种各样的槽，通过微带线进在接地板上开各种各样的槽，通过微带线进在接地板上开各种各样的槽，通过微带线进行馈电。行馈电。行馈电。行馈电。微带天线一般应用在微带天线一般应用在微带天线一般应用在微带天线一般应用在1 150GHz50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十频率范围，特殊的天线也可用于几十频率范围，特殊的天线也可用于几十频率范围，特殊的天线也可用于几十兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：(1)(1)体积小，重量轻，低剖面体积小，重量轻，低剖面体积小，重量轻，低剖面体积小，重量轻，低剖面，能与载体，能与载体，能与载体，能与载体(如飞行器如飞行器如飞行器如飞行器)共形共形共形共形 。(2)(2)电性能多样化电性能多样化电性能多样化电性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整；易于得到各种极化端射范围内调整；易于得到各种极化端射范围内调整；易于得到各种极化端射范围内调整；易于得到各种极化 。(3)(3)易集成易集成易集成易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。能和有源器件、电路集成为统一的组件。能和有源器件、电路集成为统一的组件。能和有源器件、电路集成为统一的组件。雷达雷达雷达雷达传感器传感器传感器传感器2.2.微带天线的主要技术指标微带天线的主要技术指标微带天线的主要技术指标微带天线的主要技术指标l l辐射方向图辐射方向图辐射方向图辐射方向图l l方向性系数和天线增益方向性系数和天线增益方向性系数和天线增益方向性系数和天线增益l l谐振频率处反射系数谐振频率处反射系数谐振频率处反射系数谐振频率处反射系数l l天线效率天线效率天线效率天线效率l l带宽带宽带宽带宽l l极化特性极化特性极化特性极化特性l 辐射方向图辐射方向图辐射方向图辐射方向图定义定义定义定义：是指在离天线一定：是指在离天线一定：是指在离天线一定：是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场距离处，辐射场的相对场距离处，辐射场的相对场距离处，辐射场的相对场强（归一化模值）随方向强（归一化模值）随方向强（归一化模值）随方向强（归一化模值）随方向变化的图形。变化的图形。变化的图形。变化的图形。l 方向性系数方向性系数方向性系数方向性系数定义定义定义定义：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的电场：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的电场：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的电场：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的电场强度的平方与理想无方向性点源天线（该天线的方向图为一强度的平方与理想无方向性点源天线（该天线的方向图为一强度的平方与理想无方向性点源天线（该天线的方向图为一强度的平方与理想无方向性点源天线（该天线的方向图为一球面）在同一点产生的电场强度平方的比值。通常取最大辐球面）在同一点产生的电场强度平方的比值。通常取最大辐球面）在同一点产生的电场强度平方的比值。通常取最大辐球面）在同一点产生的电场强度平方的比值。通常取最大辐射方向上的方向性系数作为天线的方向性系数。射方向上的方向性系数作为天线的方向性系数。射方向上的方向性系数作为天线的方向性系数。射方向上的方向性系数作为天线的方向性系数。l 天线增益天线增益天线增益天线增益定义定义定义定义：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。3.3.微带天线设计思路微带天线设计思路微带天线设计思路微带天线设计思路根据指标要求和基片参数计算相关参数，如贴片宽度、根据指标要求和基片参数计算相关参数，如贴片宽度、根据指标要求和基片参数计算相关参数，如贴片宽度、根据指标要求和基片参数计算相关参数，如贴片宽度、长度、馈电位置、馈线宽度等。