基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计

1、课程设计说明课题：基于ads的微带缝隙天线仿真设计学院(系):年级专业：号码：学生姓名：讲师：教师职称：基于ads的微带缝隙天线仿真设计摘要：通信系统的发展给天线行业带来了巨大的活力。在众多天线类型中，微带天线已成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景和现实意义。尤其是微带缝隙天线，由于其重量轻、截面薄、平面结构、易于与载体共形、馈电网络可与天线结构一起制作等优点，引起了天线工作者的广泛关注。本文对中心频率为880mhz、相对带宽b=5%、介质板厚度h=1.6mm、损耗角正切tan=0.0018、介电常数er=2.3的微带缝隙天线进行了研究、仿真和优化。关键词：广告；微带缝隙天线：模拟设计；基于

2、ads仿真的微带缝隙天线设计:通信系统的发展给天线行业带来了活力，在众多类型的天线中微带天线已经成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景和现实意义。特别是微带缝隙天线，以其重量轻、截面薄、结构平坦以及易于与共形载体、馈电网络相结合等优点，可以制成具有这种结构的天线，引起了天线工作者的广泛关注。本文对一个工作中心频率为880 mhz、相对带宽为b=5%、介质板厚度h=1.6 mm、损耗角正切tan=0.0018、介电常数er=2.3的微带缝隙天线进行了研究和仿真优化。关键词：广告；微带缝隙天线模拟设计；学习目的1.学习射频电路的理论知识；2.掌握ads并设计微带天线；3.利用ads设计了中心频率为

3、880兆赫、相对带宽为5%的微带缝隙天线。学习设备高级设计系统软件广告软件介绍高级设计系统的全称是ads，是安捷伦在2008年推出的eda软件的新版本。经过多年的发展，ads在仿真功能和技术上已经越来越完善。它最大的特点是集成电路级、电路级和系统级仿真模板的集成。它包含基于矩量法的电磁仿真模板。ads动量是一个2.5d电磁模拟器，它简化了3d，非常适合在第三维空间中具有均匀变化的结构的模拟，例如印刷电路板级设计和无源板级器件设计。其仿真速度极快，精度相当于主流的三维电磁仿真软件。天线基础天线的性能直接影响整个无线通信的性能。一般来说，表征天线性能的主要参数包括方向特性、增益、输入阻抗、驻波比、

4、极化特性等。(1)天线的极化模式天线的极化是指天线辐射时形成的电场强度方向。当电场强度的方向垂直于地面时，这种电波称为垂直极化波。当电场强度的方向平行于地面时，这种电波称为水平极化波。由于无线电波的特性，当水平极化信号接近地面时，会在地球表面产生极化电流。极化电流受大地阻抗的影响会产生热能，使电场信号迅速衰减，而垂直极化模式不易产生极化电流，避免了能量的大幅度衰减，保证了信号的有效传播。(2)天线增益天线增益是用来衡量天线在特定方向发送和接收信号的能力，是选择基站天线最重要的参数之一。(3)天线阻抗天线输入阻抗：是天线馈电端输入电压和输入电流的比值。在天线与馈线的连接中，最佳情况是天线的输入阻

5、抗为纯电阻，等于馈线的特征阻抗。此时，馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率平滑变化。天线的匹配工作是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使阻抗分量尽可能接近馈线的特征阻抗。匹配一般由四个参数来衡量，即反射系数、行波系数、驻波比和回波损耗。这四个参数之间有一个固定的数值关系，其中一个纯粹是出于习惯。在日常维护中，我们使用更多的驻波比和回波损耗。通常，移动通信天线的输入阻抗为50欧姆或75欧姆。微带缝隙天线的仿真1.设计示例设计了中心频率为880兆赫的微带缝隙天线和相对带宽为5%的宽带缝隙天线。介质板的介电常数为er=2.3，损耗角正切=0.0018，厚度h=1.6 mm。在本例中

6、，微带缝隙天线采用偏心双线馈电方式，有利于天线带宽的扩展。天线的型号如图1所示。图1偏心双线馈电的微带缝隙天线2.具体步骤2。广告模拟(1)新项目在开始菜单中选择“高级设计系统2009 高级设计系统”，在主窗口中，通过单击下拉菜单“文件新项目.”，创建一个名为“aperture_antenna”的新项目，并将公司选择为“毫米”。(2)设置布局层在本例中，需要两个布局层，因此首先设置了两个布局层，分别命名为cond1和cond2。其中cond1是微带馈线所在的布局层；第二层是开槽接地板所在的布局层。在布局工作区点击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中点击【图层】命令，弹出“图层编辑器”对话框，点击【剪切

7、】按钮，删除所有默认的布局图层。点击【新建】按钮，创建两个金属层cond1和cond2，同时，为了便于观察，在布局中选择图形显示为轮廓线，如图2所示。图2布局层设置窗口(3)创建接地板模型点击工具栏中的矩形绘制工具，执行菜单命令【插入】【坐标输入】，在弹出的对话框中输入矩形接地板的初始坐标值(0，0)，点击【应用】按钮，输入接地板的终点(220，145)，点击【确定】按钮，如图所示。双击创建的地板块图，弹出图的属性对话框，如图3所示，从下拉列表中选择布局层“cond2”。图3输入接地板坐标使用矩形或多边形绘图工具创建一个矩形间隙，并输入间隙起点和终点的坐标(57，62)和(163，83.5)。

