課 程 設 計 說 明 書題目：基于ADS的微帶縫隙天線的仿真設計學院（系）： 年級專業： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 課 程 設 計 說 明 書基于ADS的微帶縫隙天線的仿真設計摘 要：通信系統的發展帶來了天線行業的勃勃生機，在眾多的天線類型中微帶天線已成為當前研究的前沿之一，具有廣闊的前景與實用意義。特別是微帶縫隙天線，以其重量輕、剖面薄、平面結構且易與載體共形，饋電網絡可與天線結構一起制成等優點已經引起天線工作者的廣泛關注。本文就設計一個中心頻率工作為880MHz，相對帶寬為B=5，介質板厚度h=1.6mm，損耗角正切tan=0.0018，介電常數為Er=2.3的微帶縫隙天線展開研究以及仿真和優化。關鍵詞： ADS；微帶縫隙天線；仿真設計； Design of microstrip slot antenna based on ADS simulationAbstract: 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;學習目的1. 學習射頻電路的理論知識； 2. 掌握ADS并可以設計微帶天線；3. 通過ADS設計中心頻率為880MHZ，相對帶寬為B=5%的微帶縫隙天線；學習器件ADS(Advanced Design system)軟件ADS軟件介紹ADS全稱Advanced Design system，是Agilent公司2008年推出新版本的EDA軟件。ADS經過多年的發展，仿真功能和仿真手法日益完善，最大的特點是集成了從IC級到電路級直至系統級的仿真模板。它內含基于矩量法的電磁仿真模板，ADS Momentum是一種對3D進行簡化的2.5D電磁仿真器，非常適合第三維上均勻變化的結構仿真，如PCB板級設計、無源板級器件設計等。其仿真速度極快，同時保證和主流3D電磁仿真軟件相當的精度。天線基礎天線的性能直接影響著整個無線通信的性能，一般來說，表征天線性能的主要參數有方向特性、增益、輸入阻抗、駐波比、極化特性等。（1）天線的極化方式所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。（2）天線的增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。（3） 天線的阻抗天線的輸入阻抗：是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優劣一般用四個參數來衡量即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗，四個參數之間有固定的數值關系，使用那一個純出于習慣。在我們日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50Ohm或75Ohm。微帶縫隙天線的仿真1.設計實例設計一個中心頻率工作在880MHz的微帶縫隙天線，相對帶寬為5的寬帶縫隙天線。介質板的介電常數為Er=2.3，損耗角正切tan=0.0018，介質板厚度h=1.6mm。本例中的微帶縫隙天線采用的是偏心雙線饋電方式，這種饋電方式有利于擴展天線的帶寬，天線的模型如圖1所示。圖1偏心雙線饋電的微帶縫隙天線2.ADS仿真具體步驟（1）新建工程在開始菜單中選擇“Advanced Design System 2009 Advanced Design System”，在主窗口，通過點擊下拉菜單“FileNew Project”創建新項目，命名為“aperture_antenna”,并把單位選擇成“millimeter”。 （2）設置Layout層在“本例中需要用到兩個Layout層，因此首先設置兩個Layout層，分別命名為cond1和cond2。其中，cond1是微帶饋線所在的Layout層；cond2層是開縫的接地板所在的Layout層。在Layout工作區單擊鼠標右鍵，從彈出的的快捷菜單中單擊【Layers】命令，彈出“Layer Editor”對話框，單擊【Cut】按鈕將默認的所有Layout層全部刪除。單擊【New】按鈕創建兩個金屬層cond1和cond2，同時為了觀察方便，選擇Layout中的圖形以輪廓線方式顯示，如圖2所示。圖2 Layout層設置窗口（3）創建接地板模型單擊工具欄中的畫矩形的工具，執行菜單命令【Insert】【Coordinate Entry】，在彈出的對話框中輸入矩形接地板初始坐標值（0,0），單擊【Apply】按鈕，輸入接地板的終點（220，145），單擊【OK】按鈕，如圖所示。雙擊已經創建好的接地板圖形，彈出該圖形的屬性對話框，如圖3所示，在下拉列表中選擇Layout層“cond2”。 圖3 輸入接地板坐標利用矩形或多邊形繪圖工具創建矩形的縫隙，輸入縫隙的始末坐標（57，62）和（163，83.5）。注意，這里縫隙不能和之前創建好的接地板的Layout層在同一層上。