微带天线的设计与仿真论文2

塔里木大学EDA结业设计

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2015届《微波射频》

课程设计

《微带天线设计与仿真》

学生姓名 邹 海 洋

学 号 5021211133

所属学院 信息工程学院

专 业 通信工程

班 级 通信工程15-1

指导教师 石鲁珍

教师职称 讲师

塔里木大学教务处制

目录 塔里木大学EDA结业设计

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微带天线的设计与仿真 .......................................... - 3 -

摘要 .......................................................... - 3 -

关键词：微带天线 ADS2009 ..................................... - 3 -

微带天线的设计背景知识 ........................................ - 3 -

1、微带天线的基础知识： ....................................... - 3 -

1、微带天线主要的优点：.................................... - 3 -

2、微带天线的主要的缺点：.................................. - 3 -

2、矩形微带天线： ............................................. - 4 -

3、工程设计方法 ............................................... - 4 -

4、主要技术指标 ............................................... - 5 -

矩形微带天线设计 ....................................................................................................................... - 6 -

1、几何参数计算 .................................................................................................................... - 6 -

2、微带天线具体设计与仿真的ADS仿真步骤：..................... - 8 -

微带天线匹配优化设计 ......................................... - 12 -

1、设计步骤： ............................................... - 12 -

总结： ....................................................... - 15 -

参考文献： ................................................... - 16 -

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- 3 - 微带天线的设计与仿真

摘要

天线是无线电设备的重要组成部分，其主要的功能是将电磁波发射只空气中或从空气中接收电磁波，所以天线也可视为射频收发电路与空气的信号耦合器。天线性能的好坏直接影响无线电设备的性能。微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。其体积小、质量小、结构简单等特点等优点被广泛用于微波通信接收系统级测量领域中。

由于现在在学习ADS2009，自我感觉设计微带天线的设计与我学习的专业相关性比较大。对天线的参数设计不但加强我对与电磁场与电磁波以及ADS2009的掌握能力，对于锻炼自己的能力有很大的作用。

关键词：微带天线 ADS2009

微带天线的设计背景知识

1、微带天线的基础知识：

早在1953年就提出了微带天线的概念，但是为引起重视。直到1970年左右由于材料科学的发展使微带天线的发展有了长远的进步。

按结构特征我们把微带天线分为两个大类，即微带贴片天线和微带缝隙天线；按形状分析可以分为矩形、圆形、环形等。按工作原理分类，可以分为两类：谐振型和非谐振型,与微波天线相比微带天线有如下的特点。

1、微带天线主要的优点：

(1)体积小，质量小。

(2)具有平面结构，并可以制成与导弹、卫星载体表面共型的结构。

馈电网络可与天线结构一起制成，适合用于印刷电路技术的大批量生产。

(3)能与有源器件和电路集成成为单一的模块。

(4)便于获得圆极化容易实现双频段、双极化等多项功能工作。

2、微带天线的主要的缺点：

(1)频带窄。

(2)有导体和介质耗损，并且会激励表面波，导致辐射效率低。 塔里木大学EDA结业设计

- 4 - (3)功率容量小，一般用于中、小功率场合。

(4)性能受基片材料影响较大。

不过，以发展了不少技术来克服或减少上述缺点。当然，这一性能的改进往往以牺牲其他的特性作为代价的。

微带天线现在以大量运用于100MHz到1000MHz的宽广频域上的大量无限电设备中，特别是在飞行器与地面便携式设备中。要求低坡面的场合，即使微波天线的一些性能不如常规天线，也往往被优先的选用。随着微带天线的材料、设计和加工工艺的不断提升，其运用也在不断的加强。微带天线拥有如上的优点使其在很多领域替代了传统的常规天线，成为一些民用于商用设备，特别是便携式设备的更新换代产品。

2、矩形微带天线：

通常把贴片形状为矩形的微带天线，称其为矩形微带天线。常用的矩形微带天线的分析设计方法分为传输模发和谐振法。传输模发的思路是把矩形块等效为辐射阻抗加上一段很宽的微带线，由于设计公式近似且需要实验调整，这种方法是不准确的。然而谐振法是把微带天线看做具有屏蔽的封闭腔体，这种方法精度好，但是设计成本高。

3、工程设计方法

在工程上，微带天线用传输模式近似设计，很宽的微带线沿横向式

谐振得的。在贴片下面，电场沿谐振长度正玄变化，假定电场沿宽带W方向不变化，并且天线的辐射的宽度的边沿。

辐射边沿可以看做用微带传输线连接起来的辐射槽。单个辐射槽的辐射电导为

002020212090WWGWWG

单个辐射槽的辐射电纳为

00ZLKBe

式中，

eWhZ1200

2/11212121Whrre 塔里木大学EDA结业设计

- 5 - 8.0264.0/258.03.0412.0hWhWhLee

00/2K0Z是宽度W的微带特性阻抗，e是有效介电常数，L是边沿电容引起的边沿延伸。边沿电场盖住了微带边沿，等效为贴片长度增加。

为了计算天线的辐射阻抗，天线可以等效为槽阻抗与传输线级联。输入导纳为

)2(tan2tan000LLjYYLLjYYYYYSsSin

式中，Y=jBG ,0/2e 微带线内传输常数。

谐振时，

egLL22/20

式中仅剩两个电导，即

GYin2

微带天线的工作频率与结构参数的关系如下

LLcfe220

W不是很关键，通常按照下式确定

210122rfCW

4、主要技术指标

描述微带天线能量转换和方向特性的电参数有很多，诸如输入阻抗、辐射电阻、方向图、方向系数、增益、效率、频带特性和极化特性等。

微带天线的电参数决定于天线的形式和工作频率，根据一定的天线结构和工作频率计算其电参称为天线分析。根据用途和工作频率对天线电参数提的设计要求设计天线形式称为天线设计与天线综合。

（1）增益G

irpPG

式中，rp为被测天线距离R处所接收到的功率密度；ip为全向天线距离R处所接受到的功率密度。增益表示天线方向性好坏的重要指标。

（2）输入阻抗Z 塔里木大学EDA结业设计

- 6 - IUZin

式中，inZ为在馈入点上的射频电压；I为在馈入点上的射频电流。

（3）驻波比VSWR

天线是单口网络，输入驻波比或反射系数是一个基本指标，为了使天线辐射尽可能的多的功率，必须使天线与空气匹配，输入驻波比尽可能的小。阻抗、驻波比与反射系数的关系为

11110ZZVSWRin

（4）辐射效率r

irrPP

式中，rP为天线辐射出的功率；iP为馈入天线的功率。

（5）旁瓣 在主辐射波旁边还有很多旁瓣，沿角度方向展开。其中HPBN为半功率波束宽度，辐射最大功率下降为3dB时的角度；FNBW为第一零点波束宽度：SLL为旁瓣高度，是辐射最大功率与最大旁瓣的差。

矩形微带天线设计

用陶瓷基片r =9.8，厚度 h=1.27mm。在设计在3GHz附近工作的矩形微带天线，输入阻抗为50欧。

1、几何参数计算

根据线面的方程式计算相关的矩形天线的几何参数，

馈线的宽度可以由ADS2009自带工具LineCalc软件计算，如下图 塔里木大学EDA结业设计

- 7 - 图1 LineCalc软件启动

（1）启动后，跳出主界面，得到2图

图2 LineCalc主界面

（2）在“Component Type”中选择“MLIN”,设置相关的参数，运行结果：

图3 运行结果与显示界面 塔里木大学EDA结业设计

- 8 - 结论：从计算结果可以得到新加的馈线的宽度为1.23mm，长度为3mm。