射頻微波天線及ADS仿真

1、第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.1 12.1 天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識12.2 12.2 常見的天線結(jié)構(gòu)常見的天線結(jié)構(gòu)12.3 12.3 單極天線和對稱陣子天線單極天線和對稱陣子天線 12.4 12.4 喇叭天線喇叭天線12.5 12.5 拋物面天線拋物面天線12.6 12.6 微帶天線微帶天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.1 12.1 天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識12.1.1 天線基本指標(biāo)天線的基本指標(biāo)介紹如下：(1) 天線增益G定義為 （12 - 1a）式中,Pr為被測天線距離R處所接收到的功率密度,

2、單位為W/m2; Pi為全向性天線距離R處所接收到的功率密度, 單位為W /m2。irPPG 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線增益為G的天線距離R處的功率密度應(yīng)為接收功率密度,即 (2) 天線輸入阻抗Zin定義為式中,U為在饋入點上的射頻電壓； I為在饋入點上的射頻電流。24 RGPPtr（12 1b）IUZin（12 2a）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線天線是個單口網(wǎng)絡(luò),輸入駐波比或反射系數(shù)是一個基本指標(biāo),為了使天線輻射盡可能多的功率,必須使天線與空氣匹配,輸入駐波比盡可能小。阻抗、駐波比與反射系數(shù)的關(guān)系為11110ZZVSWRin（12 2b）第第1212

3、章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線(3) 輻射效率r定義為 （12 - 3）式中,Pr為天線輻射出的功率,單位為W；Pi為饋入天線的功率，單位為W。(4) 輻射方向圖：用一極坐標(biāo)圖來表示天線的輻射場強度與輻射功率的分布,如圖12-1所示。(5) 半功率角的定義如圖 12 - 2 所示。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-1 輻射方向圖0zEE90 x090面180270H面yO第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線 圖 12-2 半功率波束寬度(a) 按電場定義； (b) 按功率定義0.707 EE0.707 E0.5 P0.5 PP(a)(b)第第1212

4、章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線(6) 旁瓣: 在主輻射波瓣旁,還有許多副瓣,沿角度方向展開如圖12 - 3 所示。其中,HPBW為半功率波束寬度,輻射最大功率下降3dB時的角度; FNBW為第一零點波束寬度; SLL為旁瓣高度,輻射最大功率與最大旁瓣的差。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-3 主瓣與旁瓣主瓣HPBWSLL旁瓣FNBW角度/deg第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線(7) 方向系數(shù)D定義為 （12 - 4） 式中,Pmax為最大功率密度,單位為W/m2; Pav為平均輻射功率密度,單位為W/m2。常見的天線方向系數(shù)如下： 偶極天線 D=

5、1.5 或 1.76dB 單極天線 D=1.5 或 1.76 dB 拋物面天線 喇叭天線式中,d為拋物面半徑,為信號波長,A為喇叭口面面積。 avPPDmax22)(dD 22)(dD 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.1.2 遠(yuǎn)區(qū)場概念通常,天線看作是輻射點源,近區(qū)是球面波,遠(yuǎn)區(qū)為平面波, 如圖12 - 4 所示。輻射方向圖是在遠(yuǎn)區(qū)測量。下面給出遠(yuǎn)、 近場的分界點。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-4 遠(yuǎn)區(qū)場概念球面波平面波D輻射點源等相位面天線lRD/2Rl源第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線在圖12 -4 中,有以下幾何關(guān)系：通

6、常,R0 W0 （12 - 16） （12 - 17） 00ZLkBe第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線式中k0=2/0是自由空間的波數(shù),Z0是寬度W的微帶特性阻抗,e是有效介電常數(shù), L是邊沿電容引起的邊沿延伸。由圖12 - 17 可看出,邊沿電場蓋住了微帶邊沿,等效為貼片的電長度增加。 8 . 0/264. 0/258. 03 . 0412. 012121211202/10hWhWhLWhWhZeerree（12 - 18） 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線YinY0LLhGjBGjB等效電路圖12 17 邊沿輻射槽第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波

7、天線為了計算天線的輻射阻抗,天線可以等效為槽阻抗和傳輸線級聯(lián)。輸入導(dǎo)納為式中Ys為式（12 - 17）給出的輻射槽導(dǎo)納,=2e/0微帶線內(nèi)傳播常數(shù)。諧振時, L+L=g/2=0/2e, 式(12 - 19)僅剩兩個電導(dǎo),即Yin=2G (12 - 20)2(tan)2(tan000LLjYYLLjYYYYYsssin（12 - 19） 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線 微帶天線的工作頻率與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為 W不是很關(guān)鍵,通常按照下式確定: )2(20LLcfe(12 - 21)2/10122rfcW(12 - 22)第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-18

