印刷(yìnshuā)偶極子天線設計第一頁，共54頁。（一）實驗(shíyàn)目的了解印刷(yìnshuā)偶極子天線的結(jié)構(gòu)和工作原理學習使用ADSMomentum設計天線的基本方法仿真，調(diào)試，優(yōu)化印刷(yìnshuā)偶極子天線第二頁，共54頁。（二）實驗(shíyàn)內(nèi)容熟悉(shúxī)ADSLayout的使用環(huán)境。使用ADS軟件設計一個1.8GHz的印刷偶極子天線。通過仿真分析該天線的性能。第三頁，共54頁。（三）微帶天線的技術(shù)指標諧振頻率(ResonanceFrequency)帶寬(Bandwidth)反射損耗(ReturnLoss)輸入阻抗(shūrùzǔkànɡ)(Impedance)增益(Gain)第四頁，共54頁。（四）印刷(yìnshuā)偶極子天線簡介

——結(jié)構(gòu)圖立體圖平面圖第五頁，共54頁。（四）印刷偶極子天線(tiānxiàn)簡介

——組成部分天線的組成包括偶極子天線臂巴倫線地板(dìbǎn)饋線通孔箭頭的方向表示(biǎoshì)了電流的流向第六頁，共54頁。1.8GHz印刷(yìnshuā)偶極子天線的尺寸第七頁，共54頁。（五）ADS軟件(ruǎnjiàn)的使用本節(jié)內(nèi)容是介紹使用ADS軟件設計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(kāishǐ)按順序詳細介紹ADS軟件的使用方法。第八頁，共54頁。ADS軟件(ruǎnjiàn)的啟動啟動ADS進入如下(rúxià)界面第九頁，共54頁。創(chuàng)建新的工程(gōngchéng)文件點擊File->NewProject設置工程文件名稱（本例中為Antenna）及存儲路徑(lùjìng)點擊LengthUnit設置長度單位為毫米第十頁，共54頁。創(chuàng)建新的工程(gōngchéng)文件（續(xù)）工程文件創(chuàng)建完畢(wánbì)后主窗口變?yōu)橄聢D第十一頁，共54頁。Layout中的背景(bèijǐng)設置直接在Main窗口(chuāngkǒu)中點擊，打開Layout窗口(chuāngkǒu)，在Layout中，選擇option-preference，對系統(tǒng)設計的背景參數(shù)進行設置。我們選擇其中的LayoutUnit，設置如右圖，選擇LayoutUnit為mm，Resolution填寫為0.0001表示精確到小數(shù)點后四位。以確保在天線設計過程中的精度。其他子菜單設置一般選擇默認。第十二頁，共54頁。在Layout中繪制(huìzhì)天線由于我們設計(shèjì)的是雙面天線，在一個介質(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。首先設計(shèjì)底層，選擇cond2，如圖第十三頁，共54頁。在Layout中繪制(huìzhì)天線由于我們設計的矩形天線，所以我們選擇，然后在窗口中選擇一點，開始(kāishǐ)畫矩形，矩形大小的控制可以看右下角的右邊的坐標，它表示相對位置的距離。同樣，點擊鼠標右鍵的“measure”，可以測量相對尺寸，如右圖：第十四頁，共54頁。在Layout中繪制(huìzhì)天線完成對底層cond2的全部設計(shèjì)，如下圖第十五頁，共54頁。在Layout中繪制(huìzhì)天線選擇：Option=>Layers,將cond2的ShapeDisplay由filled改為outlined，這樣便于(biànyú)測量尺寸?？傻糜覉D：第十六頁，共54頁。在Layout中繪制(huìzhì)天線將設計的層面改為cond，重復上面的設計，完成對于頂層cond的設計，可以(kěyǐ)得到右圖：圖中，紅色是對應(duìyìng)cond層（頂層），黃色對應(duìyìng)cond2（底層），下面在頂層與底層之間加上一個通孔第十七頁，共54頁。在Layout中繪制(huìzhì)天線下面在cond與cond2層之間加一個(yīɡè)通孔（Via），選擇層為：加通孔，因為(yīnwèi)是圓形的通孔，所以選擇，如下圖：這樣就完成了天線尺寸的基本設計。

