ADS印刷偶极子天线设计
宽带印刷偶极子天线设计
宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹(中国西南电子技术研究所，成都610036)摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。
采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。
给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。
关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带Design of a Broadband Printed Dipole AntennaHe Qingqiang He Haidan(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036)Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports.Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。
最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。
印制偶极子天线设计
a) Postion 输入：-L1 ,-W1/2 ,H b) Axis：Z c) XSize：-W2 d) YSize：-L2
图 18 调整试图（to fit the view） 4. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
Point2：-W3-L4 ,W1/2 ,0mm
图 35
镜像生成左侧的三角形和矩形 1. 同时选中 Rectangle1 和 Polyline2
图 36
图 37 2. 菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Rectangle1_1 和 Polyline2_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 25
图 26
创建下表面金属片 1. 创建介质层 BOTTOM 面的金属片----传输线 Top_patch_1(采用镜像的方法进行绘制) 2. 选中 Dip_Patch，菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图1
二）设置工具选项
1．选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）HFSS 选项 （HFSS Options）如图 2 所示
图2 2. 弹出对话框 HFSS Options，如图 3 所示
图3
1) 点击常规（General）标签 a) 建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new bound boundaries）： 勾选上。 b) 用 几 何 形 状 复 制 边 界 （ Duplicate boundaries/mesh operations with geometry）：勾选上。 c) 点击确定
WLAN双频印刷天线的设计概要
WLAN双频印刷天线的设计设计了一种应用于2．4 GHz和5．8 GHz关键词：无线局域网；双频天线；印刷偶极子无线局域网是利用无线技术实现接入以太网的技术，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。
与文中设计了一种适用于WLAN系统的印刷偶极子天线。
它通过印制在FR4介质板上而成，尺寸为90 mm×80 mm。
1 天线结构设计的双频天线结构，如图1所示。
天线水平放置在x-z平面，图1（a）中灰色部分为天线辐射部分，白色部分为介质。
图1（b）中灰色部分为巴伦馈线，白色部分为介质。
天线由偶极子阵列组成，振子通过印制在相对介电常数为4．4、厚度0．8 mm的介质板上实现。
偶极子的长度和谐振频率有关，长振子对应低端频段，短振子对应高端频段，因此该天线可以工作在2．4／5．8 GHz的双频段。
一般常用的设计使用半波长或1／4波长作为天线的长度。
通过在Ansoft HFSS中建模、仿真优化之后，得出天线的结构尺寸(单位：mm)为：W1=4，W2=1，W3=7．4，W4=7，Ll=49，L2=9，L3=18．5，La=15．5，Lb=5。
2 仿真结果天线驻波的仿真结果，如图2所示。
天线谐振于2．4 GHz和5．8 GHz，实现双频工作。
低端频段(驻波<2)为2．35～2．47 GHz，带宽约有120 MHz，覆盖了IEEE802．1lb／g的工作频段；高端频段为5．56～6．07 GHz，带宽约为510 MHz，覆盖了IEEE802．11 a的工作频段。
该天线的方向图，如图3所示。
由方向图可以看出该天线在y～z平面内的波束具有双指向性，主极化好，交叉极化小。
相比文献中的准八木天线，方向图具有双指向性，可以满足一些对波束指向有要求的应用。