8、 矩形天線實例LWw1w2l1第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線設(shè)計實例：設(shè)計3 GHz微帶天線,基板參數(shù)為2.2/0.762,并用四分之一線段實現(xiàn)與50 饋線的匹配。天線拓?fù)淙鐖D12 - 18 所示。步驟一： 確定各項參數(shù): W=3.95cm, e=2.14, L=0.04cm L=3.34cm, Rin=288步驟二： 阻抗變換器的特性阻抗為ZT0= =120 50288第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線 步驟三： 由微帶原理計算得變換器的長度和寬度為l1=1.9 cm, w1=0.0442cm 微帶天線的輻射方向圖可以用電磁場理論嚴(yán)格計算。圖12 - 19是典

9、型的方向圖,典型HPBW=5060,G=58 dB。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-19 微帶天線的典型方向圖 22518013590H面031510204050605040201045010204050603040503020103154590135180225E面30第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線在許多場合下要利用合適的饋線點實現(xiàn)微帶天線的圓極化。如圖12 - 20 所示,90耦合器激勵兩個方向的線極化構(gòu)成圓極化,或者擾動微帶天線的輻射場實現(xiàn)圓極化。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-20 圓極化微帶天線饋線點方形貼片第第1

10、212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.6.2 微帶天線的其他形式導(dǎo)體貼片一般是規(guī)則形狀的面積單元,如矩形、 圓形或圓環(huán)形薄片等,也可以是窄長條形的薄片振子(對稱陣子)。由這兩種單元形成的微帶天線分別稱為微帶貼片天線和微帶振子天線,如圖12 - 21（a）、 （b）所示。微帶天線的另一種形式是利用微帶線的某種形變(如彎曲、 直角彎頭等)來形成輻射,稱為微帶線型天線,如圖12 - 21(c)所示。因為這種天線沿線傳輸行波,故又稱為微帶行波天線。微帶天線的第四種形式是利用開在接地板上的縫隙,由介質(zhì)基片另一側(cè)的微帶線或其他饋線(如稽線)對其饋電,稱之為微帶縫隙天線,如圖12 - 21(d)所

11、示。由各種微帶輻射單元可構(gòu)成多種多樣的陣列天線,如微帶貼片陣天線、 微帶振子陣天線,等等。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-21 微帶天線的四種形式接地板微帶線接地板微帶線導(dǎo)體振子接地板槽線導(dǎo)體貼片介質(zhì)基片接地板微帶線(a)(b)(c)(d)第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖12 - 22 為兩種饋電形式的矩形微帶天線示意圖,圖（a）是背饋,同軸線的外導(dǎo)體與接地板連接,內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)與貼片天線焊接；圖（b）為側(cè)饋,通過阻抗變換與微帶線連接。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-22 微帶天線的兩種饋電方式(a)(b)第第1212章章

12、 射頻射頻/ /微波天線微波天線微帶天線饋電微帶天線饋電大多數(shù)微帶天線只在介質(zhì)基片的一面上有輻射單元，因此，可以用微帶天線或同軸線饋電。因為天線輸入阻抗不 等 于 通 常 的50傳輸線阻抗，所以需要匹配。匹配可由適當(dāng)選擇饋電的位置來做到。但是，饋電的位置也影響輻射特性。圖3-7 微帶線饋電的天線圖3-9 同軸饋電的微帶天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線微帶饋電微帶饋電中心微帶饋電和偏心微帶饋電。饋電點的位置也決定激勵那種模式。當(dāng)天線元的尺寸確定以后，可按下法進(jìn)行匹配：先將中心饋電天線的貼片同50的饋線一起光刻，測量輸入阻抗并設(shè)計出匹配變阻器；再在天線元與饋線之間接入該匹配變阻

13、器，重新做成天線。另外，如果天線的幾何圖形只維持主模，則微帶饋線可偏向一邊以得到良好的匹配。特定的天線?？捎迷S多方法激勵。如果場沿矩形貼片的寬度變化，則當(dāng)饋線沿寬度移動時，輸入阻抗隨之而變，從而提供了一種阻抗匹配的簡單辦法。饋電位置的改變，使得饋線和天線之間的耦合改變，因而使諧振頻率產(chǎn)生一個小的漂移，而輻射方向圖仍然保持不變。不過，稍加改變貼片尺寸或者天線尺寸，可補償諧振頻率的漂移。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線同軸線饋電同軸線饋電各種同軸激勵示于圖3-。在所有的情況中，同軸插座安裝在印制電路板的背面，而同軸線內(nèi)導(dǎo)體接在天線導(dǎo)體上。對指定的模，同軸插座的位置可由經(jīng)驗去找，以便