长度、馈电位置、馈线宽度等。长度、馈电位置、馈线宽度等。长度、馈电位置、馈线宽度等。在在在在ADSADS的布局图窗口的布局图窗口的布局图窗口的布局图窗口LayoutLayout中初次仿真。中初次仿真。中初次仿真。中初次仿真。在原理图窗口在原理图窗口在原理图窗口在原理图窗口SchematicSchematic中进行匹配。中进行匹配。中进行匹配。中进行匹配。修改修改修改修改LayoutLayout，再次仿真，完成天线设计。，再次仿真，完成天线设计。，再次仿真，完成天线设计。，再次仿真，完成天线设计。4.4.矩形微带天线的技术指标矩形微带天线的技术指标矩形微带天线的技术指标矩形微带天线的技术指标l l频率：频率：频率：频率：3GHz3GHz附近附近附近附近l l陶瓷基片：介电常数陶瓷基片：介电常数陶瓷基片：介电常数陶瓷基片：介电常数 r r9.89.8 厚度厚度厚度厚度h h1.27mm1.27mml l输入阻抗：输入阻抗：输入阻抗：输入阻抗：5050 基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基片，其常用的厚度是片，其常用的厚度是片，其常用的厚度是片，其常用的厚度是h h1.27mm1.27mm，0.635mm0.635mm，0.254mm0.254mm。其中其中其中其中1.27mm1.27mm的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及较高的增益。较高的增益。较高的增益。较高的增益。5.5.相关参数计算相关参数计算相关参数计算相关参数计算l l贴片宽度贴片宽度贴片宽度贴片宽度w w 基片选择合适后，根据天线要求的工作频率基片选择合适后，根据天线要求的工作频率基片选择合适后，根据天线要求的工作频率基片选择合适后，根据天线要求的工作频率 f f 和基片和基片和基片和基片介电常数介电常数介电常数介电常数 r r、厚度、厚度、厚度、厚度h h，可用下式设计出高效率辐射贴片天线，可用下式设计出高效率辐射贴片天线，可用下式设计出高效率辐射贴片天线，可用下式设计出高效率辐射贴片天线的宽度的宽度的宽度的宽度w w，即，即，即，即 其中其中其中其中 c c 是光速。是光速。是光速。是光速。当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低，当当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低，当当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低，当当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低，当选用大于上式的宽度时效率虽然提高，但是会产生高次模选用大于上式的宽度时效率虽然提高，但是会产生高次模选用大于上式的宽度时效率虽然提高，但是会产生高次模选用大于上式的宽度时效率虽然提高，但是会产生高次模引起场的畸变。引起场的畸变。引起场的畸变。引起场的畸变。l l 贴片长度贴片长度贴片长度贴片长度L L 考虑到边缘缩短效应后，实际上矩形微带天考虑到边缘缩短效应后，实际上矩形微带天考虑到边缘缩短效应后，实际上矩形微带天考虑到边缘缩短效应后，实际上矩形微带天线的辐射单元长度线的辐射单元长度线的辐射单元长度线的辐射单元长度 L L 比原来有所减少为：比原来有所减少为：比原来有所减少为：比原来有所减少为：式中的有效介电常数式中的有效介电常数式中的有效介电常数式中的有效介电常数 e e 和延伸量和延伸量和延伸量和延伸量 l l 可以分别用下面的可以分别用下面的可以分别用下面的可以分别用下面的两个式子计算得到。两个式子计算得到。两个式子计算得到。两个式子计算得到。