3 结束语文中设计了一种WIAN双频偶极子印刷天线，通过对双频印刷天线的仿真、优化，实现了WLAN标准的工作频段，方向图有一定的指向性，适用于对波束指向有一定要求的应用。
一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线
一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线作者：李由张海民曹群生来源：《现代电子技术》2015年第01期摘要：设计并优化了一款适用于LTE天线系统的基站天线振子单元。
在印刷偶极子天线以及微带巴伦的基础上，通过等效电路模型进行分析，设计出该天线的多级阻抗匹配巴伦。
采用寄生贴片、领结型设计等技术，有效地拓展了天线频带带宽，实现了[±45°]双极化。
仿真结果表明，天线的VSWR≤1.5和回波损耗大于15 dB的带宽达到了54.5%，可以覆盖GSM1800，CDMA2000，WCDMA，TD⁃SCDMA和LTE系统。
在此频带范围内，该天线的驻波特性、方向性、增益和隔离度等指标均满足LTE多模式系统的指标。
同时该天线也易于制作，适用于LTE多模式基站天线系统。
关键词：基站天线；宽频带；双极化；印刷偶极子；巴伦中图分类号： TN821+.3⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）01⁃0055⁃04Abstract： A base⁃station antenna oscillator element suitable for wideband LTE antenna systems was designed and optimized. Based on the basic theory of printed dipole antenna and microstrip Balun， the multi⁃stage impedance matching Balun of the antenna was designed by analysis with an equivalent circuit model. The bandwidth of the antenna was expanded efficiently and [±45°] dual⁃polarization was realized by means of the parasitic patches and bow⁃tie design. The simulation results show that the bandwidth of the antenna，whose VSWR is ≤1.5 and the return loss is > 15 dB， reaches about 54.5% and can cover the bands ofGSM1800/CDMA2000/WCDMA/TD⁃SCDMA/LTE system. In this range， VSWR， directivity，gain and isolation can satisfy the specifications of LTE multi⁃model systems. The antenna is easy to integrate and is applied to the base station LTE antenna systems with multiple modes.Keywords： base⁃station antenna； broadband； dual⁃polarization； printed dipole； Balun0 引言适用于多系统的宽带双极化天线是目前基站天线的主流设计[1]，其中的天线通常采用偶极子天线结构。
基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析
基于ADS的偶极子天线性能参数仿真分析作者：陈宇蒋军魏东旭孙红兵来源：《电脑知识与技术》2018年第10期摘要：为了实现对偶极子天线结构性能参数的分析，文章首先设计了一种印刷偶极子天线，对相关的理论进行了研究，依据设计指标对天线的结构、参数进行了计算，随后在Agilent公司的ADS软件上，对所设计的偶极子天线进行了建模，验证了该天线的性能指标符合设计要求。
接着通过改变天线的结构尺寸进行性能参数仿真，研究了偶极子天线各项结构参数对天线系统性能的影响，得出了相应结论，仿真结果对偶极子天线设计具有一定的指导意义。
关键词：偶极子；微带；天线；中心频率中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）10-0209-031 背景微带天线与其他基本结构共同构成射频电路，是通讯设备中最为重要的一个组成。
通过类比台式电脑、智能手机和U盘等电子设备的发展，电子产品的设计大多数趋于小型化。
因此在研究射频电路领域时，对于天线性能的发展方向也应该趋向于小型化。
微型天线具有体积小，电气性能完善多样，与有源器件、射频微波电路等结合方便等很多优势，适用于实际应用领域中的大规模制造[1-2]。
