实验3矩形微带天线设计(公开).ppt

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