用ADS设计微带天线
基于ADS的微带天线的设计及仿真
基于ADS的微带天线的设计与仿真The design and simulation of PIFA based on ADS王伟堃（Wang Weikun）06250109计算机与通信学院本科生毕业设计说明书基于ADS的微带天线的设计与仿真作者：王伟堃学号：06250109专业：通信工程班级：06级通信工程（1）班指导教师：侯亮答辩时间：2010年6月15日平面倒F天线(PIFA,Planar Inverted F Antenna)主要应用在手机终端中，由于其体积小、重量轻、成本低、性能好，符合当前无线终端对天线的要求，因而得到广泛的应用，进行了许多研究工作。
先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。
软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。
ADS可以模拟整个信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。
它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中，包括从原理图到PCB 板图的各级仿真，当任何一级仿真结果不理想时，都可以回到原理图中重新进行优化，并进行再次仿真，直到仿真结果满意为止，保证了实际电路与仿真电路的一致性。
本设计通过ADS软件对微带天线进行设计，设计了平面倒F天线，即PIFA天线的设计以及利用Hilbert分型结构对天线小型化设计。
论文主要包括：PIFA天线的介绍，ADS软件的使用，PIFA天线的设计以及仿真，优化及结果分析等容。
论文结构安排如下：第一章绪论；第二章FIFA天线原理及介绍；第三章ADS软件的使用；第四章PIFA天线的设计；第五章仿真优化及结果分析。
第一章介绍了本设计要解决的问题，提出了用ADS软件设计PIFA天线。
ADS仿真天线详细过程
如何进行ADS的天线仿真：1.建立工作环境2.Option->Technology-> Technology Setup，修改单位，这一步要在建立PCB之前进行，而且更换时不能打开原理图和PCB文档。
3.新建layout文件，修改网格，暂时不改layout layer设置。
建立微带片和PIN。
4.设置基片所需的材料文件，也是options->technology中，在包括copper（铜皮）和FR4文件。
5.对基片布局进行设置1）整体2）微带片3）基片4）GND层6.Port端口7.EM设置，可以看到之前设置的基片、端口是否正确，如果有误则显示黄色叹号。
不出现黄色叹号就说明可以正常仿真。
这里还有扫频设置。
设置OK就可以simulate。
8.仿真结果，以及一些相关设置界面。
此时封装这个S参数的仿真结果，用于原理图仿真。
注意需要设置的地方。
进入其他结果界面之前，需要进行端口参数设置。
包括频率值，端口电平和阻抗参数。
完成后apply，然后compute。
结果如下：暂时对这些参数不是很了解仔细，目前比较关注的是S11和效率，而从这个看了，ADS 没有提供直接的效率值，但是有G和D，我们可以通过G/D*100%了解到效率值。
下面我们来了解其如何实现匹配的。
1.首先，从仿真结果中或者在频点（2.4G）的阻抗参数。
如上：Z=Z0*（4.135+j2.118）2.在原理图界面，打开smith chart工具3.下一步就是在smith中进行匹配了。
这部分设置比较多，如下，注意的是对负载阻抗的设置，这个是根据我们前面求出的天线的输入阻抗值进行的设置。
4.开始进行匹配。
这里有个技巧：在上面设置完之后，首先，我们选择左边的微带线串联器件，然后在smith 中任意位置单击，确定一个值。
再在右边的原理窗口，单击选中放置的微带器件，发现下面有两个选项可以修改，就是Z0和Value，这两个就是微带传输线的阻抗和电长度，是微带匹配的关键参数。
利用ADS和HFSS仿真微带天线案例
利用ADS和HFSS仿真微带天线案例01矩形微带天线设计原理在工程上，微带天线采用传输模法设计，在PCB板上实现，如图1(a)所示：L是微带天线长边，电场正弦变化；W是其宽边，天线的辐射槽便是宽边的边沿；ΔL是由边沿电容引起的边沿延伸。
图1(b)给出其等效电路图，可看成源阻抗通过长为L+2ΔL的传输线与负载阻抗ZL 相连，其中ZS=ZL是辐射槽的阻抗；Zin是从输入端口位置的辐射槽向里看的输入阻抗，即不包含第一个辐射槽阻抗在内的输入阻抗。
由具有任意负载阻抗的一段传输线的输入阻抗公式可得（微波工程51页）：其中，Z0为宽度W的微带线的特性阻抗，β为传播常数。
谐振时，把(2)带入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。
这也表明半波长线不改变负载阻抗。
ΔL、εe由以下两个式子确定。
其中，W为微带天线的宽边；h为介质板的厚度；εr为相对介电常数。
W值不是很关键，通常按照下面的式子确定：02矩形微带天线ADS仿真设计。
要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，导体厚度T=0.035mm，工作频率3GHz，输入阻抗50Ω。
2.1 几何参数计算根据式（2）-（5）计算天线几何参数。
2.2 馈线设计、ADS LineCalc工具使用（1）启动LineCalc,如图2所示。
（2）Substrate Parameters 栏中，设置PCB参数；Component Parameters 栏中，设置频率；Electrical 栏中设置阻抗和电长度。