14、產(chǎn)生最好的匹配。使用N型同軸插座的典型微帶天線示于圖3-中。圖3-9 同軸饋電的微帶天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線同軸饋電模擬同軸饋電模擬根據(jù)惠更斯原理，同軸饋電可以用一個由底面流向頂面的電流圓柱帶來模擬。這個電流在地板上被環(huán)狀磁流帶圈起來，同軸線在地板上的開口則用電壁閉合。如果忽略磁流的貢獻(xiàn)，并假定電流在圓柱上是均勻的，則可進(jìn)一步簡化。簡化到最理想的情況是，取出電流圓柱，用一電流帶代替，類似微帶饋電的情況。該帶可認(rèn)為是圓柱的中心軸，沿寬度方向鋪開并具有等效寬度的均勻電流帶，對于給定的饋電點和場模式，等效寬度可以根據(jù)計算與測量所得的阻抗軌跡一致性經(jīng)驗地確定。一旦這個參數(shù)確

15、定了，它就可以用在除饋電點在貼片邊緣上以外的任何饋電位置和任何頻率。當(dāng)饋電點在貼片邊緣上時，可以認(rèn)為，在貼片邊緣上的邊緣場使等效饋電寬度不同于它在天線內(nèi)部時的值。在矩形天線中，等效寬度為同軸饋線內(nèi)徑的五倍時，可給出良好的結(jié)果。圖3-10 同軸線饋電的微帶天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線矩形微帶天線作為獨立天線應(yīng)用時采用背饋方式,而作為單板微帶天線的陣元時必須采用側(cè)饋方式。在制作側(cè)饋的矩形微帶天線時,可按下述方法實現(xiàn)匹配： 將中心饋電天線的貼片同50 饋線一起光刻制作,實測其輸入阻抗并設(shè)計出匹配器,然后在天線輻射元與微帶饋線間接入該變換器。 任何形式的平面幾何結(jié)構(gòu)都可以用作微

16、帶天線,圖12-23是部分微帶天線形式。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-23 微帶天線的其他結(jié)構(gòu)（a） 常用形式; （b）可能結(jié)構(gòu)(a)(b)第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線微帶行波天線微帶行波天線微帶行波天線（MTA）是由基片、在基片一面上的鏈形周期結(jié)構(gòu)或普通的長TEM波傳輸線（也維持一個TE模）和基片另一面上的地板組成。TEM波傳輸線的末端接匹配負(fù)載，當(dāng)天線上維持行波時，可從天線結(jié)構(gòu)設(shè)計上使主波束位于從邊射到端射的任意方向。圖3-5 微帶行波天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線微帶縫隙天線微帶縫隙天線微帶縫隙天線由微帶饋線和開在地板

17、上的縫隙組成?？p隙可以是矩形（寬的或窄的），圓形或環(huán)形。 窄縫 圓環(huán)縫 寬縫 圓貼片縫圖3-6 微帶縫隙天線第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.6.3 圓盤微帶天線的設(shè)計實例圓盤形微帶天線是另一種基本形式。參數(shù)包括圓盤半徑、饋電位置、輸入阻抗、天線Q值、輻射效率、 總效率、輸入VSWR及頻帶、輻射方向圖。計算過程復(fù)雜,已有圖表和軟件可使用。下面給出圓盤半徑計算公式,并以900 MHz天線為例 。圓盤半徑為2/1)7726. 12(ln21hKKhKar（12 - 23） 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線式中設(shè)計實例：設(shè)計900 MHz圓盤微帶天線,介質(zhì)參數(shù)為4

18、.5/1.6。(1) 確定參數(shù)。 天線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為： 設(shè)計頻率f0=0.9 GHz, 最大輸入駐波比VSWR=2.0 1, 基板參數(shù)為高度h=0.16 cm,介電常數(shù)r=4.5，損耗正切 tan=0.015,導(dǎo)體銅的=1.0。rfK0794. 8第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線(2) 利用公式求出圓盤圓形天線的半徑、 接頭饋入位置、 頻率與輸入阻抗的關(guān)系。 半徑=4.580 cm 饋電點=1.800 cm頻率與阻抗對應(yīng)關(guān)系如表 12-1 所示。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線表 12-1 頻率與阻抗對應(yīng)關(guān)系 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線頻帶內(nèi)

