基于ADS的微帶縫隙天線的仿真設計

1、課程設計說明課題：基于ads的微帶縫隙天線仿真設計學院(系):年級專業(yè)：號碼：學生姓名：講師：教師職稱：基于ads的微帶縫隙天線仿真設計摘要：通信系統(tǒng)的發(fā)展給天線行業(yè)帶來了巨大的活力。在眾多天線類型中，微帶天線已成為當前研究的前沿之一，具有廣闊的前景和現(xiàn)實意義。尤其是微帶縫隙天線，由于其重量輕、截面薄、平面結(jié)構(gòu)、易于與載體共形、饋電網(wǎng)絡可與天線結(jié)構(gòu)一起制作等優(yōu)點，引起了天線工作者的廣泛關(guān)注。本文對中心頻率為880mhz、相對帶寬b=5%、介質(zhì)板厚度h=1.6mm、損耗角正切tan=0.0018、介電常數(shù)er=2.3的微帶縫隙天線進行了研究、仿真和優(yōu)化。關(guān)鍵詞：廣告；微帶縫隙天線：模擬設計；基于

2、ads仿真的微帶縫隙天線設計:通信系統(tǒng)的發(fā)展給天線行業(yè)帶來了活力，在眾多類型的天線中微帶天線已經(jīng)成為當前研究的前沿之一，具有廣闊的前景和現(xiàn)實意義。特別是微帶縫隙天線，以其重量輕、截面薄、結(jié)構(gòu)平坦以及易于與共形載體、饋電網(wǎng)絡相結(jié)合等優(yōu)點，可以制成具有這種結(jié)構(gòu)的天線，引起了天線工作者的廣泛關(guān)注。本文對一個工作中心頻率為880 mhz、相對帶寬為b=5%、介質(zhì)板厚度h=1.6 mm、損耗角正切tan=0.0018、介電常數(shù)er=2.3的微帶縫隙天線進行了研究和仿真優(yōu)化。關(guān)鍵詞：廣告；微帶縫隙天線模擬設計；學習目的1.學習射頻電路的理論知識；2.掌握ads并設計微帶天線；3.利用ads設計了中心頻率為

3、880兆赫、相對帶寬為5%的微帶縫隙天線。學習設備高級設計系統(tǒng)軟件廣告軟件介紹高級設計系統(tǒng)的全稱是ads，是安捷倫在2008年推出的eda軟件的新版本。經(jīng)過多年的發(fā)展，ads在仿真功能和技術(shù)上已經(jīng)越來越完善。它最大的特點是集成電路級、電路級和系統(tǒng)級仿真模板的集成。它包含基于矩量法的電磁仿真模板。ads動量是一個2.5d電磁模擬器，它簡化了3d，非常適合在第三維空間中具有均勻變化的結(jié)構(gòu)的模擬，例如印刷電路板級設計和無源板級器件設計。其仿真速度極快，精度相當于主流的三維電磁仿真軟件。天線基礎(chǔ)天線的性能直接影響整個無線通信的性能。一般來說，表征天線性能的主要參數(shù)包括方向特性、增益、輸入阻抗、駐波比、

4、極化特性等。(1)天線的極化模式天線的極化是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度的方向垂直于地面時，這種電波稱為垂直極化波。當電場強度的方向平行于地面時，這種電波稱為水平極化波。由于無線電波的特性，當水平極化信號接近地面時，會在地球表面產(chǎn)生極化電流。極化電流受大地阻抗的影響會產(chǎn)生熱能，使電場信號迅速衰減，而垂直極化模式不易產(chǎn)生極化電流，避免了能量的大幅度衰減，保證了信號的有效傳播。(2)天線增益天線增益是用來衡量天線在特定方向發(fā)送和接收信號的能力，是選擇基站天線最重要的參數(shù)之一。(3)天線阻抗天線輸入阻抗：是天線饋電端輸入電壓和輸入電流的比值。在天線與饋線的連接中，最佳情況是天線的輸入阻