具体设置如下：相对介电常数Er: 3.5介质厚度H: 1mm导体厚度T：0.035mm工作频率Freq:3GHz特征阻抗Z0=50Ω电长度E_Eff:180°其他为默认值。
（3）设置完成后，将Physical 栏中W和L的单位改成mm，然后点击Synthesize 栏下的“向上箭头”按钮，在Physical 栏中得到馈线的宽度为2.219360mm，长度为30.162200mm。
微带天线ADS设计
实验八 微带天线一．实验目的：1. 掌握微带天线基本理论和设计方法。
2. 利用ADS 仿真设计仿真微带天线。
3. 利用匹配的参数值对微带天线进行仿真 二．预习内容：1．熟悉微波课程有关微带的理论知识。
2．熟悉微波课程有关阻抗匹配的理论知识。
三、软件仿真：设计3GHz 微带天线，基板参数为( )4.5/0.762mm,导电材料为铜，导电率6.45e+7,铜皮厚度t=0.05mm，损耗角正切0.015。
并用四分之一线段实现与h r /ε50Ω馈线的匹配。
⑴ 先进行理论计算(要求算出微带天线的长L、宽W，输入阻抗Zin，并进行匹配，要求用四分之一阻抗变换器匹配到特性阻抗为50Ω的微带线上,并求出四分之一阻抗变换器的长宽(44,λλW L )，并求出特性阻抗的宽度W ，长度自定)。
0Z ⑵ 用ADS 进行验证仿真。
在原理图中的天线示意图如下ADS 的版图示意图如下：(真实的天线及其馈线并不是这个形状)0.①用momentum的S参数仿真控件进行S参数仿真②要求得出输入反射系数的[S(1,1)]幅值和相位，输入端的阻抗。
③根据求出的输入阻抗等，用Momentum中的post-Processing—Radiation Pattern(辐射方向图)进行仿真。
天线S11在频率为3GHz时为0 dB，说明输入端匹配，无反射。
相位为90度。
四、通过ADS 软件对已知尺寸的天线进行匹配有一面微带天线中心工作频率为1.5GHz,长100mm，宽25mm,从宽边的中间馈电，基板参数为( )4.5/0.762mm,导电材料为铜，导电率6.45e+7,铜皮厚度t=0.05mm，损耗角正切0.015。
hr /ε要求：① 先测出传输线的输入阻抗。
②利用传输线先销掉虚部。
③再利用四分之一阻抗变换器把阻抗变换到50Ω，TL3④要求测出天线的一些相关参数。
五 试验小结1，试验中的天线先接一段50特性阻抗的微带，在该段微带端进行匹配，这样做是考虑到50欧的微带尺寸容易实施操作，因为，微带线宽确定（基板参数确定）的情况下，改变线长，只有阻抗的虚部会改变。
基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计
课程设计说明书题目：基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：基于ADS的微带缝隙天线的仿真设计摘要：通信系统的发展带来了天线行业的勃勃生机，在众多的天线类型中微带天线已成为当前研究的前沿之一，具有广阔的前景与实用意义。
特别是微带缝隙天线，以其重量轻、剖面薄、平面结构且易与载体共形，馈电网络可与天线结构一起制成等优点已经引起天线工作者的广泛关注。
本文就设计一个中心频率工作为880MHz，相对带宽为B=5％，介质板厚度h=1.6mm，损耗角正切tanδ=0.0018，介电常数为Er=2.3的微带缝隙天线展开研究以及仿真和优化。
关键词：ADS；微带缝隙天线；仿真设计；Design of microstrip slot antenna based on ADSsimulationAbstract: Communication system development has brought the antenna the vitality of the industry, in many types of antenna microstrip antenna has become one of the forefront of current research, has broad prospects and practical significance. Microstrip slot antenna, in particular, with its light weight, thin section, flat structure and easy with conformal carrier, feeding the advantages of network can be made with the antenna structure has caused extensive concern of antenna workers. In this paper, the design of a work center frequency is 880 MHZ, relative bandwidth is B = 5%, medium plate thickness h = 1.6 mm, loss tangent tan delta = 0.0018, the dielectric constant of Er = 2.3 microstrip slot antenna study and simulation and optimization.Key words: ADS; Microstrip slot antenna. The simulation design;学习目的1. 学习射频电路的理论知识；2. 掌握ADS并可以设计微带天线；3. 通过ADS设计中心频率为880MHZ，相对带宽为B=5%的微带缝隙天线；学习器件ADS(Advanced Design system)软件ADS软件介绍ADS全称Advanced Design system，是Agilent公司2008年推出新版本的EDA软件。
