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实验一微带天线的设计与仿真.doc

发布:2017-04-19约1.55千字共16页下载文档
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实验一:微带天线的设计与仿真 实验步骤、仿真结果分析及优化 1、原理分析: 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:=25.82mm 贴片宽度经计算为25.82mm。 =8.889; ?l=0.543mm; 可以得到矩形贴片长度为: =18.08mm 馈电点距上边角的距离z计算如下: (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。 2、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 (条件下) 因为计算的时候没有符合的条件(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???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。 二、实验心得: 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。
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