8、请注意，此处的间隙不能与先前创建的接地板的布局层在同一层上。双击创建的间隙，并在属性对话框的图层选项中选择“cond1”。因为使用布尔逻辑工具将在接地板上切出一个间隙，所以当使用布尔逻辑工具时，要求布尔代数的两个图形必须在不同的布局层上。下面使用布尔逻辑工具创建一个带狭缝的接地板。按住ctrl键，选择如图所示创建的间隙和接地板，执行菜单命令编辑布尔逻辑，弹出“层间布尔逻辑运算”对话框，如图6所示。从第一层的图形中减去第二层的图形，布尔减法后的图形选择第二层作为其布局层。布尔减法后的图形如图4所示。如图5所示，在层设置中，cond2层被改变为固体显示。从图中可以清楚地看到，在接地板的中心有一个缺

9、口。图4布尔减法后的接地板图5在立体显示后变为接地板(4)创建微带馈线模型首先，利用ads中的线宽工具计算50欧姆和100欧姆的线宽。根据线宽计算，50欧姆的线宽为5.3毫米，100欧姆的线宽为1.54毫米根据图1所示的馈线尺寸，矩形工具或多边形工具可以用于通过模仿前面的方法来创建微带馈线，如图6所示。确保进料器的层属性为cond1。如果布局图层不是cond1，请根据前面的方法在属性对话框中将其更改为cond1。图6微带缝隙天线模型(5)创建微带衬底设置执行菜单命令【动量】【基底】【创建/修改】，在弹出的对话框中设置基底的基本参数。将介质板的厚度设置为1.6毫米，介质板的介电常数设置为2.3，

10、损耗角正切设置为0.0018，如图7所示。图7设置基底参数(6)布局层映射选择“布局层”标签，如图8所示，将cond1和cond2粘贴到介质板的两侧，映射后点击【确定】按钮。(7)端口设置单击工具栏中的图标，分别在cond1层和cond2层添加端口。注意：端口所在的布局层必须与其对应的对象位于同一层。如果要将端口添加到cond1层，端口的布局层属性也应设置为cond1。执行菜单命令矩端口编辑器，然后返回布局工作区，单击添加的端口，并将端口1的类型设置为“内部”，端口2的类型设置为“地面参考”。图8布局层映射(6)s参数模拟设置执行菜单命令【动量】【仿真】【s参数】，弹出s参数仿真控制界面，在仿

11、真控制界面设置频率起点。点击模拟按钮模拟s参数。电磁模拟所需的时间与天线的尺寸有很大关系。天线越大，模拟时间越长。最终模拟的s参数如图9所示。从图中可以看出，天线的中心频率为880兆赫，中心频率的s11达到-35.297分贝，带宽范围为836兆赫至924兆赫，相对带宽达到5%。图9模拟后的s11性能在工程中，通常会考虑电压驻波比(vswr)，因此有必要在ads中编辑vswr公式，将s11性能转换为vswr性能。在数据显示窗口中，单击图标并将其拖动到空白工作区，然后在宣传栏中输入vswr公式。编辑完vawr公式后，点击【确定】。回到工具栏，单击图标，并将其拖到一个空的工作区。最终的vswr曲线如

12、图10所示。图10模拟后的s11性能(6)后处理执行菜单命令【动量】【后处理】【辐射模式】，在弹出的对话框中选择要研究的激发源和端口阻抗的频率、视觉模式、振幅和相位，点击【计算】按钮进行计算。在右侧显示区，可以看到天线的三维图和远场三维方向图，如图11所示。图of f=880 mhz的远场模式在“解决方案设置”中选择频率为880兆赫，在绘图属性对话框中选择当前显示模式为箭头显示，并根据对数刻度显示当前振幅。电流分布可以在右侧显示图像区域看到，如图12所示。图f=880兆赫缝隙天线的电流分布通常，选择两个正交平面来描述天线。在这里，我们将绘制一个xoz平面和yoz平面的二维图。执行菜单命令【动量

13、】【后处理】【辐射模式】，在弹出的对话框中选择2d作为视觉模式。选择“2d设置”选项卡，并在图形中设置xoz平面和yoz平面。其中，xoz平面对应的切割角度为00，yoz平面对应的切割角度为900。以xoz平面为例，设计了如图13所示的xoz平面二维特性和如图14所示的xoz平面偏振特性。图13 xoz平面上的二维特性图14 xoz平面上的偏振特性(7)优化设计中心频率为880兆赫，带宽为836 924兆赫。最终示意图如下所示。图15最终示意图摘要通过研究ads，我对微带缝隙天线的设计有了更深的了解，尤其是不同类型微带缝隙天线的工作原理和各种微带缝隙天线的设计。另外，通过实际需要的微带缝隙天线的设计，提高了我的实践能力，通过ad