l l 馈电位置馈电位置馈电位置馈电位置 微带线馈电时有一种方法，即中心馈电，在矩形辐微带线馈电时有一种方法，即中心馈电，在矩形辐微带线馈电时有一种方法，即中心馈电，在矩形辐微带线馈电时有一种方法，即中心馈电，在矩形辐射元一边的正中心处馈电，将特性阻抗为射元一边的正中心处馈电，将特性阻抗为射元一边的正中心处馈电，将特性阻抗为射元一边的正中心处馈电，将特性阻抗为5050欧姆的微带欧姆的微带欧姆的微带欧姆的微带馈线连接在馈电位置处，制作成天线，而后测量天线的馈线连接在馈电位置处，制作成天线，而后测量天线的馈线连接在馈电位置处，制作成天线，而后测量天线的馈线连接在馈电位置处，制作成天线，而后测量天线的输入阻抗，然后根据输入阻抗设计出阻抗匹配变换器，输入阻抗，然后根据输入阻抗设计出阻抗匹配变换器，输入阻抗，然后根据输入阻抗设计出阻抗匹配变换器，输入阻抗，然后根据输入阻抗设计出阻抗匹配变换器，最后在天线贴片元与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新最后在天线贴片元与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新最后在天线贴片元与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新最后在天线贴片元与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新做成天线。本实验在天线设计时选用的是这种方法。做成天线。本实验在天线设计时选用的是这种方法。做成天线。本实验在天线设计时选用的是这种方法。做成天线。本实验在天线设计时选用的是这种方法。l l 馈线宽度馈线宽度馈线宽度馈线宽度 馈线的宽度可以由窗口菜单馈线的宽度可以由窗口菜单馈线的宽度可以由窗口菜单馈线的宽度可以由窗口菜单ToolsToolsLineCalcLineCalc Start Start LineCalcLineCalc 进入到传输线计算软件计算得出。也可由开始菜进入到传输线计算软件计算得出。也可由开始菜进入到传输线计算软件计算得出。也可由开始菜进入到传输线计算软件计算得出。也可由开始菜单进入。单进入。单进入。单进入。在在在在Substrate ParametersSubstrate Parameters中输入基片的参数，在中输入基片的参数，在中输入基片的参数，在中输入基片的参数，在ElectricalElectrical中输中输中输中输入阻抗的值，点击入阻抗的值，点击入阻抗的值，点击入阻抗的值，点击【SynthesizeSynthesize】按钮，观察按钮，观察按钮，观察按钮，观察PhysicalPhysical窗口，可得窗口，可得窗口，可得窗口，可得到馈线的宽度为到馈线的宽度为到馈线的宽度为到馈线的宽度为1.21mm1.21mm。馈线长度过长会影响天线辐射性能，此。馈线长度过长会影响天线辐射性能，此。馈线长度过长会影响天线辐射性能，此。馈线长度过长会影响天线辐射性能，此处取处取处取处取3mm3mm。相关参数计算结果相关参数计算结果相关参数计算结果相关参数计算结果l lw w=21.52mm=21.52mml lL L=15.81mm=15.81mml l5050 馈线宽度：馈线宽度：馈线宽度：馈线宽度：1.21mm1.21mm，长度：，长度：，长度：，长度：3mm3mm4.2 矩形微带天线的设计与仿真矩形微带天线的设计与仿真p 建立工程建立工程建立工程建立工程p 初步仿真初步仿真初步仿真初步仿真p 匹配优化设计匹配优化设计匹配优化设计匹配优化设计p 版图仿真版图仿真版图仿真版图仿真p 建立工程建立工程建立工程的具体步骤如下：建立工程的具体步骤如下：建立工程的具体步骤如下：建立工程的具体步骤如下：运行运行运行运行ADSADS，弹出，弹出，弹出，弹出ADSADS的主窗口。的主窗口。的主窗口。的主窗口。选择选择选择选择【FileFile】【NewNew Project Project】命令，弹出命令，弹出命令，弹出命令，弹出“New New ProjectProject”（新建工程）对话框。对话框中的默认工作路径（新建工程）对话框。对话框中的默认工作路径（新建工程）对话框。对话框中的默认工作路径（新建工程）对话框。