在工程上，微帶天線(xiàn)采用傳輸模法設(shè)計(jì)，在PCB板上實(shí)現(xiàn)，如圖1(a)所示：L是微帶天線(xiàn)長(zhǎng)邊，電場(chǎng)正弦變化；W是其寬邊，天線(xiàn)的輻射槽便是寬邊的邊沿；ΔL是由邊沿電容引起的邊沿延伸。圖1(b)給出其等效電路圖，可看成源阻抗通過(guò)長(zhǎng)為L(zhǎng)+2ΔL的傳輸線(xiàn)與負(fù)載阻抗ZL相連，其中ZS=ZL是輻射槽的阻抗；Zin是從輸入端口位置的輻射槽向里看的輸入阻抗，即不包含第一個(gè)輻射槽阻抗在內(nèi)的輸入阻抗。

由具有任意負(fù)載阻抗的一段傳輸線(xiàn)的輸入阻抗公式可得（微波工程51頁(yè)）：

其中，Z0為寬度W的微帶線(xiàn)的特性阻抗，β為傳播常數(shù)。諧振時(shí)，

把(2)帶入(1)式得到：Zs=Zin=ZL。這也表明半波長(zhǎng)線(xiàn)不改變負(fù)載阻抗。ΔL、εe由以下兩個(gè)式子確定。

其中，W為微帶天線(xiàn)的寬邊；h為介質(zhì)板的厚度；εr為相對(duì)介電常數(shù)。W值不是很關(guān)鍵，通常按照下面的式子確定：

要求：PCB基片εr=3.5，厚度h=1mm，導(dǎo)體厚度T=0.035mm，工作頻率3GHz，輸入阻抗50Ω。

根據(jù)式（2）-（5）計(jì)算天線(xiàn)幾何參數(shù)。

（1）啟動(dòng)LineCalc,如圖2所示。

（2）Substrate Parameters 欄中，設(shè)置PCB參數(shù)；Component Parameters 欄中，設(shè)置頻率；Electrical 欄中設(shè)置阻抗和電長(zhǎng)度。具體設(shè)置如下：

相對(duì)介電常數(shù)Er: 3.5

介質(zhì)厚度H: 1mm

導(dǎo)體厚度T：0.035mm

工作頻率Freq:3GHz

特征阻抗Z0=50Ω

電長(zhǎng)度E_Eff:180°

其他為默認(rèn)值。

（3）設(shè)置完成后，將Physical 欄中W和L的單位改成mm，然后點(diǎn)擊Synthesize 欄下的“向上箭頭”按鈕，在Physical 欄中得到饋線(xiàn)的寬度為2.219360mm，長(zhǎng)度為30.162200mm。然而實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于需要匹配設(shè)計(jì)，考慮到長(zhǎng)度影響天線(xiàn)的輻射特性，選取饋線(xiàn)長(zhǎng)度為5mm。

（1）ADS中創(chuàng)建一個(gè)工程，命名為antenna_wrk。

（2）單擊

命名為layout1。

（3）單擊：Options→Preferences...→Units/Scale,設(shè)置Length:mm。

圖3 Layout 仿真界面

（5）單擊“EM按鈕”，可看到版圖的所有設(shè)計(jì)，新建Substrate如圖4所示。

圖4 EM和新建Substrate

（6）點(diǎn)擊open 進(jìn)行Substrate設(shè)置，如圖5所示。

圖5. 進(jìn)行Substrate 設(shè)置

（7）如圖6進(jìn)行掃頻設(shè)置。

圖6 掃頻設(shè)置

（8）單擊Simulate或者“EM”按鈕，開(kāi)始仿真，添加S11圓圖，結(jié)果如圖7所示。在3GHz處，輸入阻抗為Z0*(0.337-j0.812)=16.85-j40.6。

圖7. 初步仿真結(jié)果

（1）根據(jù)電路知識(shí)，天線(xiàn)在3GHz處等效為一個(gè)電阻和一個(gè)電容的串聯(lián)，電阻R=16.85Ω，電容C=1.3pF。匹配原理是：在天線(xiàn)信號(hào)輸入端串聯(lián)一根50Ω的傳輸線(xiàn)，在并聯(lián)一根50Ω的傳輸線(xiàn)。

（2）新建原理圖cell_1。在Tlines-Microstrip、Lumped-Components、Simulation-S_param中添加所需控件。如圖8所示（圖中都為設(shè)置好的控件，并非初始狀態(tài)）。

圖8. 天線(xiàn)優(yōu)化匹配電路圖

（3）TL1和TL2的L為優(yōu)化設(shè)計(jì)的變量，優(yōu)化設(shè)置方式如圖9所示。

圖9. 優(yōu)化變量設(shè)置

（4）目標(biāo)Goal和Optim設(shè)置設(shè)置如圖10所示。

圖10. Goal和Optim設(shè)置界面圖

（5）單擊優(yōu)化按鈕，得到優(yōu)化界面如圖11。TL1.L=10.9049mm,TL2.L=10.2208mm達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

圖11 優(yōu)化界面

（6）達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)后，ADS2016自動(dòng)彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，添加S11，如圖12所示

圖12 優(yōu)化仿真曲線(xiàn)

（1）將優(yōu)化后的TL1和TL2添加到版圖中去，如圖13所示。

圖13. 優(yōu)化匹配后的layout圖

（2）仿真結(jié)束后得到結(jié)果如圖14所示。從結(jié)果看，出現(xiàn)了0.05GHz的頻率偏移。

圖14. 優(yōu)化仿真后的結(jié)果

3. HFSS仿真設(shè)計(jì)

（1）打開(kāi)HFSS，在HFSS里添加設(shè)計(jì)變量如下圖15所以。W為貼片天線(xiàn)的寬度，l為貼片天線(xiàn)的長(zhǎng)度，w50為50歐姆線(xiàn)寬，l1為串聯(lián)微帶線(xiàn)的長(zhǎng)度，l2為并聯(lián)微帶線(xiàn)的長(zhǎng)度，lfeed為饋線(xiàn)的長(zhǎng)度。

圖15. HFSS設(shè)計(jì)變量圖表

（2）在模型窗口畫(huà)好模型，設(shè)計(jì)仿真頻率2-4GHz,最后得到仿真結(jié)果如圖16所示。從結(jié)果來(lái)看仍有有0.02GHZ的頻率偏移，為了達(dá)到與設(shè)計(jì)的一致，我們進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖16 HFFS 模型以及仿真結(jié)果

（3）由于貼片天線(xiàn)的寬度W對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響，只需要對(duì)l、l1、l2三個(gè)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如圖17所示。由于頻率我們想要頻率向左移，因此只需要優(yōu)化長(zhǎng)度往變大的方向，l1和l2的值也僅僅需要在一個(gè)很小值的范圍浮動(dòng)。

圖17 優(yōu)化變量設(shè)計(jì)

（4）優(yōu)化目標(biāo)設(shè)計(jì)如圖18所示，最后優(yōu)化結(jié)果及仿真結(jié)果如圖19、20所示，從結(jié)果來(lái)看已經(jīng)達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖18. 優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)

圖19. 優(yōu)化結(jié)果

圖20. 最終仿真結(jié)果