19、阻抗在圓圖上的位置如圖 12-24(a)所示。 (3) 利用公式求出天線的總Q值、 輻射效率、 總效率、 天線頻帶寬度。 計算結(jié)果: 輸入阻抗50.90 ohms 矩形片總 Q=47.639 輻射效率=95.97% 總效率=21.10% 相對帶寬=1.48% 阻波比2.001 VSWR 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線(4) 利用公式求得天線的輻射方向圖,如圖 12-24(b)、 (c)所示。(5) 圓盤天線的實際結(jié)構(gòu)如圖12-24 (d) 所示。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-24 圓盤形微帶天線結(jié)構(gòu)圖饋入接頭4.58 cm1.8 cm0.16 c

20、mFR4 Er=4.5TAND = 0.015090180270E面H面(d)(c)(b)(a)900903020100H面.5.2.2.5125552.2.52方向圖角度DBSCALE=40.05 dB PER DIVISION15 degreesPER ANGLE DIVISIONE面第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.7矩形微帶天線的設(shè)計矩形微帶天線的設(shè)計 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（一）實驗?zāi)康模ㄒ唬嶒災(zāi)康牧私馕炀€設(shè)計的基本流程掌握矩形微帶天線的設(shè)計方法熟悉在ADS的layout中進(jìn)行射頻電路設(shè)計的方法第第1212章章 射頻射頻/ /微波天

21、線微波天線（二）設(shè)計要求（二）設(shè)計要求用陶瓷基片（r9.8），厚度h1.27mm，設(shè)計一個在3GHz附近工作的矩形微帶天線?；x擇的理由是：陶瓷基片是比較常用的介質(zhì)基片，其常用的厚度是h1.27mm，0.635mm，0.254mm。其中1.27mm的基片有較高的天線效率，較寬的帶寬以及較高的增益。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（三）微帶天線的技術(shù)指標(biāo)（三）微帶天線的技術(shù)指標(biāo)輻射方向圖天線增益和方向性系數(shù)諧振頻率處反射系數(shù)天線效率第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（四）設(shè)計的總體思路（四）設(shè)計的總體思路計算相關(guān)參數(shù)在ADS的Layout中初次仿真在Schema

22、tic中進(jìn)行匹配修改Layout，再次仿真，完成天線設(shè)計第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（五）相關(guān)參數(shù)的計算（五）相關(guān)參數(shù)的計算需要進(jìn)行計算的參數(shù)有貼片寬度W貼片長度L饋電點的位置z饋線的寬度第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（五）相關(guān)參數(shù)的計算（續(xù)）（五）相關(guān)參數(shù)的計算（續(xù)）貼片寬度W、貼片長度L、饋電點的位置z可由公式計算得出饋線的寬度可以由Transmission Line Calculator 軟件計算得出第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（五）相關(guān)參數(shù)的計算（續(xù)）（五）相關(guān)參數(shù)的計算（續(xù)）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（六

23、）用（六）用ADS設(shè)計過程設(shè)計過程有了上述的計算結(jié)果，就可以用ADS進(jìn)行矩形微帶天線的設(shè)計了下面詳細(xì)介紹設(shè)計過程第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線ADS軟件的啟動啟動ADS進(jìn)入如下界面第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線創(chuàng)建新的工程文件創(chuàng)建新的工程文件進(jìn)入ADS后，創(chuàng)建一個新的工程，命名為rect_prj。打開一個新的layout文件，首先設(shè)定度量單位。在ADS中，度量單位的缺省值為mil，把它改為mm。方法是：單擊鼠標(biāo)右鍵PreferencesLayout Units ，如下圖所示第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線設(shè)定度量單位設(shè)定度量單位第第1212章

24、章 射頻射頻/ /微波天線微波天線介質(zhì)層設(shè)置介質(zhì)層設(shè)置在ADS的Layout中進(jìn)行設(shè)計，介質(zhì)層和金屬層的設(shè)置很重要在菜單欄里選擇MomentumSubstrateCreate/Modify， 在Substrate Layer標(biāo)簽里，保留FreeSpace和/GND/的設(shè)置不變，點擊Alumina層，修改其設(shè)置為： 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線介質(zhì)層設(shè)置（續(xù)）介質(zhì)層設(shè)置（續(xù)）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線金屬層設(shè)置金屬層設(shè)置點擊Metallization Layers標(biāo)簽，在Layout Layer下拉框中選擇cond，然后在右邊的Definition下拉框