对话框中的默认工作路径为为为为“C:UsersdefaultsC:Usersdefaults”，在路径的末尾输入工程名：，在路径的末尾输入工程名：，在路径的末尾输入工程名：，在路径的末尾输入工程名：p_antennap_antenna。在。在。在。在【Project Technology FilesProject Technology Files】栏中选择栏中选择栏中选择栏中选择“ADS StandardADS Standard：Length unit-millimeterLength unit-millimeter”，即工程中的，即工程中的，即工程中的，即工程中的默认长度单位为毫米。默认长度单位为毫米。默认长度单位为毫米。默认长度单位为毫米。点击点击点击点击【OKOK】按钮，完成新建工程，此时原理图设计窗口按钮，完成新建工程，此时原理图设计窗口按钮，完成新建工程，此时原理图设计窗口按钮，完成新建工程，此时原理图设计窗口会自动打开。会自动打开。会自动打开。会自动打开。p 初步仿真初步仿真矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下：矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下：矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下：矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下：在在在在ADSADS主窗口下，选择主窗口下，选择主窗口下，选择主窗口下，选择【WindowWindow】【NewNew Layout Layout】在工程中新建一个布局图。也可单击在工程中新建一个布局图。也可单击在工程中新建一个布局图。也可单击在工程中新建一个布局图。也可单击 按钮新建布局按钮新建布局按钮新建布局按钮新建布局图。图。图。图。在新建设计窗口中给新建布局图命名，此处命名为在新建设计窗口中给新建布局图命名，此处命名为在新建设计窗口中给新建布局图命名，此处命名为在新建设计窗口中给新建布局图命名，此处命名为“rectpatchrectpatch”。设定设定设定设定LayoutLayout的度量单位。在的度量单位。在的度量单位。在的度量单位。在ADSADS中，度量单位的缺省值为中，度量单位的缺省值为中，度量单位的缺省值为中，度量单位的缺省值为milmil，把它改为，把它改为，把它改为，把它改为mmmm。方法是：单击鼠标右键。方法是：单击鼠标右键。方法是：单击鼠标右键。方法是：单击鼠标右键 PreferencesPreferences Layout UnitsLayout Units ，如下图所示。，如下图所示。，如下图所示。，如下图所示。在在在在ADSADS的的的的LayoutLayout中进行设计时，介质层和金属层的设置很重中进行设计时，介质层和金属层的设置很重中进行设计时，介质层和金属层的设置很重中进行设计时，介质层和金属层的设置很重要。在菜单栏里选择要。在菜单栏里选择要。在菜单栏里选择要。在菜单栏里选择MomentumMomentum SubstrateSubstrate Create/ModifyCreate/Modify，在在在在Substrate LayerSubstrate Layer标签里，保留标签里，保留标签里，保留标签里，保留FreeSpaceFreeSpace和和和和/GND/GND/的设置不变，点击的设置不变，点击的设置不变，点击的设置不变，点击AluminaAlumina层，修改其设置如下层，修改其设置如下层，修改其设置如下层，修改其设置如下图图图图。在在在在Layout Layout LayerLayerNameName下拉框中选择下拉框中选择下拉框中选择下拉框中选择condcond，然后在下面的，然后在下面的，然后在下面的，然后在下面的MaterialMaterial下拉框中选择下拉框中选择下拉框中选择下拉框中选择ConductorConductor（SigmaSigma），参数设置如下图，参数设置如下图，参数设置如下图，参数设置如下图。