微波电路与系统仿真实验
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微波电路与系统仿真实验
初步仿真
矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下： ① 在ADS主窗口下，选择【Window】→【New Layout】
在工程中新建一个布局图。也可单击 按钮新建布局 图。 ② 在新建设计窗口中给新建布局图命名，此处命名为 “rectpatch” 。
微波电路与系统仿真实验
③ 设定Layout的度量单位。在ADS中，度量单位的缺省值为 mil，把它改为mm。方法是：单击鼠标右键→ Preferences… → Layout Units ，如下图所示。
微波电路与系统仿真实验
雷达 传感器
微带天线一般应用在1～50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十 兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：
(1)体积小，重量轻，低剖面，能与载体(如飞行器)共形 。 (2)电性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到 端射范围内调整；易于得到各种极化 。 (3)易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。
微波电路与系统仿真实验
5. 相关参数计算
贴片宽度w
基片选择合适后，根据天线要求的工作频率 f 和基片
介电常数r、厚度h，可用下式设计出高效率辐射贴片天线
的宽度w，即
w c (εr 1)12 2fr 2
其中 c 是光速。
当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低，当
选用大于上式的宽度时效率虽然提高，但是会产生高次模
引起场的畸变。
微波电路与系统仿真实验
贴片长度L
考虑到边缘缩短效应后，实际上矩形微带天 线的辐射单元长度 L 比原来有所减少为：
L c 2Δl 2fr εe
式中的有效介电常数e 和延伸量l 可以分别用下面的
两个式子计算得到。
εeεr21h
(εe 0.412
(εe
微波电路与系统仿真实验
2. 微带天线的主要技术指标
辐射方向图 方向性系数和天线增益 谐振频率处反射系数 天线效率 带宽 极化特性
微波电路与系统仿真实验
辐射方向图
定义：是指在离天线一定 距离处，辐射场的相对场 强（归一化模值）随方向 变化的图形。
微波电路与系统仿真实验
方向性系数
定义：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的电场 强度的平方与理想无方向性点源天线（该天线的方向图为一 球面）在同一点产生的电场强度平方的比值。通常取最大辐 射方向上的方向性系数作为天线的方向性系数。
1. 微带天线简介
微带天线的概念是在1953年提出来的，但在近30 年才逐步发展起来，是一种新型天线。 微带贴片天线：在一个薄的介质板基材上，一面覆上金属薄 层作为接地板，另一面采用蚀刻的办法做出各种形状的贴片， 利用微带或同轴对贴片进行馈电。 微带缝隙天线：在接地板上开各种各样的槽，通过微带线进 行馈电。
微波电路与系统仿真实验
馈线宽度 馈线的宽度可以由窗口菜单Tools→LineCalc → Start
LineCalc 进入到传输线计算软件计算得出。也可由开始菜 单进入。
微波电路与系统仿真实验
在Substrate Parameters中输入基片的参数，在Electrical中输 入阻抗的值，点击【Synthesize】按钮，观察Physical窗口，可得 到馈线的宽度为1.21mm。馈线长度过长会影响天线辐射性能，此 处取3mm。
微波电路与系统仿真实验
微带天线设计与仿真
实验目的： 1. 了解矩形微带天线的技术指标和设计方法； 2. 掌握在ADS的Layout中进行射频电路设计的方法。
微波电路与系统仿真实验
微带天线设计与仿真
实验内容： 4.1 微带天线的基础知识 4.2 矩形微带天线的设计与仿真
微波电路与系统仿真实验
4.1 微带天线的基础知识
天线增益
定义：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单 元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
微波电路与系统仿真实验
3. 微带天线设计思路
