用ADS设计微带天线.docx

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1、用ADS设计微带天线一、原理本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。假设要设计一个在 2.5GHz附近工作的微带天线。我采用的介质基片， r= 9.8, h=1.27mm。理由是它的介电系数和厚度适中，在2.5GHz附近能达到较高的天线效率。并且带宽相对较高。,1/2 c+1 I由公式：W =I =25.82mm2fr 2 )贴片宽度经计算为 25.82mm。=8.889;112h/21: w )l=0.543mm ;三 0 412 ；e S3 w/h 0.264 h - .；e - 0.258 w/ h 0.8可以得到矩形贴片长度为:cL =- 2 = l =18.08mm2f.e馈电点距上边

2、角的距离 Z计算如下:150 =Yn(Z)=2GCOs2(Ncos2(U z)R=90第2 (W 九0条件下)得至U: z=8.5966mm利用ADS自带的计算传输线的软件LineCalc来计算传输线的宽度，设置如下:Fite ablation Options Help西 LineCak/diileiiiind.ksWellife - Seaisons I ri Tl计算结果：在这类介质板上，2.5GHz时候50 传输线的宽度为1.212mm。二、计算基于ADS系统的一个比较大的弱点：计算仿真速度慢。特别是在layout下的速度令人无法承受，所以先在 sonnet下来进行初步快速仿真。判断计算

3、值是否能符合事实。sonnet中的仿真电路图如下:S11图象如下:F1- SOTlMt Graptj.-Westre-we i曜 Efe Ed# 也用 金/ Et :t JMndow H曲满丽急” .j幽理J他出剪鱼J型!西里比I星刘生皂目且WJF *面1以LJtu工国。血出可见，按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。但是发现中心频率发生了偏移，这主要是由于公式中很多的近似引起的。主要的近似是下面公式引起=90/W2（W% 条件下）因为计算的时候没有符合 W %的条件（W=25.82mm，而入0= 120mm,相对之下,它们间的差距不是非常大），因此会引起和事实的不符。由于较为符

4、合设想的结果，下面是本人利用ADS软件来进行天线的计算:首先，打开一个layout文件，设定其单位如下：然后打开 Momentum/Substrate/Create/Modify ,参数设置如下:再设置Metallization Layers上参数如下;原始图画如下：Eie Ed# iefect Insert 5tMM15 Schewt Hflcro Vetfy 的mentum 曲也由叩曰& He Ip-由La商电力四_$fEt?H wtewijmprorve fLar值it2aa同 后您制Z * .j曲|瓯剪理型四画型|西鱼|因W如生|U回 *4 口必ASI 0加将各个参数定义如图，经过仿真

5、，得到如下图象：得到了和sonnet仿真类似的图象，此时在 2.5GHz下，S11=Z0（3.118+j4.771）然后进行远区场的模拟（在 2.5GHz时候）：Il ruvE口圄回阑 比 型 夕JbNKI /1/众口QlAl同到凶1/331|回画画画 晶|开阂 用您禺 W|温中| ,51.需IJ售Q&.| ZJL七|曰g,.也未|“FImo二桌面附J ）必,葛国23的51主要的功率增益，方向性系数和效率图如下:Powerrn1THETA=0.0001(Tlcig1(r 巳 3l(Diectivity)=5.72mp】THETA在0度的时候，天线增益为 4.142dB,方向性为5.702dB。

6、由于天线中心不是在 2.5GHz下，并且反射系数最小值也有 -2.807dB。所以要进行匹配。 三、匹配打开一个Schematic文件，将天线输入阻抗等效为一个纯电阻与一个电感串联后接地。在2.5GHz条件下，采用L型网络匹配方式。具体为串联一根 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。具体电路匹配如图所示：Term,Terrnl-Num=l .Z=50 OhmMLINSut)st=L1Subl W=1.20ie-mm L=1O 52 mm -WVR R1 1R=155.9 0hm-.wv

7、y.L1.L=15 16656457 nH,R=,MLOC TLN Sub5t=：MSubVW= 1.2016.mmL=14 I mmMSUBMSublEr=9.8Muf=1 -8nd=5.谓EUQfHu=3,9e+0i34 mil i-0.018 mmTanD=0RoLigh=0 mil -此时匹配后的输出 S11为0.027,如下所示freq (2.500GHz to 2.500GHz)此时已经差不多实现了匹配，接下来将它画入电路板中。如图，实现了最终的电路图。其中在电路的左端加一端 50欧姆阻抗线，为了方便输入。它的长度任定，这里取 12mm。用计算机模拟，得到输出 S11图象如下：Fr

