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1、（二）设计(shj)要求用陶瓷基片（r9.8），厚度h1.27mm，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h1.27mm，0.635mm，0.254mm。其中1.27mm的基片有较高的天线效率(xiol)，较宽的带宽以及较高的增益。第1页/共44页第一页，共45页。（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(xsh)谐振频率处反射系数(xsh)天线效率第2页/共44页第二页，共45页。（四）设计的总体(zngt)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(xigi)Layout
2、，再次仿真，完成天线设计第3页/共44页第三页，共45页。（五）相关(xinggun)参数的计算需要进行计算的参数有贴片宽度(kund)W贴片长度L馈电点的位置z馈线的宽度(kund)第4页/共44页第四页，共45页。（五）相关参数(cnsh)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(kuxin)的宽度可以由TransmissionLineCalculator 软件计算得出第5页/共44页第五页，共45页。（五）相关参数(cnsh)的计算（续）第6页/共44页第六页，共45页。（六）用ADS设计(shj)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
3、了下面详细介绍( jisho)设计过程第7页/共44页第七页，共45页。ADS软件(runjin)的启动启动ADS进入( jnr)如下界面第8页/共44页第八页，共45页。创建(chungjin)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(dki)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PreferencesLayoutUnits，如下图所示第9页/共44页第九页，共45页。设定度量(dling)单位第10页/共44页第十页，共45页。介质(jizh)层设置在ADS的Layout中进行(
4、jnxng)设计，介质层和金属层的设置很重要在菜单栏里选择MomentumSubstrateCreate/Modify，在SubstrateLayer标签里，保留FreeSpace和/GND/的设置不变，点击Alumina层，修改其设置为：第11页/共44页第十一页，共45页。介质(jizh)层设置（续）第12页/共44页第十二页，共45页。金属(jnsh)层设置点击MetallizationLayers标签，在LayoutLayer下拉框中选择cond，然后(rnhu)在右边的Definition下拉框中选择Sigma（Re，thickness），参数设置如下页图。然后(rnhu)在Subs
5、trateLayer栏中选择“-”后，点击“Strip”按钮，这将看到“-Stripcond”。一切完成后，点击OK。第13页/共44页第十三页，共45页。金属(jnsh)层设置（续）第14页/共44页第十四页，共45页。在Layout中制版(zhbn)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vcond，再按照前面计算出来的尺寸(chcun)作图。最后在馈线端加入端口第15页/共44页第十五页，共45页。在Layout中制版(zhbn)（续）第16页/共44页第十六页，共45页。仿真(fnzhn)预设置在进行layout仿真之前(zhqin)，先要进行预设置。在菜
6、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“MeshFrequency”和“NumberofCellsperWavelength”设置得小一点第17页/共44页第十七页，共45页。仿真(fnzhn)预设置（续）第18页/共44页第十八页，共45页。进行(jnxng)仿真点击Momentum-Simulation-S-parameter弹出仿真设置窗口，该窗口右侧(yuc)的SweepType选择Linear，Start、Stop分别选为2.5GHz、3.5GHz，FrequencySte
7、p选为0.05GHz。Update后，点击Simulation按钮。第19页/共44页第十九页，共45页。仿真(fnzhn)结果第20页/共44页第二十页，共45页。对仿真(fnzhn)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(zubio)原点还有相当的距离。在3GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15j22.1第21页/共44页第二十一页，共45页。总体(zngt)的2D辐射方向图第22页/共44页第二十二页，共45页。在