在在在在LayoutLayout中作图，先通过工具栏选定当前层为中作图，先通过工具栏选定当前层为中作图，先通过工具栏选定当前层为中作图，先通过工具栏选定当前层为 ，再按照前面计算出来的尺寸作图。最后在馈线端加入端口。再按照前面计算出来的尺寸作图。最后在馈线端加入端口。再按照前面计算出来的尺寸作图。最后在馈线端加入端口。再按照前面计算出来的尺寸作图。最后在馈线端加入端口。大矩形尺寸：宽度大矩形尺寸：宽度大矩形尺寸：宽度大矩形尺寸：宽度21.52mm21.52mm，高度：，高度：，高度：，高度：15.81mm15.81mm小矩形尺寸：宽度小矩形尺寸：宽度小矩形尺寸：宽度小矩形尺寸：宽度1.21mm1.21mm，高度：，高度：，高度：，高度：3mm3mm 在在在在LayoutLayout中先任意画一个矩形，然后双击该矩形，可弹出中先任意画一个矩形，然后双击该矩形，可弹出中先任意画一个矩形，然后双击该矩形，可弹出中先任意画一个矩形，然后双击该矩形，可弹出下面的对话框。修改矩形的宽度下面的对话框。修改矩形的宽度下面的对话框。修改矩形的宽度下面的对话框。修改矩形的宽度WidthWidth和高度和高度和高度和高度HeightHeight尺寸。尺寸。尺寸。尺寸。点击工具栏的端口按钮点击工具栏的端口按钮点击工具栏的端口按钮点击工具栏的端口按钮 ，并点击按扭，并点击按扭，并点击按扭，并点击按扭 ，选取矩形宽边的中点插入端口。选取矩形宽边的中点插入端口。选取矩形宽边的中点插入端口。选取矩形宽边的中点插入端口。执行菜单命令执行菜单命令执行菜单命令执行菜单命令【MomentumMomentum】【PortPort Edit Edit】，回到，回到，回到，回到LayoutLayout工作区，工作区，工作区，工作区，单击单击已已已已经经加好的端口，此加好的端口，此加好的端口，此加好的端口，此时时将将将将显显示端示端示端示端口口口口编辑对话编辑对话框，将端口框，将端口框，将端口框，将端口类类型型型型Port Port TypeType设设置置置置为为Single ModeSingle Mode，端口阻抗，端口阻抗，端口阻抗，端口阻抗ImpedanceImpedance设设置置置置为为5050 。在进行在进行在进行在进行layoutlayout仿真之仿真之仿真之仿真之前，先要进行预设置。前，先要进行预设置。前，先要进行预设置。前，先要进行预设置。在菜单栏选择在菜单栏选择在菜单栏选择在菜单栏选择MomentumMomentum MeshMeshSetupSetup，选，选，选，选择择择择GlobalGlobal标签，做如标签，做如标签，做如标签，做如下图所示修改。下图所示修改。下图所示修改。下图所示修改。鉴于鉴于鉴于鉴于ADSADS在在在在LayoutLayout中的中的中的中的MomentumMomentum仿真是很仿真是很仿真是很仿真是很慢的，在允许的精度慢的，在允许的精度慢的，在允许的精度慢的，在允许的精度下，可以把下，可以把下，可以把下，可以把“Mesh Mesh FrequencyFrequency”和和和和“Mesh Mesh Density Density Cells/WavelengthCells/Wavelength”设设设设置得小一点。置得小一点。置得小一点。置得小一点。矩形微带天线的初步仿真。点击矩形微带天线的初步仿真。点击矩形微带天线的初步仿真。点击矩形微带天线的初步仿真。点击MomentumMomentum SimulationSimulation S-parameterS-parameter弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的Sweep TypeSweep Type选择选择选择选择LinearLinear，Start Start、StopStop分别选为分别选为分别选为分别选为2.5GHz2.5GHz、3.5GHz3.5GHz，Frequency Frequency StepStep选为选为选为选为0.05GHz0.05GHz。UpdateUpdate后，点击后，点击后，点击后，点击SimulationSimulation按钮。按钮。按钮。按钮。仿真结束，弹出结果窗口，如下图。仿真结束，弹出结果窗口，如下图。