雙擊創建好縫隙，在屬性對話框中的層選項中選為“cond1”。因為接下來將要使用Boolean Logical工具在接地板上剪出一個縫隙，而在運用Boolean Logical工具時要求兩個做布爾代數的圖形必須是在不同Layout層上。 下面運用Boolean Logical工具來創建開縫隙的接地板。按住【Ctrl】鍵，選擇圖所示中創建好的縫隙與接地板，執行菜單命令【Edit】【Boolean Logical】，彈出“Boolean Logical Operation Between Layers”對話框，如圖6所示。Cond2層的圖形減去cond1層的圖形，布爾減之后的圖形選擇cond2作為其Layout層。做完布爾減之后的圖形如圖4所示。如圖5所示是將cond2層在層設置中改成實心顯示后的圖。從圖中可以清晰地看出，在接地板的中心剪出了一個縫隙。 圖4 做完布爾減之后的接地板 圖5 改為實心顯示后的接地板（4）創建微帶饋線模型首先用ADS中的Linecacl工具計算50Ohm的線寬和100Ohm的線寬。經過Linecacl計算，50Ohm的線寬為5.3mm，100Ohm的線寬為1.54mm。按照圖1所示的饋線尺寸，可以使用矩形工具或多邊形工具，仿照前面方法創建微帶饋線，如圖6所示。確保饋線的層屬性為cond1,如果Layout層不是cond1，請按前面的方法在屬性對話框中將其改為cond1。圖6 微帶縫隙天線模型（5）創建微帶基板設置執行菜單命令【Momentum】【Substrate】【Creat/Modify】,在彈出的對話框里設置基板的基本參數。將介質板的厚度設置為1.6mm，介質板的介電常數設為2.3，損耗角正切設置為0.0018，如圖7所示。圖7 設置基板參數（6）Layout 層映射選擇“Layout Layers”標簽頁，如圖8所示，將cond1、cond2分別粘貼在介質板兩面上，完成映射后，單擊【OK】按鈕。（7）端口設置 單擊工具欄中的圖標，分別在cond1層及cond2層上添加一個端口。注意：端口所在的Layout層必須和其對應的物體在同一層上，如果端口要加在cond1層上，那么該端口的Layout層屬性也要設置成cond1。 執行菜單命令【Momentum】【Port Editor】，然后回到Layout工作區，單擊添加的端口，將Port1的類型設置成“Internal”，將Port2的類型設置成“Ground Reference”。圖8 Layout層映射（6）S參數仿真設置執行菜單命令【Momentum】【Simulation】【S-parameters】，彈出S參數仿真控制界面，在仿真控制界面上設置頻率起始點。單擊【Simulate】按鈕，進行S參數仿真。電磁仿真需要的時間和天線的尺寸有很大的關系，天線越大，仿真需要的時間越長。最終仿真的S參數如圖9所示。從圖中可以看出，該天線的中心頻率為880MHz，中心頻率出的S11達到-35.297dB，帶寬范圍為836 924MHz，相對帶寬達到5%。圖9 仿真后的S11性能工程上習慣看電壓駐波比（VSWR）,因此需要在ADS中編輯VSWR公式，將S11性能轉化為VSWR性能。在數據顯示窗口中，單擊圖標，并將其拖曳到空白的工作區，在公示欄中輸入VSWR公式。編輯完VAWR公式之后，單擊【OK】按鈕。回到工具欄單擊圖標，將其拖曳到空白的工作區。最終的VSWR曲線如圖10所示。圖10 仿真后的S11性能（6）后處理執行菜單命令【Momentum】 【Post-processing】【Radiation Pattern】，在彈出的對話框中選擇所需要考察的頻率、可視方式、激勵源幅度和相位、端口阻抗，單擊【Compute】按鈕進行運算。在右側顯示區中可以觀察到天線的三維圖及遠場三維方向圖，如圖11所示。圖11 f=880MHz的遠場方向圖在“Solution Setup”里面將頻率選擇為880MHz，并在畫圖屬性對話框中選擇電流顯示方式為帶箭頭顯示，電流幅度按照對數尺度顯示。在右邊的顯示圖像區域可以看到電流分布，如圖12所示。圖12 f=880MHz縫隙天線的電流分布通常選取兩個正交面來描述天線，這里將畫出XOZ面和YOZ面的二維圖。執行菜單命令【Momentum】 【Post-processing】【Radiation Pattern】，在彈出的對話框中選擇可視方式為2D方式。選擇“2D Settings”標簽頁，在圖中設置XOZ面和YOZ面。其中，XOZ面對應著切割角度為00，YOZ面對應著切割角度為900。以XOZ面為例，設計得到如圖13所示的 XOZ面上二維特性和圖14所示的 XOZ面上的極化特性。 圖13 XOZ面上二維特性 圖14 XOZ面上的極化特性（7）優化設計進行優化設計，其中心頻率到了880MHz，帶寬為836 924MHz。得到的最終原理圖如下所示。圖15 最終原理圖總結通過對ADS的學習，我對微帶縫隙天線的設計有了更深的認識，尤其是對具體不同類型的微帶縫隙天線的工作原理以及各種微帶縫隙天線的設計有