8、原理图中进行(jnxng)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(pnl)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）5.15j22.1，这可以等效为一个电阻和电容的串连。第23页/共44页第二十三页，共45页。匹配(ppi)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( jsun)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第24页/共44页第二十四页
9、，共45页。匹配(ppi)过程新建一个Schematic文件(wnjin)，绘出如下的电路图：第25页/共44页第二十五页，共45页。匹配(ppi)过程（续）其中TL1和TL2的L是待优化的参量(cnling)，初值取10mm，优化范围是1mm到20mm。设置好MSub的值第26页/共44页第二十六页，共45页。匹配(ppi)过程（续）插入S参数(cnsh)优化器，一个Goal。其中Goal的参数(cnsh)设置如下：这里dB（S（1，1）的最大值设为-50dB，是因为在Schematic中的仿真要比在Layout中的仿真理想得多，所以要求设置得比较高，以期在Layout中有较好的表现。第27
10、页/共44页第二十七页，共45页。匹配(ppi)过程（续）设置好OPTIM。常用的优化方法有Random(随机(suj)、Gradient(梯度)等。随机(suj)法通常用于大范围搜索，梯度法则用于局部收敛。这里选择Random。优化次数可以选得大些。这里设为300。其他的参数一般设为缺省即可。第28页/共44页第二十八页，共45页。匹配(ppi)过程（续）优化电路图为：第29页/共44页第二十九页，共45页。匹配(ppi)过程（续）点击(dinj)仿真按钮，当CurrentEF0时，优化目标完成。把它update到原理图上（SimulateUpdateOpimizationValues）。D
11、eactivate优化器。最终原理图如下：第30页/共44页第三十页，共45页。匹配(ppi)过程（续）第31页/共44页第三十一页，共45页。原理图中的仿真(fnzhn)点击仿真(fnzhn)按钮，可以看到仿真(fnzhn)结果为：第32页/共44页第三十二页，共45页。原理图中的仿真(fnzhn)（续）放置Marker可以(ky)得到更详细的数据在中心频率f3GHz处，S(1,1)的幅值是5.539E-4，可见已经达到相当理想的匹配。第33页/共44页第三十三页，共45页。修改(xigi)Layout参照Schematic计算出来的结果，修改(xigi)Layout图形如下第34页/共44
12、页第三十四页，共45页。两点说明(shumng)由于这里是手工(shugng)布板，而不是由Schematic自动生成的，传输线的长度可能需要稍作调整(但不超过1mm)。注意要把原先的3mm馈线长度也算进去。为了方便输入，在电路的左端加了一段50的传输线。其长度对最终仿真结果的影响微乎其微。这里取1mm。第35页/共44页第三十五页，共45页。仿真(fnzhn)结果按照(nzho)前述的步骤进行仿真，仿真结果是第36页/共44页第三十六页，共45页。仿真(fnzhn)结果（续）为了较精确( jngqu)地给出匹配的结果，我们将仿真频率范围设为2.9GHz到3.1GHz，步长精确( jngqu)
13、到10MHz。可见进行原理图匹配的结果是十分理想的。下面具体给出一些仿真结果。第37页/共44页第三十七页，共45页。总体(zngt)的2D辐射方向图第38页/共44页第三十八页，共45页。天线增益(zngy)和方向性系数第39页/共44页第三十九页，共45页。天线(tinxin)效率第40页/共44页第四十页，共45页。（七）设计(shj)小结矩形微带天线设计是微带天线设计的基础(jch)，然而作为一名新手，想熟练顺利地掌握其设计方法与流程却也有些路要走。多仿照别人的例子操作，多自己动手亲自设计，多看帮助文件，是进入射频与微波设计殿堂的不是捷径的捷径。第41页/共44页第四十一页，共45页。
14、（七）设计(shj)小结（续）一般来说，按照(nzho)公式计算出来的矩形天线其反射系数都还会比较大的，在圆图中反映出来的匹配结果也不是很理想。这也许是由一些公式的近似导致的，但这也使电路匹配成为设计工作必不可少的一环。在用Schematic进行天线的匹配时，以S11为目标利用仿真优化器来求所需传输线长度的方法，是一种省时省力有效的方法。第42页/共44页第四十二页，共45页。Thankyou！fugw2003.6第43页/共44页第四十三页，共45页。谢谢(xi xie)大家观赏！第44页/共44页第四十四页，共45页。内容(nirng)总结（二）设计要求。第1页/共44页。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。在菜单栏里选择MomentumSubstrateCreate/Modify。在进行layout仿真之前，先要进行预设置。天线在3GHz下的输入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15j22.1，这可以(ky)等效为一个电阻和电容的串连。常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等第四十五页，共45页。
