找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 5478|回复: 10
打印 上一主题 下一主题

[ADS仿真] 利用ADS和HFSS仿真微带天线案例

[复制链接]
  • TA的每日心情
    开心
    2019-11-29 15:40
  • 签到天数: 4 天

    [LV.2]偶尔看看I

    跳转到指定楼层
    1#
    发表于 2019-11-28 18:38 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

    EDA365欢迎您登录!

    您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

    x
    矩形微带天线设计原理& E: C. F, ~$ w) l3 s5 ?% |% g3 C
    & H3 O4 R/ x5 E3 l# l0 ]
    ( M. j- P' D! o; M5 X
    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。5 P% P) l+ e0 I1 W) u
    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:
    矩形微带天线ADS仿真设计

    6 l/ V+ ^0 w& _1 W7 E  Y$ J
    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。
    - @8 ^- H# P6 _) \" m

    1 U- ?! z! z0 N/ C+ r
    2.1 几何参数计算

    ! I+ F6 R5 X" ], @* h
    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

    ( |9 F" L: h/ j9 b% l' N' P. Z
    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:
    / X% _3 Z6 E$ w: V8 e
    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
    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。然而实际设计中,由于需要匹配设计,考虑到长度影响天线的辐射特性,选取馈线长度为5mm。
    4 \3 B$ f' z4 u+ G( Y
    2.3 版图仿真。

    2 w7 f" \( e* z4 \" S

    ! B, {# N8 o( X- D5 v

    ) x; g  @9 w* F
    (1)ADS中创建一个工程,命名为antenna_wrk。& M  V8 }" I  \) l1 q" A0 G0 F, ~
    (2)单击
    命名为layout1。1 S/ f' ~) _1 \6 j
    (3)单击:Options→Preferences...→Units/Scale,设置Length:mm。
    图3 Layout 仿真界面
    (5)单击“EM按钮”,可看到版图的所有设计,新建Substrate如图4所示。
    . N0 ]$ j! [1 @
    图4 EM和新建Substrate
    (6)点击open 进行Substrate设置,如图5所示。
    图5. 进行Substrate 设置
    (7)如图6进行扫频设置。
    图6 扫频设置
    (8)单击Simulate或者“EM”按钮,开始仿真,添加S11圆图,结果如图7所示。在3GHz处,输入阻抗为Z0*(0.337-j0.812)=16.85-j40.6。
    图7. 初步仿真结果

    * y' J+ d% x0 @. S! z' e, J9 v
    2.4 匹配优化设计
    (1)根据电路知识,天线在3GHz处等效为一个电阻和一个电容的串联,电阻R=16.85Ω,电容C=1.3pF。匹配原理是:在天线信号输入端串联一根50Ω的传输线,在并联一根50Ω的传输线。
    2 a# R9 m1 c/ g* n' T/ {
    (2)新建原理图cell_1。在Tlines-Microstrip、Lumped-Components、Simulation-S_param中添加所需控件。如图8所示(图中都为设置好的控件,并非初始状态)。
    图8. 天线优化匹配电路图
    (3)TL1和TL2的L为优化设计的变量,优化设置方式如图9所示。
    图9. 优化变量设置
    (4)目标Goal和Optim设置设置如图10所示。
    图10. Goal和Optim设置界面图
    (5)单击优化按钮,得到优化界面如图11。TL1.L=10.9049mm,TL2.L=10.2208mm达到优化目标。
    图11 优化界面
    (6)达到优化目标后,ADS2016自动弹出数据显示窗口,添加S11,如图12所示
    图12 优化仿真曲线
    2.5版图再次仿真
    (1)将优化后的TL1和TL2添加到版图中去,如图13所示。
    图13. 优化匹配后的layout图
    (2)仿真结束后得到结果如图14所示。从结果看,出现了0.05GHz的频率偏移
    图14. 优化仿真后的结果
    3. HFSS仿真设计
    (1)打开HFSS,在HFSS里添加设计变量如下图15所以。W为贴片天线的宽度,l为贴片天线的长度,w50为50欧姆线宽,l1为串联微带线的长度,l2为并联微带线的长度,lfeed为馈线的长度。
    图15. HFSS设计变量图表
    (2)在模型窗口画好模型,设计仿真频率2-4GHz,最后得到仿真结果如图16所示。从结果来看仍有有0.02GHZ的频率偏移,为了达到与设计的一致,我们进行优化设计。
    图16 HFFS 模型以及仿真结果
    (3)由于贴片天线的宽度W对结果没有影响,只需要对l、l1、l2三个量进行优化设计。如图17所示。由于频率我们想要频率向左移,因此只需要优化长度往变大的方向,l1和l2的值也仅仅需要在一个很小值的范围浮动。
    图17 优化变量设计
    (4)优化目标设计如图18所示,最后优化结果及仿真结果如图19、20所示,从结果来看已经达到我们的设计目标。
    图19. 优化结果
    " l/ j, n$ G$ c2 h$ f- D
    图20. 最终仿真结果

    $ g0 d% j$ k/ ~2 p3 l
    # O) s( i: e* ~  }! R, ~, R7 L
    # _" I" n+ z/ s4 q
  • TA的每日心情

    2020-1-3 15:00
  • 签到天数: 21 天

    [LV.4]偶尔看看III

    3#
    发表于 2019-11-29 08:53 | 只看该作者
    好好学习    天天向上
  • TA的每日心情
    开心
    2019-11-29 15:00
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    5#
    发表于 2019-11-29 09:45 | 只看该作者
    谢谢分享,仿真也要好好学习一下了
  • TA的每日心情
    开心
    2019-11-18 15:15
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    6#
    发表于 2019-11-29 10:09 | 只看该作者
    好好学习天天向上

    该用户从未签到

    7#
    发表于 2019-12-24 15:14 | 只看该作者
    谢谢分享,好好学习
  • TA的每日心情

    2020-6-21 15:40
  • 签到天数: 44 天

    [LV.5]常住居民I

    8#
    发表于 2020-1-9 09:09 | 只看该作者
    学习学习学习学习

    该用户从未签到

    9#
    发表于 2021-8-17 10:02 | 只看该作者
    谢谢分享,好好学习

    该用户从未签到

    10#
    发表于 2022-6-2 08:08 | 只看该作者
    谢谢分享,好好学习
  • TA的每日心情

    2023-10-17 15:56
  • 签到天数: 112 天

    [LV.6]常住居民II

    11#
    发表于 2022-11-16 17:50 | 只看该作者
    怎么增加贡献值
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

    本版积分规则

    关闭

    推荐内容上一条 /1 下一条

    EDA365公众号

    关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

    GMT+8, 2025-7-13 00:07 , Processed in 0.140625 second(s), 26 queries , Gzip On.

    深圳市墨知创新科技有限公司

    地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

    快速回复 返回顶部 返回列表