051230@52RD_实验3矩形微带天线设计.PPT

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051230@52RD_实验3矩形微带天线设计

实验 矩形微带天线的设计 (一)实验目的 了解微带天线设计的基本流程 掌握矩形微带天线的设计方法 熟悉在ADS的layout中进行射频电路设计的方法 (二)设计要求 用陶瓷基片(εr=9.8),厚度h=1.27mm,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h=1.27mm,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。 (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 (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 (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 (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 (五)相关参数的计算(续) (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 ADS软件的启动 启动ADS进入如下界面 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-Preferences…-Layout Units ,如下图所示 设定度量单位 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Momentum-Substrate-Create/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: 介质层设置(续) 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。 金属层设置(续) 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 在Layout中制版(续) 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 仿真预设置(续) 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。 仿真结果 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)=5.15-j22.1 总体的2D辐射方向图 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)=5.15-j22.1,这可以等效为一个电阻和电容的串连。 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 匹配过程 新建一个Schematic文件,绘出如下的电路图: 匹配过程(续) 其中TL1和TL2的L是待优化的参量

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