实验一：微带天线的设计及仿真

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1、实验一：微带天线的设计与仿真一、实验步骤、仿真结果分析及优化1、原理分析：本微带天线采用矩形微带贴片来进行设计。假设要设计一个在2.5GHz附近工作的微带天线。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

2、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（条件下）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

3、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

4、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

5、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son

6、net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。