25、中選擇Sigma（Re，thickness），參數(shù)設(shè)置如下頁圖。然后在Substrate Layer欄中選擇“-”后，點擊“Strip”按鈕，這將看到“-Strip cond”。一切完成后，點擊OK。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線金屬層設(shè)置（續(xù)）金屬層設(shè)置（續(xù)）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線在在Layout中制版中制版準(zhǔn)備工作做好以后，下面就可以進(jìn)行Layout中的作圖了。 先選定當(dāng)前層為v cond，再按照前面計算出來的尺寸作圖。最后在饋線端加入端口第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線在在Layout中制版（續(xù)）中制版（續(xù)）第第1212章章

26、射頻射頻/ /微波天線微波天線仿真預(yù)設(shè)置仿真預(yù)設(shè)置在進(jìn)行l(wèi)ayout仿真之前，先要進(jìn)行預(yù)設(shè)置。在菜單欄選擇Momentum -Mesh-Setup，選擇Global標(biāo)簽。 鑒于ADS在Layout中的Momentum仿真是很慢的，在允許的精度下，可以把“Mesh Frequency”和 “Number of Cells per Wavelength” 設(shè)置得小一點第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線仿真預(yù)設(shè)置（續(xù)）仿真預(yù)設(shè)置（續(xù)）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線進(jìn)行仿真進(jìn)行仿真點擊Momentum - Simulation - S-parameter彈出仿真設(shè)置窗口

27、，該窗口右側(cè)的Sweep Type選擇Linear， Start、Stop分別選為2.5GHz、3.5GHz，F(xiàn)requency Step選為0.05GHz。Update后，點擊Simulation按鈕。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線仿真結(jié)果仿真結(jié)果第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線對仿真結(jié)果的探討對仿真結(jié)果的探討 由上圖可見，理論上的計算結(jié)果與實際的符合還是相當(dāng)不錯的，中心頻率大約在2.95GHz左右。只是中心頻率處反射系數(shù)S11還比較大，從而匹配不理想，在3GHz處，m1距離圓圖上的坐標(biāo)原點還有相當(dāng)?shù)木嚯x。在3GHz下的輸入阻抗是：Z0*（0.103-j0.

28、442）5.15j22.1 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線總體的總體的2D輻射方向圖輻射方向圖第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線在原理圖中進(jìn)行匹配在原理圖中進(jìn)行匹配為了進(jìn)一步減小反射系數(shù)，達(dá)到較理想的匹配，并且使中心頻率更加精確，可以在Schmatic中進(jìn)行匹配。 天線在3GHz下的輸入阻抗是：Z0*（0.103-j0.442）5.15j22.1，這可以等效為一個電阻和電容的串連。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配原理匹配原理匹配的原理是：串聯(lián)一根50歐姆傳輸線，使得S11參數(shù)在等反射系數(shù)圓上旋轉(zhuǎn)，到達(dá)g=1的等g圓上，然后再并聯(lián)一根50歐姆

29、傳輸線，將S11參數(shù)轉(zhuǎn)移到接近0處。所需要計算的就是串連傳輸線和并聯(lián)傳輸線的長度 ADS原理圖中優(yōu)化功能可以出色的完成這個任務(wù) 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程匹配過程新建一個Schematic文件，繪出如下的電路圖： 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程（續(xù)）匹配過程（續(xù)）其中TL1和TL2的L是待優(yōu)化的參量，初值取10mm，優(yōu)化范圍是1mm到20mm。設(shè)置好MSub的值第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程（續(xù)）匹配過程（續(xù)）插入S參數(shù)優(yōu)化器，一個Goal。其中Goal的參數(shù)設(shè)置如下：這里dB（S（1，1）的最大值設(shè)為-50dB

30、，是因為在Schematic中的仿真要比在Layout中的仿真理想得多，所以要求設(shè)置得比較高，以期在Layout中有較好的表現(xiàn)。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程（續(xù)）匹配過程（續(xù)）設(shè)置好OPTIM。常用的優(yōu)化方法有Random(隨機)、Gradient(梯度)等。隨機法通常用于大范圍搜索，梯度法則用于局部收斂。這里選擇Random。優(yōu)化次數(shù)可以選得大些。這里設(shè)為300。其他的參數(shù)一般設(shè)為缺省即可。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程（續(xù)）匹配過程（續(xù)）優(yōu)化電路圖為：第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程（續(xù)）匹配過程（續(xù)）點擊仿真

