印刷偶極子天線設(shè)計(jì)

印刷偶極子天線設(shè)計(jì)演示文稿目前一頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥∷⑴紭O子天線的結(jié)構(gòu)和工作原理學(xué)習(xí)使用ADSMomentum設(shè)計(jì)天線的基本方法仿真，調(diào)試，優(yōu)化印刷偶極子天線目前二頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉ADSLayout的使用環(huán)境。使用ADS軟件設(shè)計(jì)一個(gè)1.8GHz的印刷偶極子天線。通過仿真分析該天線的性能。目前三頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)（三）微帶天線的技術(shù)指標(biāo)諧振頻率(ResonanceFrequency)帶寬(Bandwidth)反射損耗(ReturnLoss)輸入阻抗(Impedance)增益(Gain)目前四頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)（四）印刷偶極子天線簡介

——結(jié)構(gòu)圖立體圖平面圖目前五頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)（四）印刷偶極子天線簡介

——組成部分天線的組成包括偶極子天線臂巴倫線地板饋線通孔

箭頭的方向表示了電流的流向目前六頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)1.8GHz印刷偶極子天線的尺寸偶極子天線臂

Ld=29mmWd=6mmGapg2=3mm

微帶巴倫

Lb=25mmLh=3mm

Gapg1=1mm

Wf=3mmWb=5mmWh=3mm

通孔

r=0.4mm

地板

Lg=12mmWg=19mm

目前七頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)（五）ADS軟件的使用本節(jié)內(nèi)容是介紹使用ADS軟件設(shè)計(jì)印刷偶極子天線的方法：包括Layout繪制、層定義、端口定義、仿真，優(yōu)化等。下面開始按順序詳細(xì)介紹ADS軟件的使用方法。目前八頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)ADS軟件的啟動啟動ADS進(jìn)入如下界面目前九頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)創(chuàng)建新的工程文件點(diǎn)擊File->NewProject設(shè)置工程文件名稱（本例中為Antenna）及存儲路徑點(diǎn)擊LengthUnit設(shè)置長度單位為毫米目前十頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）工程文件創(chuàng)建完畢后主窗口變?yōu)橄聢D目前十一頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)Layout中的背景設(shè)置直接在Main窗口中點(diǎn)擊，打開Layout窗口，在Layout中，選擇option-preference，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。我們選擇其中的LayoutUnit

，設(shè)置如右圖，選擇LayoutUnit為mm，Resolution填寫為0.0001表示精確到小數(shù)點(diǎn)后四位。以確保在天線設(shè)計(jì)過程中的精度。其他子菜單設(shè)置一般選擇默認(rèn)。

目前十二頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中繪制天線

由于我們設(shè)計(jì)的是雙面天線，在一個(gè)介質(zhì)板上貼有上下兩層，上層為饋線，下層為偶極子天線和地板。首先設(shè)計(jì)底層，選擇cond2，如圖

目前十三頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中繪制天線由于我們設(shè)計(jì)的矩形天線，所以我們選擇，然后在窗口中選擇一點(diǎn)，開始畫矩形，矩形大小的控制可以看右下角的右邊的坐標(biāo)，它表示相對位置的距離。同樣，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵的“measure”，可以測量相對尺寸，如右圖：

目前十四頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中繪制天線完成對底層cond2的全部設(shè)計(jì)，如下圖

目前十五頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中繪制天線選擇：Option=>Layers,將cond2的ShapeDisplay由filled改為outlined，這樣便于測量尺寸?？傻糜覉D：

目前十六頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中繪制天線將設(shè)計(jì)的層面改為cond，重復(fù)上面的設(shè)計(jì)，完成對于頂層cond的設(shè)計(jì)，可以得到右圖：

圖中，紅色是對應(yīng)cond層（頂層），黃色對應(yīng)cond2（底層），下面在頂層與底層之間加上一個(gè)通孔目前十七頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中繪制天線