① 根据指标要求和基片参数计算相关参数，如贴片宽度、 长度、馈电位置、馈线宽度等。
② 在ADS的布局图窗口Layout中初次仿真。 ③ 在原理图窗口Schematic中进行匹配。 ④ 修改Layout，再次仿真，完成天线设计。
0.3)(w0.264) h
0.25)8(w0.8) h
微波电路与系统仿真实验
馈电位置 微带线馈电时有一种方法，即中心馈电，在矩形辐
射元一边的正中心处馈电，将特性阻抗为50欧姆的微带 馈线连接在馈电位置处，制作成天线，而后测量天线的 输入阻抗，然后根据输入阻抗设计出阻抗匹配变换器， 最后在天线贴片元与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新 做成天线。本实验在天线设计时选用的是这种方法。
微波电路与系统仿真实验
相关参数计算结果
w=21.52mm L=15.81mm 50馈线宽度：1.21mm，长度：3mm
微波电路与系统仿真实验
4.2 矩形微带天线的设计与仿真
建立工程 初步仿真 匹配优化设计 版图仿真
微波电路与系统仿真实验
建立工程
建立工程的具体步骤如下： ① 运行ADS，弹出ADS的主窗口。 ② 选择【File】→【New Project】命令，弹出“New Project”
（新建工程）对话框。对话框中的默认工作路径为 “C:\Users\defaults\”，在路径的末尾输入工程名： p_antenna。在【Project Technology Files】栏中选择 “ADS Standard：Length unit-millimeter”，即工程中的默 认长度单位为毫米。 ③ 点击【OK】按钮，完成新建工程，此时原理图设计窗口 会自动打开。
微波电路与系统仿真实验
④ 在ADS的Layout中进行设计时，介质层和金属层的设置很重 要。在菜单栏里选择Momentum → Substrate → Create/Modify…， 在Substrate Layer标签里，保留FreeSpace 和////GND////的设置不变，点击Alumina层，修改其设置如下 图。
微波电路与系统仿真实验
4. 矩形微带天线的技术指标
频率：3GHz附近 陶瓷基片：介电常数εr＝9.8 输入阻抗：50
厚度h＝1.27mm
基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基 片，其常用的厚度是h＝1.27mm，0.635mm，0.254mm。 其中1.27mm的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及 较高的增益。
初步仿真
矩形微带天线初步仿真的具体步骤如下： ① 在ADS主窗口下，选择【Window】→【New Layout】
在工程中新建一个布局图。也可单击 按钮新建布局 图。 ② 在新建设计窗口中给新建布局图命名，此处命名为 “rectpatch” 。
微波电路与系统仿真实验
③ 设定Layout的度量单位。在ADS中，度量单位的缺省值为 mil，把它改为mm。方法是：单击鼠标右键→ Preferences… → Layout Units ，如下图所示。
微波电路与系统仿真实验
雷达 传感器
微带天线一般应用在1～50GHz频率范围，特殊的天线也可用于几十 兆赫。和常用微波天线相比，有如下优点：
(1)体积小，重量轻，低剖面，能与载体(如飞行器)共形 。 (2)电性能多样化。不同设计的微带元，其最大辐射方向可以从边射到 端射范围内调整；易于得到各种极化 。 (3)易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。
微波电路与系统仿真实验
5. 相关参数计算
贴片宽度w
基片选择合适后，根据天线要求的工作频率 f 和基片
介电常数r、厚度h，可用下式设计出高效率辐射贴片天线
的宽度w，即
w c (εr 1)12 2fr 2
其中 c 是光速。
当选用小于上式的宽度时辐射元的效率将降低，当
选用大于上式的宽度时效率虽然提高，但是会产生高次模
引起场的畸变。
微波电路与系统仿真实验
贴片长度L
考虑到边缘缩短效应后，实际上矩形微带天 线的辐射单元长度 L 比原来有所减少为：
L c 2Δl 2fr εe
式中的有效介电常数e 和延伸量l 可以分别用下面的
两个式子计算得到。
εeεr21h
(εe 0.412
(εe
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2. 微带天线的主要技术指标