31、按鈕，當(dāng)CurrentEF0時，優(yōu)化目標(biāo)完成。把它update到原理圖上（SimulateUpdate Opimization Values）。Deactivate優(yōu)化器。最終原理圖如下： 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線匹配過程（續(xù)）匹配過程（續(xù)）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線原理圖中的仿真原理圖中的仿真點擊仿真按鈕，可以看到仿真結(jié)果為：第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線原理圖中的仿真（續(xù)）原理圖中的仿真（續(xù)）放置Marker可以得到更詳細(xì)的數(shù)據(jù)在中心頻率f3GHz處，S(1,1)的幅值是5.539E-4，可見已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)理想的匹配。第第121

32、2章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線修改修改Layout參照Schematic計算出來的結(jié)果，修改Layout圖形如下第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線兩點說明兩點說明由于這里是手工布板，而不是由Schematic自動生成的，傳輸線的長度可能需要稍作調(diào)整(但不超過1mm)。注意要把原先的3mm饋線長度也算進(jìn)去。為了方便輸入，在電路的左端加了一段50的傳輸線。其長度對最終仿真結(jié)果的影響微乎其微。這里取1mm。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線仿真結(jié)果仿真結(jié)果按照前述的步驟進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果是第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線仿真結(jié)果（續(xù)）仿真結(jié)果（續(xù)）

33、為了較精確地給出匹配的結(jié)果，我們將仿真頻率范圍設(shè)為2.9GHz到3.1GHz，步長精確到10MHz?？梢娺M(jìn)行原理圖匹配的結(jié)果是十分理想的。下面具體給出一些仿真結(jié)果。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線總體的總體的2D輻射方向圖輻射方向圖 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線天線增益和方向性系數(shù)天線增益和方向性系數(shù) 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線天線效率天線效率第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（七）設(shè)計小結(jié)（七）設(shè)計小結(jié)矩形微帶天線設(shè)計是微帶天線設(shè)計的基礎(chǔ)，然而作為一名新手，想熟練順利地掌握其設(shè)計方法與流程卻也有些路要走。 多仿照別人的例

34、子操作，多自己動手親自設(shè)計，多看幫助文件，是進(jìn)入射頻與微波設(shè)計殿堂的不是捷徑的捷徑。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線（七）設(shè)計小結(jié)（續(xù)）（七）設(shè)計小結(jié)（續(xù)）一般來說，按照公式計算出來的矩形天線其反射系數(shù)都還會比較大的，在圓圖中反映出來的匹配結(jié)果也不是很理想。這也許是由一些公式的近似導(dǎo)致的，但這也使電路匹配成為設(shè)計工作必不可少的一環(huán)。 在用Schematic進(jìn)行天線的匹配時，以S11為目標(biāo)利用仿真優(yōu)化器來求所需傳輸線長度的方法 ，是一種省時省力有效的方法。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線Thank you！fugw 2003. 6第第1212章章 射頻射頻/ /微

35、波天線微波天線12.7 12.7 天線陣和相控陣天線陣和相控陣單個天線的波束寬度與增益的矛盾限制了它的使用。在有些場合,要用更高的增益和更窄的波束。由于天線的尺寸與工作波長有關(guān),必須用多個天線形成極窄波束。天線陣把能量聚焦于同一個方向,增加了系統(tǒng)的作用距離。 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線12.7.1 天線陣考慮圖12 - 25 所示的沿z方向分布的一維天線陣,總輻射場為每個單元的疊加。第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線圖 12-25 沿z方向分布的一維n元相控陣(N1) d cos4d cos3d cos2d cosd cosrNr5r4r3r2r112345Nddddz0z 第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線遠(yuǎn)區(qū)場幅度相等,即r1=r2=r3=rN=r （12 - 24） 每個天線單元的家間距為d, 引起的相移為, 由距離引起的相移分別是r1=rr2=r+dcosrN=r+(N-1)dcos （12 - 25）故總場強為 陣因子元方向圖NidkijirjkteIrefE1)cos)(1(004),(（12 - 26）第第1212章章 射頻射頻/ /微波天線微波天線 式(12-26)稱為方向圖乘積原理。陣因子AF與單元的分布有關(guān)。 12.7.2 相控陣 考慮波束掃描情況,假定每個天線單元都