下面在cond與cond2層之間加一個(gè)通孔（Via），選擇層為：加通孔，因?yàn)槭菆A形的通孔，所以選擇，如下圖：

這樣就完成了天線尺寸的基本設(shè)計(jì)。

目前十八頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)層定義

這是至關(guān)重要的一步。由Momentum=>Substrate=>Create/Modify，進(jìn)入層定義對話窗口。作如下設(shè)置：將地面GND的邊界由Closed改為Open（1），然后點(diǎn)擊左下角的Add，增加一層Alumina_0（2），并且把這一層重新定義如下所示（3），即跟上面的FreeSpace定義完全一樣，重新命名為FreeSpace_bottom，當(dāng)然命名為其他名字也是沒有問題的。這樣上下形成了對稱的結(jié)構(gòu)。最后定義Alumina中的各個(gè)參數(shù)，即定義Real為4.6，LossTangent為0.018（4），表示損耗正切為0.018。我們需要的天線的層結(jié)構(gòu)如下圖所示：

目前十九頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)目前二十頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)目前二十一頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)目前二十二頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)目前二十三頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)層定義—MetallizationLayer設(shè)置去掉通常微帶天線的地面（GND）而加FreeSpace_bottom，與上面的FreeSpace向?qū)ΨQ，這樣更加符合移動通信下天線的實(shí)際情況，對于移動通信總是希望全向的天線，這樣可以克服一般的微帶天線只能向半空輻射的缺點(diǎn)而成為全向天線。目前二十四頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)層定義—MetallizationLayer設(shè)置在Conductivity中填電導(dǎo)率，Thickness中填金屬厚度。其中銅的電導(dǎo)率為5.78E＋006，厚度為0.018mm。在這些都設(shè)置結(jié)束以后點(diǎn)擊Apply和OK就可以了。

目前二十五頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)端口定義有兩個(gè)解決的辦法，采用：兩個(gè)Differentialport一個(gè)Internalport配合一個(gè)GroundReferencePort由于在前面的層定義中取消了GND，所以不能定義SinglePort（NotAvailable）本例中采用第二種方案目前二十六頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)端口定義選中加Port。第一個(gè)Ｐort加在cond上，第二個(gè)Port加在cond2上。此時(shí)，可以選擇Options=>MidpointSnap，使得Port加在物體的中間位置。

目前二十七頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)端口定義可以雙擊端口對端口進(jìn)行修改，選擇Port對應(yīng)的層：目前二十八頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)端口定義由Momentum=>PortEditor,再用鼠標(biāo)選中端口，進(jìn)行編輯。在Port2的設(shè)置中，Associatewithportnumber中，寫入1，表示Port2是Port1的參考地。如右圖：

目前二十九頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)在Layout中設(shè)計(jì)天線全貌目前三十頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)Ｓ參數(shù)仿真—Mesh設(shè)置

在Momentum=>Mesh=>Setup中設(shè)置Mesh，Mesh的設(shè)置決定了仿真的精度。通常，MeshFrequency和NumberofCells

PerWavelength

越大，精度越高。但是這是以仿真時(shí)間的增加為代價(jià)的。有時(shí)不得不以精度的降低換取仿真時(shí)間的減小。在本例中，我們采用Mesh的默認(rèn)值，即：MeshFrequency為后面S仿真中的頻率上限值，NumberofCells

PerWavelength

為30。目前三十一頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)Ｓ參數(shù)仿真選擇Momentum中的Simulation―Sparameters

出現(xiàn)一個(gè)對話框如右圖。在SweepType中可以選擇Single，Adaptive，Linear

目前三十二頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)Ｓ參數(shù)仿真

Single表示對單個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行仿真，Adaptive表示根據(jù)曲線變化的幅度選擇不同頻率下的SamplePoint，以用最少的SamplePoint來描述圖形，因此在對大范圍的頻率掃描時(shí)，推薦使用AdaptiveType；對于Linear，是選擇上下頻率的范圍和步長，在規(guī)定頻率段和規(guī)定步長下進(jìn)行取點(diǎn)。這里選擇adaptive