第十八頁，共54頁。層定義(dìngyì)

這是至關(guān)重要的一步。由Momentum=>Substrate=>Create/Modify，進入層定義對話窗口。作如下(rúxià)設置：將地面GND的邊界由Closed改為Open（1），然后點擊左下角的Add，增加一層Alumina_0（2），并且把這一層重新定義如下(rúxià)所示（3），即跟上面的FreeSpace定義完全一樣，重新命名為FreeSpace_bottom，當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(rúxià)圖所示：

第十九頁，共54頁。第二十頁，共54頁。第二十一頁，共54頁。第二十二頁，共54頁。第二十三頁，共54頁。層定義(dìngyì)—MetallizationLayer設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(zhīnénɡ)向半空輻射的缺點而成為全向天線。第二十四頁，共54頁。層定義(dìngyì)—MetallizationLayer設置在Conductivity中填電導率，Thickness中填金屬厚度。其中銅的電導率為5.78E＋006，厚度為0.018mm。在這些都設置(shèzhì)結(jié)束以后點擊Apply和OK就可以了。第二十五頁，共54頁。端口定義(dìngyì)有兩個解決的辦法(bànfǎ)，采用：兩個Differentialport一個Internalport配合一個GroundReferencePort由于在前面的層定義中取消(qǔxiāo)了GND，所以不能定義SinglePort（NotAvailable）本例中采用第二種方案第二十六頁，共54頁。端口定義(dìngyì)選中加Port。第一個Ｐort加在cond上，第二個Port加在cond2上。此時，可以選擇Options=>MidpointSnap，使得Port加在物體(wùtǐ)的中間位置。

第二十七頁，共54頁。端口定義(dìngyì)可以雙擊端口對端口進行修改(xiūgǎi)，選擇Port對應的層：第二十八頁，共54頁。端口定義(dìngyì)由Momentum=>PortEditor,再用鼠標選中端口，進行編輯(biānjí)。在Port2的設置中，Associatewithportnumber中，寫入1，表示Port2是Port1的參考地。如右圖：第二十九頁，共54頁。在Layout中設計天線(tiānxiàn)全貌第三十頁，共54頁。Ｓ參數(shù)(cānshù)仿真—Mesh設置在Momentum=>Mesh=>Setup中設置Mesh，Mesh的設置決定了仿真的精度。通常，MeshFrequency和NumberofCellsPerWavelength越大，精度越高。但是這是以仿真時間的增加為代價的。有時(yǒushí)不得不以精度的降低換取仿真時間的減小。在本例中，我們采用Mesh的默認值，即：MeshFrequency為后面S仿真中的頻率上限值，NumberofCellsPerWavelength為30。第三十一頁，共54頁。Ｓ參數(shù)(cānshù)仿真選擇(xuǎnzé)Momentum中的Simulation―Sparameters出現(xiàn)一個(yīɡè)對話框如右圖。在SweepType中可以選擇Single，Adaptive，Linear第三十二頁，共54頁。Ｓ參數(shù)(cānshù)仿真Single表示對單個頻率點進行仿真，Adaptive表示根據(jù)(gēnjù)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，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)定步長下進行取點。這里選擇adaptive

第三十三頁，共54頁。Ｓ參數(shù)(cānshù)仿真如下圖對S參數(shù)(cānshù)仿真進行設置：點擊update，Simulate，開始仿真。第三十四頁，共54頁。Ｓ參數(shù)(cānshù)仿真仿真(fǎnɡzhēn)結(jié)果：諧振頻率是剛好位于1.800GHz的，反射(fǎnshè)波損耗為-28.161dB輸入阻抗為Z0*（0.933+j0.036）=46.65+j1.8第三十五頁，共54頁。天線(tiānxiàn)的帶寬對于VSWR<1.5,天線(tiānxiàn)帶寬為13%(1.683GHz—1.917GHz)對于VSWR<2.0,天線(tiānxiàn)帶寬為23.8%(1.600GHz—2.026GHz)第三十六頁，共54頁。觀察(guānchá)遠區(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，因為這是諧振頻率(pínlǜ)。在VisualizationType中選擇3DVisualization，因為我們首先想觀察三維視圖。在Port1Impedance中寫入端口1的輸入阻抗，這個在S11圖中我們已經(jīng)測量了，為：46.65+j1.8Ω點擊Compute。第三十七頁，共54頁。觀察表面(biǎomiàn)電流的分布選擇(xuǎnzé)Current＝>SetPortSolutionWeights，單擊OK。然后，選擇(xuǎnzé)Current=>PlotCurrents。按照相位從00->900->1800->2700，分別為：第三十八頁，共54頁。天線(tiānxiàn)的輻射方向圖

