实验一微带天线的设计与仿真文档格式.docx
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我采用的介质基片,
εr=9.8,h=1.27mm。
理由是它的介电系数和厚度适中,在2.5GHz附近能达到较高的天线效率。
并且带宽相对较高。
由公式:
=25.82mm
贴片宽度经计算为25.82mm。
=8.889;
Dl=0.543mm;
可以得到矩形贴片长度为:
=18.08mm
馈电点距上边角的距离z计算如下:
(
条件下)
得到:
z=8.5966mm
利用ADS自带的计算传输线的软件LineCalc来计算传输线的宽度,设置如下:
计算结果:
在这类介质板上,2.5GHz时候50Ω传输线的宽度为1.212mm。
2、计算
基于ADS系统的一个比较大的弱点:
计算仿真速度慢。
特别是在layout下的速度令人
无法承受,所以先在sonnet下来进行初步快速仿真。
判断计算值是否能符合事实。
sonnet中的仿真电路图如下:
S11图象如下:
可见,按照公式计算出来的数据大致符合事实上模拟出来的结果。
但是发现中心频率发生了偏移,这主要是由于公式中很多的近似引起的。
主要的近似是下面公式引起
因为计算的时候没有符合
的条件(W=25.82mm,而λ0=120mm,相对之下,它们间的差距不是非常大),因此会引起和事实的不符。
由于较为符合设想的结果,下面是本人利用ADS软件来进行天线的计算:
首先,打开一个layout文件,设定其单位如下:
然后打开Momentum/Substrate/Create/Modify,参数设置如下:
再设置MetallizationLayers上参数如下;
原始图画如下:
各个参数定义如图,经过仿真,得到如下图象:
得到了和sonnet仿真类似的图象,此时在2.5GHz下,S11=Z0(3.118+j4.771)
然后进行远区场的模拟(在2.5GHz时候):
主要的功率增益,方向性系数和效率图如下:
在0度的时候,天线增益为4.142dB,方向性为5.702dB。
由于天线中心不是在2.5GHz下,并且反射系数最小值也有-2.807dB。
所以要进行匹配。
三、匹配
打开一个Schematic文件,将天线输入阻抗等效为一个纯电阻与一个电感串联后接地。
在2.5GHz条件下,采用L型网络匹配方式。
具体为串联一根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。
具体电路匹配如图所示:
此时匹配后的输出S11为0.027,如下所示
此时已经差不多实现了匹配,接下来将它画入电路板中。
如图,实现了最终的电路图。
其中在电路的左端加一端50欧姆阻抗线,为了方便输入。
它的长度任定,这里取1~2mm。
用计算机模拟,得到输出S11图象如下:
可见此时天线已经实现了匹配,天线的中心在2.5GHz,它的大小为0.1。
带宽大致为60MHz左右,相对带宽为:
2.4%
再次看天线的远处辐射场,如图:
作为与前面的增益相对照,发现大致和匹配前相似,有略微减小是因为导线对电磁波的损耗引起的。
二、实验心得:
用ads制作天线能够达到高精度,它与sonnet的不同在于它可以进行阻抗匹配的计算,
使得天线更能符合实际的要求。
由于ADS仿真比较慢,因此在初步设计的时候最好先用sonnet进行仿真,然后利用ADS的匹配工具进行匹配。
便能方便精确的设计出一个好的天线。
从这个天线的设计中也可以发现,矩形贴片微带天线的带宽相对较小,这样就对下面的滤波器的设计提出了更高的要求。
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- 实验 微带 天线 设计 仿真
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