目前三十三頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)Ｓ參數(shù)仿真如下圖對S參數(shù)仿真進(jìn)行設(shè)置：點(diǎn)擊update，Simulate，開始仿真。目前三十四頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)Ｓ參數(shù)仿真仿真結(jié)果：諧振頻率是剛好位于1.800GHz的，反射波損耗為-28.161dB輸入阻抗為Z0*（0.933+j0.036）=46.65+j1.8目前三十五頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)天線的帶寬對于VSWR<1.5,天線帶寬為13%(1.683GHz—1.917GHz)

對于VSWR<2.0,天線帶寬為23.8%(1.600GHz—2.026GHz)目前三十六頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)觀察遠(yuǎn)區(qū)輻射方向圖

選擇Momentum=>PostProcessing=>RadiationPattern，在彈出的對話框中：

SelectFrequency中選擇1.8GHz，因?yàn)檫@是諧振頻率。在VisualizationType中選擇3DVisualization，因?yàn)槲覀兪紫认胗^察三維視圖。在Port1Impedance中寫入端口1的輸入阻抗，這個(gè)在S11圖中我們已經(jīng)測量了，為：46.65+j1.8Ω

點(diǎn)擊Compute。目前三十七頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)觀察表面電流的分布選擇Current＝>SetPortSolutionWeights，單擊OK。然后，選擇Current=>PlotCurrents。按照相位從00->900->1800->2700，分別為：目前三十八頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)天線的輻射方向圖EEThetaEPhi目前三十九頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)觀察天線的增益

選擇Momentum=>PostProcessing=>RadiationPattern->2DDataDisplay,然后點(diǎn)擊Compute,得到：目前四十頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)觀察天線的增益目前四十一頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)觀察天線的2維E面PlanarCut又稱為垂直截面，如下圖，Phi是一定的，Theta從0-3600變化。這樣截取的平面是與Layout平面相垂直的。ConicalCut又稱為水平截面，它的Theta是確定的，而Phi是可以從0-3600變化。與Layout平面平行目前四十二頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)觀察天線的2維E面首先，觀測PlanarCut（垂直極化）。在FarField>Cut3DFarField,設(shè)置如下圖：

目前四十三頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)E平面垂直截面Phi=900EEThetaEPhi目前四十四頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)E平面水平截面Theta=450EEThetaEPhi同樣的方法可以得到水平截面下的二維E平面目前四十五頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)天線參數(shù)的優(yōu)化

使用ADSLayout中的optimization，可以完成對于天線的優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)可以對一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，也可以同時(shí)對多個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過Goal設(shè)置優(yōu)化的目標(biāo)，優(yōu)化的目標(biāo)主要是S11,S21參數(shù),但是不可以對介電常數(shù)、介質(zhì)板厚度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。下面就天線的帶寬通過調(diào)節(jié)偶極子寬度Wd進(jìn)行優(yōu)化，目的演示優(yōu)化的過程。目前四十六頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)天線參數(shù)的優(yōu)化

選擇Momentum->Optimization->parameters,進(jìn)入優(yōu)化參數(shù)設(shè)置對話框：在nominalValue填入4，表示優(yōu)化的Wd的起始值，PerturbedValue表示優(yōu)化的終止值。目前四十七頁\總數(shù)五十四頁\編于二十三點(diǎn)天線參數(shù)的優(yōu)化單擊add，會彈出一個(gè)新的窗口提供有關(guān)設(shè)置參數(shù)的信息，點(diǎn)擊OK。一個(gè)新的Layout窗口將會自動彈出。由于我們是對偶極子天線臂寬進(jìn)行設(shè)置，先用Ctrl＋鼠標(biāo)選中天線臂的四個(gè)角。如下圖