Ads设计矩形微带天线.pptx

（二）设计要求用陶瓷基片（r9.8），厚度h1.27mm，设计一个在3GHz附近工作的矩形微带天线。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h1.27mm，0.635mm，0.254mm。其中1.27mm的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及较高的增益。第1页/共44页（三）微带天线的技术指标辐射方向图天线增益和方向性系数谐振频率处反射系数天线效率第2页/共44页（四）设计的总体思路计算相关参数在ADS的Layout中初次仿真在Schematic中进行匹配修改Layout，再次仿真，完成天线设计第3页/共44页（五）相关参数的计算需要进行计算的参数有贴片宽度W贴片长度L馈电点的位置z馈线的宽度第4页/共44页（五）相关参数的计算（续）贴片宽度W、贴片长度L、馈电点的位置z可由公式计算得出馈线的宽度可以由Transmission Line Calculator 软件计算得出第5页/共44页（五）相关参数的计算（续）第6页/共44页（六）用ADS设计过程有了上述的计算结果，就可以用ADS进行矩形微带天线的设计了下面详细介绍设计过程第7页/共44页ADS软件的启动启动ADS进入如下界面第8页/共44页创建新的工程文件进入ADS后，创建一个新的工程，命名为rect_prj。打开一个新的layout文件，首先设定度量单位。在ADS中，度量单位的缺省值为mil，把它改为mm。方法是：单击鼠标右键PreferencesLayout Units，如下图所示第9页/共44页设定度量单位第10页/共44页介质层设置在ADS的Layout中进行设计，介质层和金属层的设置很重要在菜单栏里选择MomentumSubstrateCreate/Modify，在Substrate Layer标签里，保留FreeSpace和/GND/的设置不变，点击Alumina层，修改其设置为：第11页/共44页介质层设置（续）第12页/共44页金属层设置点击Metallization Layers标签，在Layout Layer下拉框中选择cond，然后在右边的Definition下拉框中选择Sigma（Re，thickness），参数设置如下页图。然后在Substrate Layer栏中选择“-”后，点击“Strip”按钮，这将看到“-Strip cond”。一切完成后，点击OK。第13页/共44页金属层设置（续）第14页/共44页在Layout中制版准备工作做好以后，下面就可以进行Layout中的作图了。先选定当前层为v cond，再按照前面计算出来的尺寸作图。最后在馈线端加入端口第15页/共44页在Layout中制版（续）第16页/共44页仿真预设置在进行layout仿真之前，先要进行预设置。在菜单栏选择Momentum-Mesh-Setup，选择Global标签。鉴于ADS在Layout中的Momentum仿真是很慢的，在允许的精度下，可以把“Mesh Frequency”和“Number of Cells per Wavelength”设置得小一点第17页/共44页仿真预设置（续）第18页/共44页进行仿真点击Momentum-Simulation-S-parameter弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的Sweep Type选择Linear，Start、Stop分别选为2.5GHz、3.5GHz，Frequency Step选为0.05GHz。Update后，点击Simulation按钮。第19页/共44页仿真结果第20页/共44页对仿真结果的探讨 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2.95GHz左右。只是中心频率处反射系数S11还比较大，从而匹配不理想，在3GHz处，m1距离圆图上的坐标原点还有相当的距离。在3GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15j22.1 第21页/共44页总体的2D辐射方向图第22页/共44页在原理图中进行匹配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Schmatic中进行匹配。天线在3GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15j22.1，这可以等效为一个电阻和电容的串连。第23页/共44页匹配原理匹配的原理是：串联一根50欧姆传输线，使得S11参数在等反射系数圆上旋转，到达g=1的等g圆上，然后再并联一根50欧姆传输线，将S11参数转移到接近0处。所需要计算的就是串连传输线和并联传输线的长度 ADS原理图中优化功能可以出色的完成这个任务 第24页/共44页匹配过程新建一个Schematic文件，绘出如下的电路图：第25页/共44页匹配过程（续）其中TL1和TL2的L是待优化的参量，初值取10mm，优化范围是1mm到20mm。设置好MSub的值第26页/共44页匹配过程（续）插入S参数优化器，一个Goal。其中Goal的参数设置如下：这里dB（S（1，1）的最大值设为-50dB，是因为在Schematic中的仿真要比在Layout中的仿真理想得多，所以要求设置得比较高，以期在Layout中有较好的表现。第27页/共44页匹配过程（续）设置好OPTIM。常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)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Random。优化次数可以选得大些。这里设为300。其他的参数一般设为缺省即可。第28页/共44页匹配过程（续）优化电路图为：第29页/共44页匹配过程（续）点击仿真按钮，当CurrentEF0时，优化目标完成。把它update到原理图上（SimulateUpdate Opimization Values）。Deactivate优化器。最终原理图如下：第30页/共44页匹配过程（续）第31页/共44页原理图中的仿真点击仿真按钮，可以看到仿真结果为：第32页/共44页原理图中的仿真（续）放置Marker可以得到更详细的数据在中心频率f3GHz处，S(1,1)的幅值是5.539E-4，可见已经达到相当理想的匹配。第33页/共44页修改Layout参照Schematic计算出来的结果，修改Layout图形如下第34页/共44页两点说明由于这里是手工布板，而不是由Schematic自动生成的，传输线的长度可能需要稍作调整(但不超过1mm)。注意要把原先的3mm馈线长度也算进去。为了方便输入，在电路的左端加了一段50的传输线。其长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取1mm。第35页/共44页仿真结果按照前述的步骤进行仿真，仿真结果是第36页/共44页仿真结果（续）为了较精确地给出匹配的结果，我们将仿真频率范围设为2.9GHz到3.1GHz，步长精确到10MHz。可见进行原理图匹配的结果是十分理想的。下面具体给出一些仿真结果。第37页/共44页总体的2D辐射方向图 第38页/共44页天线增益和方向性系数 第39页/共44页天线效率第40页/共44页（七）设计小结矩形微带天线设计是微带天线设计的基础，然而作为一名新手，想熟练顺利地掌握其设计方法与流程却也有些路要走。多仿照别人的例子操作，多自己动手亲自设计，多看帮助文件，是进入射频与微波设计殿堂的不是捷径的捷径。第41页/共44页（七）设计小结（续）一般来说，按照公式计算出来的矩形天线其反射系数都还会比较大的，在圆图中反映出来的匹配结果也不是很理想。这也许是由一些公式的近似导致的，但这也使电路匹配成为设计工作必不可少的一环。在用Schematic进行天线的匹配时，以S11为目标利用仿真优化器来求所需传输线长度的方法，是一种省时省力有效的方法。第42页/共44页Thank you！fugw 2003.6第43页/共44页谢谢大家观赏！第44页/共44页