微带天线设计与仿真ADS
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微波电路与系统仿真实验报告（第三次）
一、实验名称：微带天线设计与仿真
二、实验技术指标：
1.频率：3GHz附近
2.陶瓷基片：介电常数εr＝9.8 厚度h＝1.27mm
3.输入阻抗：50Ω
三、报告日期：2011年10 月13 日
四、报告页数：共5 页
五、报告内容：
1.电路原理图（原理图应标明变量名称的含义，可用文字表述或画图说明）
2.电路图（利用ADS创建的电路图，可用屏幕截图）
这是微带天线未匹配的结构图：
这是输入匹配电路的原理图：
3.仿真结果（可用图形或数据显示）
这是未加入匹配电路的仿真结果：
4.布局图
这是加入匹配电路之后的布局图：
5.优化方法和优化目标（可用屏幕截图）
6.优化之后的电路图和仿真结果
优化之后的仿真结果之一：S11
方向图：
增益与方向性系数以及效率：
六、仿真结果分析
可以看出，微带天线的设计主要是参数的调节和匹配网络的优化，较小的反射系数可以使天线的效率更高，增益更大。
微带天线在半空间具有较好的全向性，但是增益低。
签名：赵翔
日期：2010年10月13日
1页。
基于ADS的微带天线设计
射频实验报告（5）班级：信息83学号：08058017姓名：何彬实验要求：作业：设计、制作一中心频率为2.45GHz 的微带天线,天线采用50Ohm 微带线馈电，扫频范围：2.2GHz-2.7GHz 。
板材参数：H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相对介电常数(2.65) Mur:磁导率(1)， Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm)， T:金属层厚度(0.035 mm) TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm)报告要求：（1）简单叙述微带天线工作原理； （2）给出微带天线的版图尺寸；（3）给出版图仿真结果，并对其结果进行分析；（4）制作该天线，进行测试，给出天线的驻波测试结果，分析误差原因。
一、 实验原理：微带天线：参数计算方法：zyL/2g 的微带辐射单元与接地板之间的场分布微带辐射单元四周的场分布二、数值计算：据经验公式计算各微带的数值为： W =45.3 mm, L=40.2 mm;W1=0.52 mm, L1=21.86 mm; W2=4 mm, L2=20.64 mm.三、根据算得的数据进行设计：根据数据设计版图为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==20220212029022λλW W G Y inW>λ0W ≤λ0)2(20L L cf e ∆+=ε2/10122⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=r f c W ε()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++-+=∆⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++==-8.0/264.0/258.03.0412.012121211202/10h W h W hL W h W h Z e e r r eeεεεεεεπ版图仿真结果：由仿真结果可以看见中心频率不对，比预期的2.45G要低。
另一种仿真：首先只画天线辐射贴片仿真结果为：可以看出直接由经验公式算出的贴片参数是不能满足要求的，需要进行改动：设W=45mm,L=37.1mm。
基于ADS的微带天线的设计与仿真设计
基于ADS的微带天线的设计与仿真The design and simulation of PIFA based on ADS 王伟堃（Wang Weikun）06250109计算机与通信学院本科生毕业设计说明书基于ADS的微带天线的设计与仿真作者：王伟堃学号：06250109专业：通信工程班级：06级通信工程（1）班指导教师：侯亮答辩时间：2010年6月15日平面倒F天线(PIFA,Planar Inverted F Antenna)主要应用在手机终端中，由于其体积小、重量轻、成本低、性能好，符合当前无线终端对天线的要求，因而得到广泛的应用，进行了许多研究工作。
先进设计系统(Advanced Design System)，简称ADS，是安捷伦科技(Agilent)为适应竞争形势，为了高效的进行产品研发生产，而设计开发的一款EDA软件。
软件迅速成为工业设计领域EDA软件的佼佼者，因其强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力（尤其在射频微波领域），而得到了广大IC设计工作者的支持。
ADS可以模拟整个信号通路，完成从电路到系统的各级仿真。
它把广泛的经过验证的射频、混合信号和电磁设计工具集成到一个灵活的环境中，包括从原理图到PCB 板图的各级仿真，当任何一级仿真结果不理想时，都可以回到原理图中重新进行优化，并进行再次仿真，直到仿真结果满意为止，保证了实际电路与仿真电路的一致性。
本设计通过ADS软件对微带天线进行设计，设计了平面倒F天线，即PIFA天线的设计以与利用Hilbert分型结构对天线小型化设计。
论文主要包括：PIFA天线的介绍，ADS软件的使用，PIFA天线的设计以与仿真，优化与结果分析等容。
论文结构安排如下：第一章绪论；第二章FIFA天线原理与介绍；第三章ADS软件的使用；第四章PIFA天线的设计；第五章仿真优化与结果分析。