2 偶极子天线设计2.1 天线参数文章将在分析偶极子天线基本结构的基础上，利用ADS设计一种新型的1.8GHz的偶极子天线，对天线的相关性能进行仿真，对影响偶极子天线性能的相关参数进行仿真设计。
文章设计的偶极子天线的相关性能指标如表1所示。
2.2天线结构偶极子天线大略可以五个部分：微带巴伦线、偶极子天线臂、馈线、地板、通孔[3]。
图1显示了设计天线的平面结构示意图。
由于结构设计的需要，这几个部分都位于基质板底层的位置。
可以看出，底面与顶面的特殊微带线经过通孔紧密连接，最底面地平面和微带巴伦线其中一端相连，另外一端则是与偶极子天线臂相连。
通过对底面层的印刷偶极子天线的分析，等效输入阻抗电路如图2，等效输入阻抗[4-5]为：3 偶极子天线的仿真结果与分析通过ADS软件，我们依据相关性能参数，设计偶极子天线结构如图3所示：每一个天线在设计的过程中，存在着对应的频率范围，将之称为带宽。
可穿戴偶极子天线与超宽带印刷天线的设计
5、更环保的材料：使用更加环保的材料来制造天线，以减少对环境的影响。
结论
宽带印刷偶极子天线作为一种高性能、易于制造和集成度高的天线类型，在 通信、广播和军事等领域有着广泛的应用前景。未来，随着科技的不断进步和创 新，宽带印刷偶极子天线将继续朝着更高性能、更宽频带、更小尺寸和更高集成 度的方向发展。其重要的应用价值和优势表明了它在未来无线通信和其他领域中 的广阔发展前景。
应用场景
宽带印刷偶极子天线的应用场景非常广泛，主要包括以下几个方面：
1、通信领域：适用于多种无线通信系统，如Wi-Fi、蓝牙、GPS等，提供了 宽频带和高效率的无线通信服务。
2、广播领域：可用于电视和广播发射机，提高了信号覆盖范围和接收质量。
3、军事领域：适用于军用无线通信和雷达系统，提供了高性能和可靠的无 线连接。
可穿戴偶极子天线与超宽带印刷天 线的设计
目录
01 一、引言
03
三、超宽带印刷天线 设计
02 二、偶极子天线设计
四、可穿戴偶极子天
04 线与超宽带印刷天线 的设计与制作
目录
05 五、实验结果与分析
07 参考内容
06 六、结论
可穿戴偶极子天线与超宽带印刷 天线：设计与应用
随着科技的快速发展，无线通信技术在日常生活和工作中的应用越来越广泛。 可穿戴设备和超宽带技术作为两大科技热门，其结合带来的可穿戴偶极子天线与 超宽带印刷天线，具有十分重要的意义。本次演示将介绍这两种天线的特点、设 计原理、制作方法以及实验分析，最后对它们的优劣和应用前景进行总结。
3、测试：对制作好的天线进行性能测试，包括阻抗匹配、辐射方向、增益 等指标的测量。
无线局域网的双频带印刷偶极子天线设计
无线局域网的双频带印刷偶极子天线设计随着人们对通信质量和通信设备的集成要求不断增强。
作为通信设备子部件，天线也需要更高的性能以满足通信系统的需要。
截止目前，已有多种形式的天线被研发和应用。
Yi-Chieh Lee等人提出了一种开环形槽的贴片天线，它可以工作在2．4 GHz和5．2GHz两个频段。
Johanna M Steyn，Johan Joubert和Johann W Odendaal展示了一种工作在2．4 GHz和5．2 GHz频段的DBDP(Dual-Band Dual-Polarized)天线阵。
Zhang Q Y，Chu Q X，Wang Y提出了一种带有集成巴伦的贴片天线，覆盖了WLAN系统中的3个频段。
Li X，Yang L，Gong S X，Yang Y J提出了一种偶极子天线，偶极子的两个臂上有对称的开槽，使得天线可以在3个频段上工作。
另外还有一些其他形式的天线，比如对数天线，准八木天线等各种形式的天线。
而这些天线或因尺寸太大，不便集成和共形，或因结构复杂不便制作。
而采用耦合馈电的印刷偶极子天线是一种结构非常简单，而且易共形天线，适用于通信终端。
本文介绍了一种可用于WLAN的印刷偶极子天线，采用巴伦来耦合馈电40 nnn×50 mm的尺寸，结构非常简单，覆盖了WLAN的两个频段(2.4 GHz和5．8 GHz)，适用于WLAN系统。
1 天线结构由偶极子的工作原理可知，其谐振臂的长度约为谐振波长的1／4。
为了能够双频工作，必须要有能激起两个谐振的面电流，对于偶极子就需要有两对谐振臂。
为了缩小天线的尺寸，一般采取弯曲谐振臂使电流长度变长的方式达到减小天线谐振臂的长度。
对于WLAN的两个频段2 400～2484 MHz和5 725～5 825MHz。
由偶极子的工作原理可知，对应于低频段f0=2．4GHz的谐振电流长度约为31mm，而对应于高频段f0=5．8 GHz的谐振电流长度约为13 mm。
基于印刷偶极子天线的改进
河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 Ｃ 学 Ｃ 校 学 报 Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥ Ｂ Ｅ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥ Ｅ ＲＩ ＮＧ ＡＮＤ ＴＥ ＨＮＩ ＡＬ ＣＯ ＬＬ Ｅ ＧＥ
Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ４
ＮＯ ． １
