印刷偶極子天線設(shè)計(jì)ppt課件

1、實(shí)驗(yàn)四印刷偶極子天線的印刷偶極子天線的設(shè)計(jì)與調(diào)試設(shè)計(jì)與調(diào)試 1；.（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬?shí)驗(yàn)?zāi)康膎了解印刷偶極子天線的結(jié)構(gòu)和工作原理n學(xué)習(xí)使用ADS Momentum設(shè)計(jì)天線的基本方法n仿真，調(diào)試，優(yōu)化印刷偶極子天線2；.（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容n熟悉ADS Layout的使用環(huán)境。n使用ADS軟件設(shè)計(jì)一個(gè)1.8GHz的印刷偶極子天線。n通過仿真分析該天線的性能。3；.（三）微帶天線的技術(shù)指標(biāo)（三）微帶天線的技術(shù)指標(biāo)n諧振頻率(Resonance Frequency)n帶寬(Bandwidth)n反射損耗(Return Loss)n輸入阻抗(Impedance)n增益(Gain)4；.（四）

2、印刷偶極子天線簡介四）印刷偶極子天線簡介 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 立體圖 平面圖5；.（四）印刷偶極子天線簡介（四）印刷偶極子天線簡介 組成部分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6；.1.8GHz印刷偶極子天線的尺寸印刷偶極子天線的尺寸偶極子天線臂 Ld=29mm Wd=6mm Gap g2=3mm 微帶巴倫 Lb=25mm Lh=3mm Gap g1=1mm Wf=3mm Wb=5mm Wh=3mm 通孔 r=0.4mm 地板 Lg=12mm Wg=19mm 7；.（五）（五）ADS軟件的使用軟件的使用n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

3、：包括Layout繪制、層定義、端口定義、仿真，優(yōu)化等。n下面開始按順序詳細(xì)介紹ADS軟件的使用方法。8；.ADS軟件的啟動(dòng)軟件的啟動(dòng)n啟動(dòng)ADS進(jìn)入如下界面9；.創(chuàng)建新的工程文件創(chuàng)建新的工程文件n點(diǎn)擊File-New Project設(shè)置工程文件名稱（本例中為Antenna）及存儲(chǔ)路徑n點(diǎn)擊Length Unit設(shè)置長度單位為毫米10；.創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）創(chuàng)建新的工程文件（續(xù)）n工程文件創(chuàng)建完畢后主窗口變?yōu)橄聢D11；.Layout中的背景設(shè)置中的背景設(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(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景參數(shù) 進(jìn)行設(shè)

4、置。我們選擇其中的Layout Unit ，設(shè)置如右圖，選擇Layout Unit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)。 12；.在在LayoutLayout中繪制天線中繪制天線 由于我們?cè)O(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 13；.在在LayoutLayout中繪制天線中繪制天線 由于我們?cè)O(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(duì)位置的距離。 同樣，

5、點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵的“measure”，可以測(cè)量相對(duì)尺寸，如右圖： 14；.在在LayoutLayout中繪制天線中繪制天線完成對(duì)底層cond2的全部設(shè)計(jì)，如下圖 15；.在在LayoutLayout中繪制天線中繪制天線 選擇：Option=Layers,將cond2的Shape Display由filled改為outlined，這樣便于測(cè)量尺寸。可得右圖： 16；.在在LayoutLayout中繪制天線中繪制天線 將設(shè)計(jì)的層面改為cond，重復(fù)上面的設(shè)計(jì)，完成對(duì)于頂層cond的設(shè)計(jì)，可以得到右圖： 圖中，紅色是對(duì)應(yīng)cond層（頂層），黃色對(duì)應(yīng)cond2（底層），下面在頂層與底層之間加上一個(gè)通孔17

6、；.在在LayoutLayout中繪制天線中繪制天線 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)。 18；.層定義層定義 這是至關(guān)重要的一步。 由Momentum=Substrate=Create/Modify，進(jìn)入層定義對(duì)話窗口。作如下設(shè)置： 將地面GND的邊界由Closed改為Open（1 1），然后點(diǎn)擊左下角的Add，增加一層Alumina_0（2 2），并且把這一層重新定義如下所示（3 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

7、其他名字也是沒有問題的。這樣上下形成了對(duì)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，Loss Tangent為0.018（4 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： 19；.20；.21；.22；.23；.層定義層定義Metallization LayerMetallization Layer設(shè)置設(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(dòng)通信下天線的實(shí)際情況，對(duì)于移動(dòng)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。24；

8、.層定義層定義Metallization LayerMetallization Layer設(shè)置設(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5.78E006，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。 25；.端口定義端口定義有兩個(gè)解決的辦法，采用：v兩個(gè)Differential port v一個(gè)Internal port 配合一個(gè) Ground Reference Port 由于在前面的層定義中取消了GND，所以不能定義Single Port（Not Available）本例中采用第二種方案26；.端口定義端口定