第一章介绍了本设计要解决的问题，提出了用ADS软件设计PIFA天线。
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用ADS 设计微带天线一、原理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：2/1212-⎪⎭⎫⎝⎛+=r r f c W ε=25.82mm贴片宽度经计算为25.82mm 。
2/11212121-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++=w h r r e εεε=8.889；()()()()8.0/258.0264.0/3.0412.0+-++=∆h w h w h le e εε∆l=0.543mm ；可以得到矩形贴片长度为：l f c L er ∆-=22ε=18.08mm馈电点距上边角的距离z 计算如下：)2(cos 2)(cos 2)(501022z R z Gz Y er in ⨯===λεπβ22090W R r λ=（0λ<<W 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。
二、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22090W R r λ=（0λ<<W 条件下）因为计算的时候没有符合0λ<<W 的条件（W=25.82mm ，而λ0＝120mm ，相对之下，它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Metallization Layers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。
四、体会用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sonnet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。
陶瓷9.8，w=26.4mm,L=19.2mm,微带L=13、8.7mm，W=0.23mm，所出参数如下：freq, GHzd B (S (1,1))m1m1freq=dB(S(1,1))=-50.408Min2.450GHzfreq (2.000GHz to 2.900GHz)S (1,1)Linear Polarization0 00 00 Circular Polarization0 00 00 Absolute Fields0 0THETAM a g . [d B ]m2m1m1THETA=10*log10(real(Directivity))=5.653Max2.000Linear PolarizationTHETAM a g . [d B ]-80-60-40-20020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]-80-60-40-2020406080-1001001020304050THETAM a g . [d B ]Axial Ratio-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]Absolute FieldsTHETAM a g . [V ]-80-60-40-20020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]-80-60-40-2020406080-1001001E-41E-31E-53E-3THETAM a g . [A ]HthetaHphi-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]Circular Polarization-80-60-40-20020406080-100100-50-40-30-20-10-600THETAM a g . [d B ]E_left E_right-80-60-40-20020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]-80-60-40-2020406080-10010040453550THETAM a g . [d B ]Axial Ratio-80-60-40-2020406080-100100-135-90-4504590135-180180THETAP h a s e [d e g ]THETAM a g . [d B ]-80-60-40-2020406080-1001001020304050607080900100THETAP e r c e n t a g eEfficiency-80-60-40-2020406080-1001001E-71E-61E-51E-41E-84E-4THETAM a g . [m 2]Effective AreaRadiated Power-80-60-40-2020406080-1001001E-61E-51E-41E-31E-72E-3THETAM a g . [W /s t e r a d ]Frequency M a g . [d B ]S11m1freq=dB(wdai1_mom_a..S(1,1))=-13.216Min2.436GHz2.22.42.62.82.03.0-1000100-200200FrequencyP h a s e [d e g ]S11S11freq (2.000GHz to 2.900GHz)。