仿真结束，弹出结果窗口，如下图。仿真结束，弹出结果窗口，如下图。由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错由上图可见，理论上的计算结果与实际的符合还是相当不错的，中心频率大约在的，中心频率大约在的，中心频率大约在的，中心频率大约在2.95GHz2.95GHz左右。只是中心频率处反射系数左右。只是中心频率处反射系数左右。只是中心频率处反射系数左右。只是中心频率处反射系数S11S11还比较大，匹配不理想。还比较大，匹配不理想。还比较大，匹配不理想。还比较大，匹配不理想。首先可以略微调整天线的长度使其中心频率在首先可以略微调整天线的长度使其中心频率在首先可以略微调整天线的长度使其中心频率在首先可以略微调整天线的长度使其中心频率在3.0GHz3.0GHz。可尝试将可尝试将可尝试将可尝试将贴片的高度贴片的高度贴片的高度贴片的高度由由由由15.81mm15.81mm调整为调整为调整为调整为15.6115.61mmmm。调整后的仿。调整后的仿。调整后的仿。调整后的仿真结果如下图所示。真结果如下图所示。真结果如下图所示。真结果如下图所示。p 匹配优化设计匹配优化设计匹配优化设计匹配优化设计1 1 为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中为了进一步减小反射系数，达到较理想的匹配，并且使中心频率更加精确，可以在原理图心频率更加精确，可以在原理图心频率更加精确，可以在原理图心频率更加精确，可以在原理图SchmaticSchmatic中进行匹配。中进行匹配。中进行匹配。中进行匹配。天线在天线在天线在天线在3GHz3GHz下的输入阻抗是：下的输入阻抗是：下的输入阻抗是：下的输入阻抗是：Z0*Z0*（0.212-j0.9700.212-j0.970）10.6-j48.510.6-j48.5，这可以等效为一个，这可以等效为一个，这可以等效为一个，这可以等效为一个10.610.6 电阻和电阻和电阻和电阻和1.1pF1.1pF电容的串联。电容的串联。电容的串联。电容的串联。匹配原理匹配原理匹配原理匹配原理：串联一根：串联一根：串联一根：串联一根5050欧姆传输线，使得欧姆传输线，使得欧姆传输线，使得欧姆传输线，使得S11S11参数在等反射系参数在等反射系参数在等反射系参数在等反射系数圆上旋转，到达数圆上旋转，到达数圆上旋转，到达数圆上旋转，到达g=1g=1的等的等的等的等g g圆上，然后再并联一根圆上，然后再并联一根圆上，然后再并联一根圆上，然后再并联一根5050欧姆传输欧姆传输欧姆传输欧姆传输线，将线，将线，将线，将S11S11参数转移到接近参数转移到接近参数转移到接近参数转移到接近0 0处。所需要计算的就是串连传输线处。所需要计算的就是串连传输线处。所需要计算的就是串连传输线处。所需要计算的就是串连传输线和并联传输线的长度。和并联传输线的长度。和并联传输线的长度。和并联传输线的长度。可利用可利用可利用可利用ADSADS原理图中优化功能完成这个匹配任务。原理图中优化功能完成这个匹配任务。原理图中优化功能完成这个匹配任务。原理图中优化功能完成这个匹配任务。新建一个新建一个新建一个新建一个SchematicSchematic文件，可命名为文件，可命名为文件，可命名为文件，可命名为patch_matchpatch_match，绘出如，绘出如，绘出如，绘出如下的电路图。下的电路图。下的电路图。下的电路图。电路图中电路图中电路图中电路图中TL1TL1和和和和TL2TL2的的的的 L L 是待优化的参量，初值取是待优化的参量，初值取是待优化的参量，初值取是待优化的参量，初值取10mm10mm，优化范围是，优化范围是，优化范围是，优化范围是1mm1mm到到到到20mm20mm。频率设置为：频率设置为：频率设置为：频率设置为：StarStar：2.52.5GHz StopGHz Stop：3.53.5GHzGHz，Step size:Step size:0.050.05GHzGHz 介质基片介质基片介质基片介质基片MSubMSub的设置如下所示。的设置如下所示。的设置如下所示。的设置如下所示。