5、抗為純電阻，等于饋線的特征阻抗。此時，饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率平滑變化。天線的匹配工作是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使阻抗分量盡可能接近饋線的特征阻抗。匹配一般由四個參數(shù)來衡量，即反射系數(shù)、行波系數(shù)、駐波比和回波損耗。這四個參數(shù)之間有一個固定的數(shù)值關(guān)系，其中一個純粹是出于習慣。在日常維護中，我們使用更多的駐波比和回波損耗。通常，移動通信天線的輸入阻抗為50歐姆或75歐姆。微帶縫隙天線的仿真1.設計示例設計了中心頻率為880兆赫的微帶縫隙天線和相對帶寬為5%的寬帶縫隙天線。介質(zhì)板的介電常數(shù)為er=2.3，損耗角正切=0.0018，厚度h=1.6 mm。在本例中

6、，微帶縫隙天線采用偏心雙線饋電方式，有利于天線帶寬的擴展。天線的型號如圖1所示。圖1偏心雙線饋電的微帶縫隙天線2.具體步驟2。廣告模擬(1)新項目在開始菜單中選擇“高級設計系統(tǒng)2009 高級設計系統(tǒng)”，在主窗口中，通過單擊下拉菜單“文件新項目.”，創(chuàng)建一個名為“aperture_antenna”的新項目，并將公司選擇為“毫米”。(2)設置布局層在本例中，需要兩個布局層，因此首先設置了兩個布局層，分別命名為cond1和cond2。其中cond1是微帶饋線所在的布局層；第二層是開槽接地板所在的布局層。在布局工作區(qū)點擊鼠標右鍵，從彈出的快捷菜單中點擊【圖層】命令，彈出“圖層編輯器”對話框，點擊【剪切

7、】按鈕，刪除所有默認的布局圖層。點擊【新建】按鈕，創(chuàng)建兩個金屬層cond1和cond2，同時，為了便于觀察，在布局中選擇圖形顯示為輪廓線，如圖2所示。圖2布局層設置窗口(3)創(chuàng)建接地板模型點擊工具欄中的矩形繪制工具，執(zhí)行菜單命令【插入】【坐標輸入】，在彈出的對話框中輸入矩形接地板的初始坐標值(0，0)，點擊【應用】按鈕，輸入接地板的終點(220，145)，點擊【確定】按鈕，如圖所示。雙擊創(chuàng)建的地板塊圖，彈出圖的屬性對話框，如圖3所示，從下拉列表中選擇布局層“cond2”。圖3輸入接地板坐標使用矩形或多邊形繪圖工具創(chuàng)建一個矩形間隙，并輸入間隙起點和終點的坐標(57，62)和(163，83.5)。

8、請注意，此處的間隙不能與先前創(chuàng)建的接地板的布局層在同一層上。雙擊創(chuàng)建的間隙，并在屬性對話框的圖層選項中選擇“cond1”。因為使用布爾邏輯工具將在接地板上切出一個間隙，所以當使用布爾邏輯工具時，要求布爾代數(shù)的兩個圖形必須在不同的布局層上。下面使用布爾邏輯工具創(chuàng)建一個帶狹縫的接地板。按住ctrl鍵，選擇如圖所示創(chuàng)建的間隙和接地板，執(zhí)行菜單命令編輯布爾邏輯，彈出“層間布爾邏輯運算”對話框，如圖6所示。從第一層的圖形中減去第二層的圖形，布爾減法后的圖形選擇第二層作為其布局層。布爾減法后的圖形如圖4所示。如圖5所示，在層設置中，cond2層被改變?yōu)楣腆w顯示。從圖中可以清楚地看到，在接地板的中心有一個缺

9、口。圖4布爾減法后的接地板圖5在立體顯示后變?yōu)榻拥匕?4)創(chuàng)建微帶饋線模型首先，利用ads中的線寬工具計算50歐姆和100歐姆的線寬。根據(jù)線寬計算，50歐姆的線寬為5.3毫米，100歐姆的線寬為1.54毫米根據(jù)圖1所示的饋線尺寸，矩形工具或多邊形工具可以用于通過模仿前面的方法來創(chuàng)建微帶饋線，如圖6所示。確保進料器的層屬性為cond1。如果布局圖層不是cond1，請根據(jù)前面的方法在屬性對話框中將其更改為cond1。圖6微帶縫隙天線模型(5)創(chuàng)建微帶襯底設置執(zhí)行菜單命令【動量】【基底】【創(chuàng)建/修改】，在彈出的對話框中設置基底的基本參數(shù)。將介質(zhì)板的厚度設置為1.6毫米，介質(zhì)板的介電常數(shù)設置為2.3，

