实验四印刷偶极子天线设计

加通孔，因为是圆形 的通孔，所以选择 ， 如下图：
这样就完成了天线尺寸的基本设计。
层定义
这是至关重要的一步。 由Momentum=>Substrate=>Create/Modify，进入层定义 对话窗口。作如下设置： 将地面GND的边界由Closed改为Open（1），然后点击左 下角的Add，增加一层Alumina_0（2），并且把这一层重 新定义如下所示（3），即跟上面的FreeSpace定义完全 一样，重新命名为FreeSpace_bottom，当然命名为其他 名字也是没有问题的。这样上下形成了对称的结构。最 后定义Alumina中的各个参数，即定义Real为4.6，Loss Tangent为0.018（4），表示损耗正切为0.018。我们需 要的天线的层结构如下图所示：
Ｓ参数仿真
选择Momentum中的Simulation―Sparameters
出现一个对话框如 右图。在Sweep Type 中可以选择Single， Adaptive，Linear
Ｓ参数仿真
Single 表 示 对 单 个 频 率 点 进 行 仿 真 ， Adaptive表示根据曲线变化的幅度选择不 同频率下的Sample Point，以用最少的 Sample Point来描述图形，因此在对大范 围 的 频 率 扫 描 时 ， 推 荐 使 用 Adaptive Type； 对 于 Linear， 是 选 择 上 下 频 率 的 范围和步长，在规定频率段和规定步长 下进行取点。这里选择adaptive
同样，点击鼠标右键的 “measure”，可以测量 相对尺寸，如右图：
在Layout中绘制天线
完成对底层cond2的全部设计，如下图
在Layout中绘制天线
选择： Option=>Layers, 将cond2的Shape Display由filled 改为outlined， 这样便于测量尺 寸。可得右图：
层定义—Metallization Layer设置
在Conductivity 中填电导率， Thickness中填金 属厚度。其中铜 的电导率为5.78E ＋006，厚度为 0.018mm。在这些 都设置结束以后 点击Apply 和 OK 就可以了。
端口定义
由于在前面的层定义中取消了GND， 所以不能定义Single Port（Not Available） 有两个解决的办法，采用： 两个Differential port 一个Internal port 配合一个 Ground
在Layout中绘制天线
由于我们设计的 是双面天线，在 一个介质板上贴 有上下两层，上 层为馈线，下层 为偶极子天线和 地板。
首先设计底层， 选择cond2，如图
在Layout中绘制天线
由于我们设计的矩形天 线，所以我们选择 ， 然后在窗口中选择一点， 开始画矩形，矩形大小 的控制可以看右下角的 右边的坐标，它表示相 对位置的距离。
点击Add，然 后点击OK，结 束对于优化目 标的设置
天线参数的优化
选择Momentum->Optimization-> Run运行优 化，如下图：
在这里，我们选用默认设置。然后， 点击左下角的Start开始进行优化。 并弹出如下对话框：
天线参数的优化
当优化运行完毕之后，得到优化后的Wd 的参数
选择 Momentum =>Post Processing= >Radiation Pattern->2D Data Display,然后 点击 Compute,得 到：
观察天线的增益
观察天线的2维 E面
❖ Planar Cut又称为垂 直截面，如下图， Phi是一定的，Theta 从0-3600变化。这样 截取的平面是与 Layout平面相垂直的。
观察远区辐射方向图
选择Momentum=>Post Processing=>Radiation Pattern，在弹出的对话框中： Select Frequency中选择1.8GHz，因为这是谐振 频率 。在Visualization Type中选择3D Visualization，因为我们首先想观察三维视图。 在Port1 Impedance中写入端口1的输入阻抗，这 个在S11图中我们已经测量了，为：46.65+j1.8Ω 点击Compute。
天线参数的优化
对于其他参数的优化可以采用类似的方 法。
但是，对于优化的条件过于苛刻时，优 化将不能正常进行，ADS将不能实现优 化的目标，而只能取接近优化目标的值
天线的实物图
天线的正反面图
思考题
❖ 尝试同时设置多个参数（如Wd和Lb） 对同一个目标（如反射损耗）进行优化。
❖ 用ADS分析天线的各个参数（偶极子天 线臂长Ld、宽Wd，巴伦线长Lb，地板长 Lg、宽Wg）对于天线性能（谐振频率、 带宽、匹配、反射损耗等）的影响。
箭头的方向表示了电流的流向
1.8GHz印刷偶极子天线的尺 寸