9、義 選中 加Port。第一個(gè)ort加在cond上，第二個(gè)Port加在cond2上。此時(shí)，可以選擇Options=Midpoint Snap，使得Port加在物體的中間位置。 27；.端口定義端口定義可以雙擊端口對(duì)端口進(jìn)行修改 ，選擇Port對(duì)應(yīng)的層：28；.端口定義端口定義 由Momentum = Port Editor,再用鼠標(biāo)選中端口，進(jìn)行編輯。在Port 2的設(shè)置中，Associate with port number中，寫入1，表示Port2是Port1的參考地。如右圖： 29；.在Layout中設(shè)計(jì)天線全貌30；.參數(shù)仿真參數(shù)仿真MeshMesh設(shè)置設(shè)置 在Momentum = Me

10、sh =Setup中設(shè)置Mesh，Mesh的設(shè)置決定了仿真的精度。通常，Mesh Frequency和 Number of Cells Per Wavelength 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：Mesh Frequency為后面S仿真中的頻率上限值， Number of Cells Per Wavelength 為30。31；.參數(shù)仿真參數(shù)仿真選擇Momentum中的SimulationSparameters 出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框如右圖。在Sweep Type 中可以選擇Single，Adapti

11、ve，Linear 32；.參數(shù)仿真參數(shù)仿真 Single表示對(duì)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Sample Point，以用最少的Sample Point來描述圖形，因此在對(duì)大范圍的頻率掃描時(shí)，推薦使用Adaptive Type；對(duì)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 33；.參數(shù)仿真參數(shù)仿真如下圖對(duì)S參數(shù)仿真進(jìn)行設(shè)置：點(diǎn)擊update，Simulate，開始仿真。34；.參數(shù)仿真參數(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*（

12、0.933+j0.036）=46.65+j1.8 35；.天線的帶寬天線的帶寬 對(duì)于VSWR1.5,天線帶寬為13%(1.683GHz1.917GHz) 對(duì)于VSWRPost Processing=Radiation Pattern，在彈出的對(duì)話框中： Select Frequency中選擇1.8GHz，因?yàn)檫@是諧振頻率 。在Visualization Type中選擇3D Visualization，因?yàn)槲覀兪紫认胗^察三維視圖。在Port1 Impedance中寫入端口1的輸入阻抗，這個(gè)在S11圖中我們已經(jīng)測(cè)量了，為：46.65+j1.8 點(diǎn)擊Compute。37；.觀察表面電流的分布觀察表面

13、電流的分布 選擇Current Set Port Solution Weights，單擊OK。然后，選擇Current =Plot Currents。按照相位從00-900-1800-2700，分別為：38；.天線的輻射方向圖 E E Theta E Phi39；.觀察天線的增益觀察天線的增益 選擇Momentum=Post Processing=Radiation Pattern-2D Data Display,然后點(diǎn)擊Compute,得到：40；.觀察天線的增益觀察天線的增益41；.觀察天線的觀察天線的2維維 E面面vPlanar Cut又稱為垂直截面，如下圖，Phi是一定的，Theta從

14、0-3600變化。這樣截取的平面是與Layout平面相垂直的。Conical Cut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42；.觀察天線的觀察天線的2維維 E面面 首先，觀測(cè)Planar Cut（垂直極化）。在Far Field Cut 3D Far Field,設(shè)置如下圖： 43；.E 平面平面 垂直截面垂直截面 Phi=900 E E Theta E Phi44；.E 平面平面 水平截面水平截面 Theta=450 E E Theta E Phi同樣的方法可以得到水平截面下的二維E平面45；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 使用AD

15、S Layout中的optimization，可以完成對(duì)于天線的優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)可以對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，也可以同時(shí)對(duì)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(duì)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。46；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 選擇Momentum-Optimization- parameters,進(jìn)入優(yōu)化參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：在nominal Value填入4，表示優(yōu)化的Wd的起始值，Perturbed Value表示優(yōu)化的終止值。47；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 單擊add

16、，會(huì)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(huì)自動(dòng)彈出。 由于我們是對(duì)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：48；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 選擇Edit- Move- Move Relatively.在新彈出的對(duì)話框中填入如下圖 表示相對(duì)位移為Y軸正向移動(dòng)6mm，點(diǎn)擊Apply。 可以從Layout圖中看出Wd變?yōu)榱?0mm 單擊Save Design。 回到原Layout中單擊OK，完成參數(shù)的定義，同時(shí)，新產(chǎn)生的Layout圖會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。49；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 選擇Momentum-Optimization- Goal,設(shè)置優(yōu)化的目標(biāo)，如下圖：點(diǎn)擊Add，然后點(diǎn)擊OK，結(jié)束對(duì)于優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置50；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 選擇Momentum-Optimization- Run運(yùn)行優(yōu)化，如下圖：在這里，我們選用默認(rèn)設(shè)置。然后，點(diǎn)擊左下角的Start開始進(jìn)行優(yōu)化。并彈出如下對(duì)話框：51；.天線參數(shù)的優(yōu)化天線參數(shù)的優(yōu)化 當(dāng)優(yōu)化運(yùn)行完畢之后，得到優(yōu)化后的