插入插入插入插入S S参数优化器，一个参数优化器，一个参数优化器，一个参数优化器，一个GoalGoal。其中。其中。其中。其中GoalGoal的参数设的参数设的参数设的参数设置如下：置如下：置如下：置如下：这里这里这里这里dBdB（S S（1 1，1 1）的最大值设为的最大值设为的最大值设为的最大值设为 50dB50dB，是因，是因，是因，是因为在为在为在为在SchematicSchematic中的仿真要中的仿真要中的仿真要中的仿真要比在比在比在比在LayoutLayout中的仿真理想中的仿真理想中的仿真理想中的仿真理想得多，所以要求设置得比得多，所以要求设置得比得多，所以要求设置得比得多，所以要求设置得比较高，以期在较高，以期在较高，以期在较高，以期在LayoutLayout中有中有中有中有较好的表现。较好的表现。较好的表现。较好的表现。设置好设置好设置好设置好OPTIMOPTIM。常用的优化方法有常用的优化方法有常用的优化方法有常用的优化方法有Random(Random(随机随机随机随机)、Gradient(Gradient(梯度梯度梯度梯度)等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部等。随机法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。这里选择收敛。这里选择收敛。这里选择收敛。这里选择RandomRandom。优化次数可以选得大些。这里设为优化次数可以选得大些。这里设为优化次数可以选得大些。这里设为优化次数可以选得大些。这里设为100100。其他的参数一般设为缺省即可。其他的参数一般设为缺省即可。其他的参数一般设为缺省即可。其他的参数一般设为缺省即可。设置好优化目标等后的电路图如下所示：设置好优化目标等后的电路图如下所示：设置好优化目标等后的电路图如下所示：设置好优化目标等后的电路图如下所示：匹配电路优化仿真。点击仿真按钮，当匹配电路优化仿真。点击仿真按钮，当匹配电路优化仿真。点击仿真按钮，当匹配电路优化仿真。点击仿真按钮，当CurrentEFCurrentEF0 0时，优时，优时，优时，优化目标完成。把它化目标完成。把它化目标完成。把它化目标完成。把它updateupdate到原理图上（到原理图上（到原理图上（到原理图上（SimulateSimulateUpdate Update OpimizationOpimization Values Values）。）。）。）。DeactivateDeactivate优化器。最终原理图如下：优化器。最终原理图如下：优化器。最终原理图如下：优化器。最终原理图如下：点击仿真按钮，可以看到仿真结果如下图所示。在仿真点击仿真按钮，可以看到仿真结果如下图所示。在仿真点击仿真按钮，可以看到仿真结果如下图所示。在仿真点击仿真按钮，可以看到仿真结果如下图所示。在仿真结果图上放置结果图上放置结果图上放置结果图上放置MarkerMarker，查看数据。在中心频率，查看数据。在中心频率，查看数据。在中心频率，查看数据。在中心频率 f f 3GHz3GHz处，处，处，处，S(1,1)S(1,1)的幅值是的幅值是的幅值是的幅值是-50.606dB-50.606dB，可见从仿真结果上，可见从仿真结果上，可见从仿真结果上，可见从仿真结果上看，已经达到相当理想的匹配。看，已经达到相当理想的匹配。看，已经达到相当理想的匹配。看，已经达到相当理想的匹配。p 匹配优化设计匹配优化设计匹配优化设计匹配优化设计2 2利用版图仿真结果进行匹配设计利用版图仿真结果进行匹配设计利用版图仿真结果进行匹配设计利用版图仿真结果进行匹配设计 在天线在天线在天线在天线LayoutLayout的数据显示的数据显示的数据显示的数据显示窗口中，执行菜单命令窗口中，执行菜单命令窗口中，执行菜单命令窗口中，执行菜单命令ToolToolDataData File Tool File Tool，弹，弹，弹，弹出出出出“dftooldftool/main Window”/main Window”对话框，如右图所示。对话框，如右图所示。对话框，如右图所示。对话框，如右图所示。