偶极子天线臂 Ld=29mm Wd=6mm Gap g2=3mm
微带巴伦 通孔
Lb=25mm Lh=3mm Gap g1=1mm Wf=3mm Wb=5mm Wh=3mm
r=0.4mm
地板
Lg=12mm Wg=19mm
（五）ADS软件的使用
表示相对位移为Y轴正向移动6mm，点击Apply。 可以从Layout图中看出Wd变为了10mm 单击Save Design。 回到原Layout中单击OK，完成参数的定义，同时，新 产生的Layout图会自动关闭。
天线参数的优化
选择Momentum->Optimization-> Goal,设置优 化的目标，如下图：
观察表面电流的分布
选 择 Current ＝> Set Port Solution Weights，单击OK。然 后 ， 选 择 Current =>Plot Currents。 按 照相位从00->900>1800->2700，分别为：
天线的辐射方向图
E
E Theta
E Phi
观察天线的增益
点击Length Unit设置长度单位为毫米
创建新的工程文件（续）
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
Layout中的背景设置
直接在Main窗口中点击 ， 打开Layout窗口，在Layout中， 选择option-preference，对 系统设计的背景参数 进行设 置。我们选择其中的Layout Unit ，设置如右图，选择 Layout Unit为mm， Resolution填写为0.0001表示 精确到小数点后四位。以确保 在天线设计过程中的精度。其 他子菜单设置一般选择默认。
天线参数的优化
单击add，会弹出一个新的窗口提供有关 设置参数的信息，点击OK。一个新的 Layout窗口将会自动弹出。 由于我们是对偶极子天线臂宽进行设置， 先用Ctrl＋鼠标选中天线臂的四个角。 如下图：
天线参数的优化
选择Edit-> Move-> Move Relatively.在新弹出的对话 框中填入如下图
在Layout中绘制天线
将设计的层 面改为cond， 重复上面的 设计，完成 对于顶层 cond的设计， 可以得到右 图：
图中，红色是对应cond层（顶层），黄色对应 cond2（底层），下面在顶层与底层之间加上一个 通孔
在Layout中绘制天线
下面在cond与cond2层之 间加一个通孔（Via）， 选择层为：
E
E Theta
E Phi
E 平面 水平截面 Theta=450
同样的方法可以得到水平截面下的二维E平面
E
E Theta
E Phi
天线参数的优化
使用ADS Layout中的 optimization，可以完成对于 天线的优化。优化时可以对一 个参数进行优化，也可以同时 对多个参数进行优化。通过 Goal设置优化的目标，优化的 目标主要是S11,S21参数,但是 不可以对介电常数、介质板厚 度等参数进行优化。
端口定义
由Momentum => Port Editor, 再用鼠标 选中端口，进行编 辑。在Port 2的设 置中，Associate with port number 中，写入1，表示 Port2是Port1的参 考地。如右图：
在Layout中设计天线全貌
Ｓ参数仿真—Mesh设置
在Momentum => Mesh =>Setup中设置 Mesh，Mesh的设置决定了仿真的精度。通 常，Mesh Frequency和 Number of Cells Per Wavelength 越大，精度越高。但是这 是以仿真时间的增加为代价的。有时不得 不以精度的降低换取仿真时间的减小。在 本例中，我们采用Mesh的默认值，即： Mesh Frequency为后面S仿真中的频率上 限值， Number of Cells Per Wavelength 为30。
❖讨论进一步减小天线尺寸的方法。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.12.1220.12.12Saturday, December 12, 2020
本节内容是介绍使用ADS软件设计印刷 偶极子天线的方法：包括Layout绘制、 层定义、端口定义、仿真，优化等。
下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
ADS软件的启动
启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名称（本 例中为Antenna）及存储路径
实验四 印刷偶极子天线的
设计与调试
（一）实验目的
了解印刷偶极子天线的结构和工作原理 学习使用ADS Momentum设计天线的基
本方法 仿真，调试，优化印刷偶极子天线