陶瓷基片上3GHz矩形微带天线设计与效率分析
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更新于2024-07-11
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本文主要介绍了如何设计和优化矩形微带天线,特别是在3GHz附近工作的天线。设计过程涉及天线效率、选择陶瓷基片作为介质、技术指标的考量,以及利用ADS软件进行设计与仿真。
【天线效率】
天线效率是指天线发射或接收电磁能量的能力,它衡量了天线实际辐射出去的能量与输入到天线的总能量之比。高效率的天线意味着较少的能量损失,通常通过减小天线的损耗来提高效率,例如选择合适的基片材料和厚度。
【微带天线】
微带天线是一种平面天线,其中导体贴片(贴片)位于高频介质基板上,并通过馈线连接到电路。这种天线因其小型化、轻量化及易于集成等优点被广泛应用。在本实验中,选用的是矩形微带天线,因其简单结构和良好的频率特性。
【设计要求】
设计要求包括使用陶瓷基片(εr=9.8,h=1.27mm)设计一个在3GHz工作频率的矩形微带天线。陶瓷基片因其较高的天线效率、较宽的带宽和较高的增益而被选择。
【技术指标】
- 辐射方向图:描述天线辐射能量的空间分布,决定了天线的方向性和辐射模式。
- 天线增益:衡量天线将输入功率集中辐射的能力,与理想无方向性天线相比,增益越高,集中辐射的能量越多。
- 反射系数:在谐振频率处,反映天线与馈线间的匹配程度,理想的反射系数接近0,表示最小的信号反射。
- 天线效率:衡量天线将输入功率转化为辐射功率的能力,效率越高,能量损失越少。
【设计流程】
1. 计算相关参数:如贴片宽度W、长度L、馈电点位置z和馈线宽度。
2. ADS布局初步仿真:使用ADS的Layout工具进行初步设计和仿真。
3. 馈线匹配:在Schematic中进行阻抗匹配,确保天线与馈线的良好耦合。
4. 修改布局并再次仿真:根据初次仿真的结果调整布局,直至达到设计要求。
【参数计算】
- 贴片尺寸和馈电点位置通常基于微带天线设计公式计算,这些公式与基板的介电常数和厚度有关。
- 馈线宽度可通过TransmissionLineCalculator软件计算,确保馈线在所需频率下的特性阻抗匹配。
【ADS设计过程】
1. 启动ADS软件并创建新工程。
2. 设置度量单位为毫米。
3. 设定介质层:选择Alumina层,修改其参数以适应设计需求。
4. 设置金属层:选择cond层,定义其电导率和厚度。
通过以上步骤,设计师可以逐步完成矩形微带天线的设计,通过反复仿真和优化,最终实现高效且满足特定工作频率要求的天线。在整个过程中,理解天线参数与性能之间的关系,熟练运用设计软件,是成功设计的关键。
2021-10-08 上传
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