印刷偶极子天线设计

天线参数的优化
选择Momentum->Optimization-> Goal,设置优 化的目标，如下图：
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：
层定义— 层定义 Metallization
Layer设置 Layer设置
去掉通常微带天线的地 面（GND）而加 FreeSpace_bottom，与 上面的FreeSpace向对 称，这样更加符合移动 通信下天线的实际情况， 对于移动通信总是希望 全向的天线，这样可以 克服一般的微带天线只 能向半空辐射的缺点而 成为全向天线。
层定义— 层定义 Metallization
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。
Layer设置 Layer设置
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 Reference Port
本例中采用第二种方案
端口定义
选中 加Port。第 一个Ｐort加在cond 上，第 二个Port加 在cond2上。此时， 可 以 选 择 Options=>Midpoint Snap， 使 得 Port 加 在物体的中间位置。
端口定义
可以双击端口对端口进行修改 ，选择Port对应的层：
端口ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ义
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 ADS Momentum设计天线的基 本方法 仿真，调试，优化印刷偶极子天线
（二）实验内容
熟悉ADS Layout的使用环境。 使用ADS软件设计一个1.8GHz的印刷偶 极子天线。 通过仿真分析该天线的性能。
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。 下面就天线的带宽通过调节偶极子宽度Wd进行优化，目的 演示优化的过程。
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
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。
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 面 观察天线的 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。 Conical Cut又称为水 平截面，它的Theta是 确定的，而Phi是可以 从0-3600变化。与 0-360 Layout平面平行
箭头的方向表示了电流的流向
1.8GHz印刷偶极子天线的尺 印刷偶极子天线的尺 寸
偶极子天线臂 微带巴伦 Ld=29mm Wd=6mm Gap g2=3mm Lb=25mm Lh=3mm Gap g1=1mm Wf=3mm Wb=5mm Wh=3mm r=0.4mm Lg=12mm Wg=19mm
通孔 地板
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 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。
观察天线的2维 面 观察天线的 维 E面
首先，观测Planar Cut（垂直极化）。在Far Field > Cut 3D Far Field,设置如下图：
E 平面 垂直截面 Phi=900
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
在Layout中绘制天线 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 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 Layout中绘制天线
创建新的工程文件（ 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 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
选择Momentum->Optimization-> parameters, 进入优化参数设置对话框：
在nominal nominal Value填入4， 表示优化的Wd 的起始值， Perturbed Value表示优化 的终止值。
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
当优化运行完毕之后，得到优化后的Wd 的参数
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
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
如下图对S参数仿真进行设置：
点击update，Simulate，开始仿真。
Ｓ参数仿真
仿真结果：
谐振频率是刚好位于1.800GHz的，反射波损耗为-28.161dB 输入阻抗为Z0*（0.933+j0.036）=46.65+j1.8
天线的带宽
对于VSWR<1.5,天线带宽为13%(1.683GHz—1.917GHz) 对于VSWR<2.0,天线带宽为23.8%(1.600GHz—2.026GHz)
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