簡介

在過去的十年里，微波器件的自動(dòng)綜合功能在CAE領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及。Antenna Magus把這種能力帶入到了天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域。Antenna Magus以簡明的文檔、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)算法及輸出模型，提供了多種多樣的天線形式（如下圖所示）。所有的天線都經(jīng)過精確的研究，以確保每個(gè)天線都能滿足您的設(shè)計(jì)需求。軟件會(huì)立刻根據(jù)用戶定義目標(biāo)參數(shù)生成所需的天線模型。在Antenna Magus中設(shè)計(jì)的天線可以作為模型導(dǎo)出到AWR的Microwave Office™/AXIEM®中去分析并與電路和其它系統(tǒng)元件整合。所有的模型都完全的參數(shù)化，并且可以與其他項(xiàng)目元件一起優(yōu)化。真正的實(shí)現(xiàn)了將天線的設(shè)計(jì)整合到了器件和系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中。

天線綜合的設(shè)計(jì)流程

強(qiáng)大的設(shè)計(jì)算法和輸出模型允許工程師快速評估不同的天線形式，并為其當(dāng)前的工作選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此應(yīng)用文檔展示了如何在設(shè)計(jì)前期利用Antenna Magus對不同的天線形式進(jìn)行研究，并將符合要求的設(shè)計(jì)從Antenna Magus中導(dǎo)出并整合到Microwave Office/AXIEM中。

實(shí)例1：天線的預(yù)研和設(shè)計(jì)

此實(shí)例中設(shè)計(jì)了一個(gè)應(yīng)用在WAN基站的天線。設(shè)計(jì)目標(biāo)是應(yīng)用一個(gè)基站為一個(gè)地區(qū)的多個(gè)家庭進(jìn)行足夠的信號覆蓋。若不應(yīng)用Antenna Magus，設(shè)計(jì)工程師需要從其所熟悉天線類型中選擇合適的一個(gè)。應(yīng)用Antenna Magus，設(shè)計(jì)工程師可查詢并對多種不同的天線形式進(jìn)行快速的研究、對比，當(dāng)然也包含不熟悉的天線形式。Antenna Magus還包含了一個(gè)工具箱，如：空間路徑損耗計(jì)算器（基于Friis公式）幫助設(shè)計(jì)者從系統(tǒng)指標(biāo)的角度為天線設(shè)定需求。應(yīng)用Antenna Magus選擇合適的天線拓?fù)鋪頋M足工作頻率、增益、帶寬、阻抗、尺寸、成本等系統(tǒng)和天線要求。

本實(shí)例中的計(jì)算（圖1）顯示，如果距發(fā)射機(jī)1Km處有一增益為16dBi的接收天線，所需功率為-60dBm，發(fā)射機(jī)發(fā)射功率為5mW，若需獲得足夠的信號覆蓋，則發(fā)射天線的增益為18dBi。為獲得足夠的覆蓋，發(fā)射天線的方向性圖要具有特定的形式—高增益的扇形波束非常理想。可應(yīng)用關(guān)鍵詞“fan beam” 和“high gain”（一般增益大于15dBi）來選擇合適的天線拓?fù)洌翱谥袝?huì)立刻顯示6個(gè)不同的天線形式。圖2顯示了4個(gè)天線的性能信息。基于上述的信息頁，“linear resonant waveguide slot array” 和“resonant series-fed rectangular microstrip patch array”看起來可提供足夠的增益和正確的方向性圖，可對這兩個(gè)天線進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

圖1

圖2

應(yīng)用Antenna Magus的信息瀏覽器，可以分兩側(cè)顯示并對比這兩個(gè)天線（圖3）。對比充分展示了各天線的優(yōu)缺點(diǎn)和性能，方便用戶做出最好的選擇。為了更加深入的研究天線，可一鍵獲得并對比更詳細(xì)的天線性能。波導(dǎo)縫隙陣的性能如圖4所示。下一步即可將模型導(dǎo)入到Microwave Office/AXIEM進(jìn)行進(jìn)一步的分析和優(yōu)化。

圖3

圖4

實(shí)例2：設(shè)計(jì)并導(dǎo)出天線

一般來講，設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)原始的天線設(shè)計(jì)沒有足夠的帶寬。解決此問題的一般做法是構(gòu)建一個(gè)大的天線結(jié)構(gòu)，使之在整個(gè)頻帶諧振。但當(dāng)添加其他的限制，如波束、尺寸、加工成本時(shí)，問題變得越來越復(fù)雜。在此實(shí)例中，我們再次應(yīng)用Antenna Magus迎接挑戰(zhàn)。現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一個(gè)增益為6dBi，工作頻率為2.4GHz—2.6GHz的天線。當(dāng)在Antenna Magus查找中等帶寬的天線時(shí)，軟件向我們推薦了幾種電磁耦合結(jié)構(gòu)的天線。其中一個(gè)天線為“capacitive disc-fed rectangular patch antenna”（圖5）。在此天線的信息頁中，feed-disc與貼片天線的輻射邊有電容耦合，在輸入阻抗處加一電容元件即可有效的抵消輸入端的電感效應(yīng)。這允許使用較厚的介質(zhì)（一般兩層），這減少了有效介電常數(shù)，因此增加了貼片天線的帶寬。

圖5

應(yīng)該注意到，若未使用Antenna Magus設(shè)計(jì)此天線將非常繁瑣，必須計(jì)算正確的介電常數(shù)并利用優(yōu)化算法對饋電距離進(jìn)行優(yōu)化。應(yīng)用Antenna Magus，用戶可以底層介質(zhì)的厚度和所有的介質(zhì)參數(shù)，幾秒種內(nèi)即可對天線進(jìn)行設(shè)計(jì)。

使用Antenna Magus，用戶可以定義底層介質(zhì)的高度和所有頂層介質(zhì)的參數(shù)，并且天線可以用幾秒鐘就設(shè)計(jì)好。

天線的性能可以很容易的進(jìn)行評估，并且不同的設(shè)計(jì)結(jié)果可以在同一個(gè)圖中進(jìn)行比較。圖6顯示了當(dāng)最頂層的介質(zhì)屬性保持恒定，底層空氣介質(zhì)高度從6mm增加到10mm時(shí)，兩種不同設(shè)計(jì)方案的評估性能。反射系數(shù)圖中清楚的顯示出帶寬隨著底部基板厚度的增加而增加。在這一點(diǎn)上，工程師們可以確信天線將工作在指標(biāo)范圍內(nèi)，并且此設(shè)計(jì)可以導(dǎo)出到AWR Design Environment™。導(dǎo)出的模型（圖7）包括了電磁原理圖中的所有的參數(shù)值。定義網(wǎng)格的設(shè)置，以確定在一個(gè)合理的時(shí)間內(nèi)給出精確的結(jié)果。某些一般的圖形和測量結(jié)果，例如S11隨頻率的變化，增益隨頻率的變化關(guān)系等，是預(yù)定義的。改變工程的任意參數(shù)即可運(yùn)行得到相應(yīng)的仿真結(jié)果。因?yàn)楣こ趟械膮?shù)都被定義在Microwave Office/AXIEM中，例如，如饋電的距離，可以直接在AWR設(shè)計(jì)環(huán)境模型中來編輯，來嘗試得到一個(gè)更高的輸入阻抗。

圖6

圖7

結(jié)論

Antenna Magus非常適合在設(shè)計(jì)前期對天線快速選型，評估其性能并將模型導(dǎo)入到Microwave Office/AXIEM，從而實(shí)現(xiàn)對參數(shù)的編輯和仿真，從而可以為復(fù)雜問題尋找最好的解決辦法。