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1、Sniffer 天线的天线的 ADS 仿真仿真 随着国际上民用无线通讯技术的发展，WI-FI、Bluetooth、Zigbee 等主要使用 ISM 2.4GHz 频段的芯片大量上市，因为芯片本身的集成度非常高，只需要很少的外围器件，整机厂商往 往只需要模仿芯片厂商提供的标准设计就可以完成产品， 技术门槛变得很低， 甚至有些厂家 连基本的 RF 仪器都不配备就可大量生产。像 TI 的 CC2530 这款 Zigbee 芯片，外围的射频 部分只有用 LC 组成的 balun 及 PCB 天线，而且 TI 都提供了相关参数，所以很多厂家都只 需要按“标准设计”来仿制，并不配备矢量网络分析仪来调测。
2、TI 的技术资料中，对 2.4GHz 天线提供了两种标准设计，一种为 Inverted-F 型 PCB 天线， 另 一种为所占面积更小的 Meanered Inverted-F 型 PCB 天线，都提供了相关尺寸数据，方便用 户使用。其中后面一种，是 TI 提供的接入电脑 USB 口的 Zigbee 协议探测器中使用的，被 称为 sniffer，所以也被称为 sniffer 天线。为了解其性能，试着使用 Agilent 公司的 Advanced Design System 进行仿真计算。 Sniffer 天线占用面积大约为 16X6，其外形如图： 在 ADS 软件中， 要先建立一个项目， 填入
3、 sniffer， 软件会形成一个 sniffer_prj 命名的文件夹， 包括 networks、data、emds_dsn、mom_dsn、substrates、synthesis、verification 等子文件夹； 软件还自动打开一个 Schematic 界面，可供输入电路原理图，因为是 PCB 天线仿真，不需 要输入原理图，只是用上面的菜单 Layout=Generate/Update Layout，打开 Layout 界面；使 用工具栏（Toolbar）上的 Insert Rectangle 工具，按 TI 公司文档 AN043 上的尺寸画出上图的 PCB 天线。天线是画在 co
4、nd 层，而下面的敷铜则是 cond 和 cond2 层都有，并在 hole 层加 上通孔连接两层，并放置 port。 在仿真前要设置 Substate，菜单 Momentum=Substate=Create/Modify，打开设置界面，其 中包括 Substrate Layers 和 Layout Layers 两个界面。Substrate Layers 中，最上面的 FreeSpace 不变，表示上面为自由空间；因为 PCB 天线是使用 FR4 基板，所以下面一层按 FR4 的参数 设置（包括基板厚度参数） ；最下层的 GND 改为 open，参数按 FreeSpace 设置，名称改为 A
5、ir。 Layout Layers 中， 要设置 cond、 cond2 和 hole 的相关参数， 形成如图的 5 层结构， 其中 cond 为双面覆铜板上面一层的铜箔层，cond2 为下面一层的铜箔层，有通孔穿过 FR4 基板连接两 层。这样，Substrate 参数就设置完成了，然后进行仿真。 菜单 Momentum=Simulation=S-parameters，打开界面，设置扫描范围为 23GHz，然后仿 真。仿真时间比较长，往往需要十分钟以上，甚至可能花半个多小时，根据参数设置不同而 有差别，最终结果为 S 参数。因为天线为单端口微波网络，所以只有 S11 参数，不过为复 数，包括
6、实部和虚部，显示形式为幅度和相角；下面还有阻抗圆图（即 smith 图） ，看阻抗 匹配情况更直观一些。这是仿真后的结果： 由上图可以看出，sniffer 天线的 S11 参数还是很好的，中心频率在 2.44GHz，其反射系数为 -19， 转换为 VSWR 约为 1.25。 小功率天线， 一般用 VSWRPost-Processing=Radiation Parttern，打开界面，可以设定辐射场的仿真图 形参数，得到如下结果： 可以看出，sniffer 天线的空间辐射场大致为球形，但因为天线的不对称特性，球有些变形， 最大辐射点并不在 0 度上，而是偏到 34 度，但幅度变化并不大，如果从
7、3D 图上看起来就 更明显了。 辐射场像一个苹果，被基板分成两半，上下是对称的，这是近场的情况。菜单 FEM= Simulation=S-parameters 进行仿真，然后 FEM=Post-Processing=Compute Far Fields 进行 计算，这个过程耗时比较长，需要耐心等待。完成后，菜单 FEM=Post-Processing= Visualization 可以显示远场的 3D 图形： 从上图可以看出，sniffer 天线远场辐射接近全向天线，但有两个方向辐射比较弱，一个是馈 电点方向， 这里有较大的敷地， 对信号的辐射有影响； 还有一处是在天线左上角， 对 Inverted-F 形式的天线，这里有一个用于阻抗匹配的枝节，这里也是对辐射有影响的地方，但比敷地处 的影响要小。 仿真及制作：dwenzhao