利用ADS设计平板天线.doc

利用 ADS 設計平板天線首先在 ADS Main Window 中開啟一個 Data Display Window(點選 window new data display)後在此視窗中建入 Equation(1)、(2) 、(3)如圖 1，然後在 Layout Window 中畫出電路圖形( 圖 2)，而後點選 Layout Window 中 momentum substrate create/modify 去定義基板參數(圖 3、 4)；點選 momentum mesh setup，設定切割區塊的大小和切割的頻率，如圖 5；點選momentum simulation S-parameters，啟動電磁模擬器 momentum 並開始模擬，如圖 6模擬結束後可在 Data Display Window 中看到模擬結果，如圖 7 所示，點選 momentumapost -processingaradiation pattern，去看遠場場型(Far-field pattern)，如圖 8 所示；在圖 8 的視窗中可點選 current　 set port solution weights，設定想看電流變化的頻率點，如圖 9、10。

圖 11秀出在諧振頻率點的電流變化圖 1 在 data display window 中建入 equations圖 2 平板天線的佈局圖　圖 3 定義基板參數圖 4 定義金屬參數圖 5 設定 mesh frequency 和 mesh density　圖 6 模擬設定　圖 7 在 Data Display Window 中秀出模擬的結果圖 8 遠場場型圖 9 設定想看的頻率點　圖 10 選擇觀看結果的視窗　(a) 在 0 度的電流變化(b) 在 60 度的電流變化(c) 在 120 度的電流變化(d) 在 180 度的電流變化(e) 在 240 度的電流變化(f) 在 300 度的電流變化(g)在 360 度的電流變化圖 11 諧振頻率點的電流變化另一個例子是 ADS 系統內建的例子這個例子可以從 ADS Main Window 中的 File example project momentum antenna single_patch_prj 找到，我們也可以用之前建入的Equation 去計算電路的尺寸，如圖 12將基頻(fundamental frequency)設定為為7.6GHz，基板的介電係數為 2.2、厚度為 0.79mm，之後建構實体電路在 Layout Window 內，如圖 13 所示。

模擬完之後可以在 Data Display Window 中看到結果，從圖 14 中可以看到兩個諧振的頻率點，一個在 7.6GHz，一個在 18.37GHz用第二個分析方法來看可以知道第一個諧振頻率為 TM001 mode；第二個諧振頻率為 TM030 mode，電流變化和遠場場型分別在圖 15、16 中　圖 12 計算電路的尺寸　圖 13 電路的佈局圖圖 14 在 Data Display Window 中秀出模擬結果(a) TM001 7.6GHz(b)TM030 18.37GHz圖 15 電流變化　(a) 遠場場型 7.6GHz　(b)遠場場型 18.37GHz圖 16 遠場場型結論本文一開始先介紹天線饋入的方式，不同的饋入方式對平板天線的效能有決定性的影響，Transmission Line Feed 可以改變輸入的阻抗值，對諧振頻率並不會有太大的影響，Coaxial Feed 和平板天線的排列成正交垂直，所以有很好的隔離度，Coupled Feed 是利用coupled line 把能量耦合到天線上再幅射出去，這種方式耦合的能量通常較小，Buried Feed 是把天線做在上層，傳輸線做在下層，同時使這二個部分達到最佳化，Slot Feed 是改良自 Buried Feed 的架構，在傳輸線和天線中間放上接地面，使二者有很好的隔離度。

其次介紹兩種分析平板天線的方法，一種是以 Transmission-Line Model 來分析電路，另一則利用 Cavity Model 來做分析，利用 Transmission-Line Model 可以設計平板天線的實際尺寸，再利用 ADS 做模擬，如第一個設計的例子所述，利用 Cavity Model 可以對平板天線實際的諧振情形有更深入的了解，如第二個例子所述以 ADS 實際設計幾個例子，主要的目的是希望能幫助設計者使用 ADS 快速的完成設計的工作更深入的理論可以參考 Constantine A.Balanis , antenna theory　analysis and design, Second Edition, Wiley, CH12, 2000本文由安捷倫科技提供）。