辐射方向图 方向性系数和天线增益 谐振频率处反射系数 天线效率 带宽 极化特性
微波电路与系统仿真实验
辐射方向图
定义：是指在离天线一定 距离处，辐射场的相对场 强（归一化模值）随方向 变化的图形。
微波电路与系统仿真实验
方向性系数
定义：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的电场 强度的平方与理想无方向性点源天线（该天线的方向图为一 球面）在同一点产生的电场强度平方的比值。通常取最大辐 射方向上的方向性系数作为天线的方向性系数。
1. 微带天线简介
微带天线的概念是在1953年提出来的，但在近30 年才逐步发展起来，是一种新型天线。 微带贴片天线：在一个薄的介质板基材上，一面覆上金属薄 层作为接地板，另一面采用蚀刻的办法做出各种形状的贴片， 利用微带或同轴对贴片进行馈电。 微带缝隙天线：在接地板上开各种各样的槽，通过微带线进 行馈电。
微波电路与系统仿真实验
馈线宽度 馈线的宽度可以由窗口菜单Tools→LineCalc → Start
LineCalc 进入到传输线计算软件计算得出。也可由开始菜 单进入。
微波电路与系统仿真实验
在Substrate Parameters中输入基片的参数，在Electrical中输 入阻抗的值，点击【Synthesize】按钮，观察Physical窗口，可得 到馈线的宽度为1.21mm。馈线长度过长会影响天线辐射性能，此 处取3mm。
微波电路与系统仿真实验
微带天线设计与仿真
实验目的： 1. 了解矩形微带天线的技术指标和设计方法； 2. 掌握在ADS的Layout中进行射频电路设计的方法。
微波电路与系统仿真实验
微带天线设计与仿真
实验内容： 4.1 微带天线的基础知识 4.2 矩形微带天线的设计与仿真
微波电路与系统仿真实验
4.1 微带天线的基础知识
天线增益
定义：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单 元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
微波电路与系统仿真实验
3. 微带天线设计思路
① 根据指标要求和基片参数计算相关参数，如贴片宽度、 长度、馈电位置、馈线宽度等。
② 在ADS的布局图窗口Layout中初次仿真。 ③ 在原理图窗口Schematic中进行匹配。 ④ 修改Layout，再次仿真，完成天线设计。
0.3)(w0.264) h
0.25)8(w0.8) h
微波电路与系统仿真实验
馈电位置 微带线馈电时有一种方法，即中心馈电，在矩形辐
射元一边的正中心处馈电，将特性阻抗为50欧姆的微带 馈线连接在馈电位置处，制作成天线，而后测量天线的 输入阻抗，然后根据输入阻抗设计出阻抗匹配变换器， 最后在天线贴片元与馈线之间接入该阻抗匹配器，重新 做成天线。本实验在天线设计时选用的是这种方法。
微波电路与系统仿真实验
相关参数计算结果
w=21.52mm L=15.81mm 50馈线宽度：1.21mm，长度：3mm
微波电路与系统仿真实验
4.2 矩形微带天线的设计与仿真
建立工程 初步仿真 匹配优化设计 版图仿真
微波电路与系统仿真实验
建立工程
建立工程的具体步骤如下： ① 运行ADS，弹出ADS的主窗口。 ② 选择【File】→【New Project】命令，弹出“New Project”
（新建工程）对话框。对话框中的默认工作路径为 “C:\Users\defaults\”，在路径的末尾输入工程名： p_antenna。在【Project Technology Files】栏中选择 “ADS Standard：Length unit-millimeter”，即工程中的默 认长度单位为毫米。 ③ 点击【OK】按钮，完成新建工程，此时原理图设计窗口 会自动打开。
微波电路与系统仿真实验
④ 在ADS的Layout中进行设计时，介质层和金属层的设置很重 要。在菜单栏里选择Momentum → Substrate → Create/Modify…， 在Substrate Layer标签里，保留FreeSpace 和////GND////的设置不变，点击Alumina层，修改其设置如下 图。
微波电路与系统仿真实验
4. 矩形微带天线的技术指标
频率：3GHz附近 陶瓷基片：介电常数εr＝9.8 输入阻抗：50
厚度h＝1.27mm
基片选择的理由是：陶瓷基片是比较常用的介质基 片，其常用的厚度是h＝1.27mm，0.635mm，0.254mm。 其中1.27mm的基片有较高的天线效率，较宽的带宽以及 较高的增益。