10、損耗角正切設置為0.0018，如圖7所示。圖7設置基底參數(shù)(6)布局層映射選擇“布局層”標簽，如圖8所示，將cond1和cond2粘貼到介質(zhì)板的兩側(cè)，映射后點擊【確定】按鈕。(7)端口設置單擊工具欄中的圖標，分別在cond1層和cond2層添加端口。注意：端口所在的布局層必須與其對應的對象位于同一層。如果要將端口添加到cond1層，端口的布局層屬性也應設置為cond1。執(zhí)行菜單命令矩端口編輯器，然后返回布局工作區(qū)，單擊添加的端口，并將端口1的類型設置為“內(nèi)部”，端口2的類型設置為“地面參考”。圖8布局層映射(6)s參數(shù)模擬設置執(zhí)行菜單命令【動量】【仿真】【s參數(shù)】，彈出s參數(shù)仿真控制界面，在仿

11、真控制界面設置頻率起點。點擊模擬按鈕模擬s參數(shù)。電磁模擬所需的時間與天線的尺寸有很大關(guān)系。天線越大，模擬時間越長。最終模擬的s參數(shù)如圖9所示。從圖中可以看出，天線的中心頻率為880兆赫，中心頻率的s11達到-35.297分貝，帶寬范圍為836兆赫至924兆赫，相對帶寬達到5%。圖9模擬后的s11性能在工程中，通常會考慮電壓駐波比(vswr)，因此有必要在ads中編輯vswr公式，將s11性能轉(zhuǎn)換為vswr性能。在數(shù)據(jù)顯示窗口中，單擊圖標并將其拖動到空白工作區(qū)，然后在宣傳欄中輸入vswr公式。編輯完vawr公式后，點擊【確定】。回到工具欄，單擊圖標，并將其拖到一個空的工作區(qū)。最終的vswr曲線如

12、圖10所示。圖10模擬后的s11性能(6)后處理執(zhí)行菜單命令【動量】【后處理】【輻射模式】，在彈出的對話框中選擇要研究的激發(fā)源和端口阻抗的頻率、視覺模式、振幅和相位，點擊【計算】按鈕進行計算。在右側(cè)顯示區(qū)，可以看到天線的三維圖和遠場三維方向圖，如圖11所示。圖of f=880 mhz的遠場模式在“解決方案設置”中選擇頻率為880兆赫，在繪圖屬性對話框中選擇當前顯示模式為箭頭顯示，并根據(jù)對數(shù)刻度顯示當前振幅。電流分布可以在右側(cè)顯示圖像區(qū)域看到，如圖12所示。圖f=880兆赫縫隙天線的電流分布通常，選擇兩個正交平面來描述天線。在這里，我們將繪制一個xoz平面和yoz平面的二維圖。執(zhí)行菜單命令【動量

13、】【后處理】【輻射模式】，在彈出的對話框中選擇2d作為視覺模式。選擇“2d設置”選項卡，并在圖形中設置xoz平面和yoz平面。其中，xoz平面對應的切割角度為00，yoz平面對應的切割角度為900。以xoz平面為例，設計了如圖13所示的xoz平面二維特性和如圖14所示的xoz平面偏振特性。圖13 xoz平面上的二維特性圖14 xoz平面上的偏振特性(7)優(yōu)化設計中心頻率為880兆赫，帶寬為836 924兆赫。最終示意圖如下所示。圖15最終示意圖摘要通過研究ads，我對微帶縫隙天線的設計有了更深的了解，尤其是不同類型微帶縫隙天線的工作原理和各種微帶縫隙天線的設計。另外，通過實際需要的微帶縫隙天線的設計，提高了我的實踐能力，通過ad