8、i NovOB 2QO2 - Dataset. untilsiBdJ-190- I 1 1 1 1 I * I 1 1 I * - I 1 1 1 1 I b厂22232425 2S 272J9FrequencyfreqZOSCU)土JuWjH 工LigbdJlLU2.2303Hz50 .000 182.690GHz50000/0.0000 931 /107.4GC2.71OGHZ5a.aoa/D.roD693?门口口;研2.74DGHZsa.aixi/D.mD0.&32rg3.L652.77QGHI501000 mo0Q口的目5廊2.5GHz,它的大小为 0.1。可见此时天线已经实现了匹配，

9、天线的中心在带宽大致为60MHz左右，相对带宽为：2.4%再次看天线的远处辐射场，如图:THETA=0.00010*log10(eal( Directivity )=5.595m2THETA=0.00010*log10(real(Gain)=3.166作为与前面的增益相对照，发现大致和匹配前相似， 有略微减小是因为导线对电磁波的损耗引起的。四、体会用ads制作天线能够达到高精度，它与 sonnet的不同在于它可以进行阻抗匹配的计算， 使得天线更能符合实际的要求。由于ADS仿真比较慢，因此在初步设计的时候最好先用sonnet进行仿真，然后利用ADS的匹配工具进行匹配。便能方便精确的设计出一个好的

10、天线。从这个天线的设计中也可以发现，矩形贴片微带天线的带宽相对较小，这样就对下面 的滤波器的设计提出了更高的要求。陶瓷 9.8, w=26.4mm,L=19.2mm,微带 L=13、8.7mm, W=0.23mm ,所出参数如下:8llsl= off 4-1 srsx1 SJSeftw cosLssl-cx OSQEOZTl-a,1 0?5 WQ1-2frAis=I -帚，gn* lawdrs= haxrhsLEftJ EJdo21199yLtw&H vi&ISQ3sl2EsLdsueaJBE ” (ss.l_3L马Eno poo4n on.LdS 5 SHJBWVHVdSeWO耳HEEEII

11、inDHQIQ8H eee?h 目UJOLU万9Z866EE 9ASZ(0】f ZEG OE 后&琴)1 R3s-H.ISW m zsnussiOS Tes LmJO_ um_力:9199VtiXwrW$- n-M Frff* Fv f(klit酊向冈，trfrM.x ， 九1，二；灭始 i 1 “”， 鲍 LimC3二 三3 AxsM -向 f O?-tMe f3*11 Cr4 ttatHe a V*uUOrhT3 Ot，WK Mo左 3Ltltflo J MsOrh1iB(GainVotal)-2. -S.、如, ，.seexm -5.6756CCG .乐 7=ie. -7. 8B7Oc-

12、e -8.9937e-Cee -i.oiee*ei -i.izo7*eoi -i.?5n*cei -i. jw?ic*eei -l.WS27t.eOlt.田 7，eei -i. wsfeei -2,eo6ie-eeiICiri tlE tnjanlL皿口日 心回昌1111gh U Mull CfLdh2.02.12.22.32.42.52.62.72.82.9freq, GHzfreq (2.000GHz to 2.900GHz)freq, GHzLinear PolarizationAbsolute FieldsE_coE_crossTHETAgMAxial RatioEthetaHthet

13、a1E-160 4THETAIHEIA18013590450-45-90-135-180060-2THETATHETATHETACircular PolarizationE_leftE_rightTHETAAxial Ratio-60 -40THETA-60 -40THETAEffective AreaTHETAmlTHETA= 2.00010*log10(real(Directivity)=5.653 Max.a MLinear PolarizationTHETATHETAE_com3 E_cross0-10Axial Ratio500 J L 一 一-80 -60 -40 -2020406

14、080o o o o o-6 TkBdT da M2-3-4-5TkBdT da M0040302010-100100-80 -60 -40 -20 -10020406080100THETATHETAl6dr esahpl6dr esahpAbsolute FieldsTHETATHETAgMHthetaHphiTHETAgMCircular PolarizationTHETATHETAE leftE_right-100 0c-2-3/- -nga M-50-60-80 -60 -40 -20-100100THETA- -nga MAxial Ratio50454035-80 -60 -40

15、-20 020406080-100THETAde s h pde s h p18013590450-45-90-135-180-80 -60 -40 -20 020406080PoTH2.00010*log10(real(Directivity)=5.6534E-4Effective Area20 40 60 801E-41E-51E-61E-71E-8-80 -60 -40 -20-100100THETAEfficiencyaRadiated Power10 0B -10 d a -20M -30-40-50100 90 80J 70 j 60；50，40302010 0S11mlFrequencyB a Mfreq= 2.436GHzdB(wdai1_mom_a.S(1,1)=-13.216 MinS11eFrequencyS11freq (2.000GHz to 2.900GHz)m2freq= 2.444GHzwdai1_mom.S(1,1)=0.379 / 2.431impedance = Z0 * (2.219 + j0.083)