设置完毕后，点击设置完毕后，点击设置完毕后，点击设置完毕后，点击“Write to FileWrite to File”，得到，得到，得到，得到MomentumMomentum仿真后的仿真后的仿真后的仿真后的S1PS1P文文文文件。件。件。件。新建原理图。在新建原理图。在新建原理图。在新建原理图。在Data ItemData Item原件库中选择端口原件库中选择端口原件库中选择端口原件库中选择端口1 1添加放入原添加放入原添加放入原添加放入原理图中，如下图所示。在原理图中双击理图中，如下图所示。在原理图中双击理图中，如下图所示。在原理图中双击理图中，如下图所示。在原理图中双击S1PS1P控件，弹出控件，弹出控件，弹出控件，弹出S1PS1P控控控控件的属性对话框，如下图所示，在件的属性对话框，如下图所示，在件的属性对话框，如下图所示，在件的属性对话框，如下图所示，在File NameFile Name中选择之前导出中选择之前导出中选择之前导出中选择之前导出的的的的S1PS1P文件，单击文件，单击文件，单击文件，单击OKOK按钮。这样就可以利用上一方法的匹配按钮。这样就可以利用上一方法的匹配按钮。这样就可以利用上一方法的匹配按钮。这样就可以利用上一方法的匹配电路结构进行匹配了。电路结构进行匹配了。电路结构进行匹配了。电路结构进行匹配了。建立如下图所示的电路原理图。建立如下图所示的电路原理图。建立如下图所示的电路原理图。建立如下图所示的电路原理图。进行电路进行优化。优化完成之后，更新电路图。进行电路进行优化。优化完成之后，更新电路图。进行电路进行优化。优化完成之后，更新电路图。进行电路进行优化。优化完成之后，更新电路图。参照参照参照参照SchematicSchematic计算出来的结果，修改计算出来的结果，修改计算出来的结果，修改计算出来的结果，修改LayoutLayout图形如下。图形如下。图形如下。图形如下。l l由于这里是手工布板，而不是由由于这里是手工布板，而不是由由于这里是手工布板，而不是由由于这里是手工布板，而不是由SchematicSchematic自动生成的，传自动生成的，传自动生成的，传自动生成的，传输线的长度可能需要稍作调整输线的长度可能需要稍作调整输线的长度可能需要稍作调整输线的长度可能需要稍作调整(但不超过但不超过但不超过但不超过1mm)1mm)。注意要把。注意要把。注意要把。注意要把原先的原先的原先的原先的3mm3mm馈线长度也算进去。馈线长度也算进去。馈线长度也算进去。馈线长度也算进去。l l为了方便输入，在电路的左端加了一段为了方便输入，在电路的左端加了一段为了方便输入，在电路的左端加了一段为了方便输入，在电路的左端加了一段5050的传输线。其的传输线。其的传输线。其的传输线。其长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取1mm1mm。注意事项注意事项p 版图仿真版图仿真版图仿真版图仿真 按照前述的按照前述的按照前述的按照前述的LayoutLayout仿真步骤进行仿真，结果如下。为了较仿真步骤进行仿真，结果如下。为了较仿真步骤进行仿真，结果如下。为了较仿真步骤进行仿真，结果如下。为了较精确地给出匹配的结果，可将仿真频率范围设为精确地给出匹配的结果，可将仿真频率范围设为精确地给出匹配的结果，可将仿真频率范围设为精确地给出匹配的结果，可将仿真频率范围设为2.9GHz 2.9GHz 3.1GHz3.1GHz，步长精确到，步长精确到，步长精确到，步长精确到10MHz10MHz。由仿真可见进行原理图匹配的结果还是不太理想的，于是还由仿真可见进行原理图匹配的结果还是不太理想的，于是还由仿真可见进行原理图匹配的结果还是不太理想的，于是还由仿真可见进行原理图匹配的结果还是不太理想的，于是还要根据阻抗进一步进行调节线的长度进行匹配。此处将匹配调要根据阻抗进一步进行调节线的长度进行匹配。此处将匹配调要根据阻抗进一步进行调节线的长度进行匹配。此处将匹配调要根据阻抗进一步进行调节线的长度进行匹配。此处将匹配调节线的长度缩短节线的长度缩短节线的长度缩短节线的长度缩短0.5mm0.5mm，得到如下仿真结果。，得到如下仿真结果。，得到如下仿真结果。，得到如下仿真结果。