EEThetaEPhi第三十九頁，共54頁。觀察天線(tiānxiàn)的增益選擇Momentum=>PostProcessing=>RadiationPattern->2DDataDisplay,然后點擊(diǎnjī)Compute,得到：第四十頁，共54頁。觀察(guānchá)天線的增益第四十一頁，共54頁。觀察(guānchá)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(zhèyàng)截取的平面是與Layout平面相垂直的。ConicalCut又稱為(chēnɡwéi)水平截面，它的Theta是確定的，而Phi是可以從0-3600變化。與Layout平面平行第四十二頁，共54頁。觀察(guānchá)天線的2維E面首先(shǒuxiān)，觀測PlanarCut（垂直極化）。在FarField>Cut3DFarField,設置如下圖：第四十三頁，共54頁。E平面垂直(chuízhí)截面Phi=900

EEThetaEPhi第四十四頁，共54頁。E平面水平(shuǐpíng)截面Theta=450

EEThetaEPhi同樣(tóngyàng)的方法可以得到水平截面下的二維E平面第四十五頁，共54頁。天線(tiānxiàn)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)化時可以對一個參數(shù)(cānshù)進行優(yōu)化，也可以同時對多個參數(shù)(cānshù)進行優(yōu)化。通過Goal設置優(yōu)化的目標，優(yōu)化的目標主要是S11,S21參數(shù)(cānshù),但是不可以對介電常數(shù)、介質(zhì)板厚度等參數(shù)(cānshù)進行優(yōu)化。下面就天線的帶寬(dàikuān)通過調(diào)節(jié)偶極子寬度Wd進行優(yōu)化，目的演示優(yōu)化的過程。第四十六頁，共54頁。天線(tiānxiàn)參數(shù)的優(yōu)化選擇(xuǎnzé)Momentum->Optimization->parameters,進入優(yōu)化參數(shù)設置對話框：在nominalValue填入4，表示(biǎoshì)優(yōu)化的Wd的起始值，PerturbedValue表示(biǎoshì)優(yōu)化的終止值。第四十七頁，共54頁。輸入阻抗為Z0*（0.天線(tiānxiàn)的實物圖觀察(guānchá)天線的2維E面在本例中，我們采用Mesh的默認值，即：MeshFrequency為后面S仿真中的頻率上限值，NumberofCellsPerWavelength為30。選擇(xuǎnzé)Momentum中的Simulation―SparametersE平面垂直(chuízhí)截面Phi=900第三十五頁，共54頁。下面開始(kāishǐ)按順序詳細介紹ADS軟件的使用方法。端口定義(dìngyì)選擇(xuǎnzé)Momentum->Optimization->parameters,進入優(yōu)化參數(shù)設置對話框：通常，MeshFrequency和NumberofCellsPerWavelength越大，精度越高。反射損耗(ReturnLoss)一個Internalport配合一個GroundReferencePort天線(tiānxiàn)參數(shù)的優(yōu)化第四十一頁，共54頁。天線(tiānxiàn)參數(shù)的優(yōu)化天線(tiānxiàn)參數(shù)的優(yōu)化單擊add，會彈出一個新的窗口提供有關(guān)設置參數(shù)的信息(xìnxī)，點擊OK。一個新的Layout窗口將會自動彈出。由于我們是對偶極子天線臂寬進行設置，先用Ctrl＋鼠標選中天線臂的四個