带线 原来 和振 子臂 相接 的金属 过孔 被去掉 ， 而 采用耦 合馈 电方 式 ， 并增 加 了馈 电微带线 与右半 部分 振子臂 重
叠 的面积 ， 以此 保证 两边 的耦合 强度 相仿 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ２ — ０ ５
作者简介 ： 俞
嘉（ １ ９ ８ ０ 一 ） ， 女， 江苏苏州人 ， 苏 州 建 设 交 通 高等 职业 技 术 学 校 讲 师 ， 工 程硕士 ， 研 究方 向 ： 电 子信 息 工 程 技
２ ． ４ ＧＨｚ 处 的带 宽达 到 了 ６ ０ ０ ＭＨ ｚ （ 从 ２ ． ０ ５ Ｇ Ｈｚ ２ ． ６ ５ ＧＨｚ ） ， 在 ５ ． ２ Ｇ Ｈｚ频 段 时 阻 抗 带 宽 从 ４ ． ７ ５ Ｇ Ｈｚ到 ５ ． ９ ＧＨ ｚ共 １ ． １ ５ Ｇ Ｈｚ 。仿 真 的 结 果 证 明 设 计 的 天 线 性 能 较 为 稳定 。
关键词 ： 印 刷偶 极 子 ； 频段 ； 微 带 双 频 天 线 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ８ ２ １ ． ４ 文献标识码 ： Ａ
传统 的 印刷偶极 子天 线 由于其一 致性 好 、 容易共 型等特 点得 到 了广 泛 的应用 ， 但是 对于无 线通信 日趋发 达 的今天 ， 传统 的 印刷偶 极子 天线 的各项 优势 逐渐 的减弱 。频谱 资源 的有 限 向现 代天线 提 出了多频 段 、 宽频
路径产 生 高频 。改进后 和改 进前 的结构 对 比如下 图 １ 所示。
印刷偶极子天线原理
印刷偶极子天线原理
印刷偶极子天线是一种用于发射和接收无线电信号的天线，具有宽带、低剖面和高增益等优点。
其原理如下：
1. 偶极子天线的基本结构：
印刷偶极子天线主要由两个平面金属贴片组成，形成一种对称结构。
这两个金属贴片之间存在一定的空气或介质介质（如树脂或陶瓷），
通过这个介质将能量从一个金属贴片传输到另一个金属贴片。
2. 偶极子天线的工作原理：
当无线电信号经过印刷偶极子天线时，由于存在介质贴在金属贴片之间，介质就会被激励并向另一头传输。
因此，偶极子天线就成为了一
个天线组件。
3. 偶极子天线的优点：
印刷偶极子天线的优点主要有以下几点：
- 宽带性：相较于传统的柱形天线，印刷偶极子天线具有更宽的频带。
这是因为其金属贴片的宽度非常窄，相对来说更适合高频信号的传输。
- 低剖面：印刷偶极子天线的剖面非常低，因此很容易被融入到PCB
或其他电路板中。
这使得它被广泛应用在无线通信设备中，如手机、
无线路由器等。
- 高增益：印刷偶极子天线的增益比传统柱形天线高很多。
这是因为由于介质的存在，它能捕捉到更多的能量，从而提供更好的接收和发送信号。
总结：
印刷偶极子天线是一种用于无线通信设备的新型天线。
它具有宽带、低剖面和高增益的优点，成为了电子工程师设计电路板时常用的天线组件。
随着技术的进步，印刷偶极子天线将会在更多的无线设备中得到应用。
宽带印刷偶极子天线设计
宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹(中国西南电子技术研究所，成都610036)摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。
采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。
给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。
关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带Design of a Broadband Printed Dipole AntennaHe Qingqiang He Haidan(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036)Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports.Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。
最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。
2024-印刷偶极子天线设计
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 ：
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，如以下图中
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：
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。
加通孔，因为是圆形 的通孔，所以选择 ， 如以下图中：
这样就完成了天线尺寸的根本设计。
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以下图中所示：