矩形微帶天線設計原理
在工程上，微帶天線採用傳輸模法設計，在PCB板上實現，如圖1(a)所示：L是微帶天線長邊，電場正弦變化；W是其寬邊，天線的輻射槽便是寬邊的邊沿； 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 通過長為 的傳輸線與負載阻抗 相連，其中 是輻射槽的阻抗； 是從輸入端口位置的輻射槽向裡看的輸入阻抗，即不包含第一個輻射槽阻抗在內的輸入阻抗。
由具有任意負載阻抗的一段傳輸線的輸入阻抗公式可得（微波工程51頁）：
其中， 為寬度W的微帶線的特性阻抗， 為傳播常數。諧振時，
把(2)帶入(1)式得到： 。這也表明半波長線不改變負載阻抗。 、 由以下兩個式子確定。
其中，W為微帶天線的寬邊；h為介質板的厚度； 為相對介電常數。W值不是很關鍵，通常按照下面的式子確定：
圖 1. 傳輸模法
矩形微帶天線ADS仿真設計。
要求：PCB基片 ，厚度h=1mm，導體厚度T=0.035mm，工作頻率3GHz，輸入阻抗50Ω。
2.1 幾何參數計算
根據式（2）-（5）計算天線幾何參數。
2.2 饋線設計、ADS LineCalc工具使用
（1）啟動LineCalc,如圖2所示。
圖2 LineCalc 界面
（2）Substrate Parameters 欄中，設置PCB參數；Component Parameters 欄中，設置頻率；Electrical 欄中設置阻抗和電長度。具體設置如下：
相對介電常數Er: 3.5
介質厚度H: 1mm
導體厚度T：0.035mm
工作頻率Freq:3GHz
特徵阻抗Z0=50Ω
電長度E_Eff:180°
其他為默認值。
（3）設置完成後，將Physical 欄中W和L的單位改成mm，然後點擊Synthesize 欄下的 按鈕，在Physical 欄中得到饋線的寬度為2.219360mm，長度為30.162200mm。然而實際設計中，由於需要匹配設計，考慮到長度影響天線的輻射特性，選取饋線長度為5mm。
2.3 版圖仿真。
（1）ADS中創建一個工程，命名為antenna_wrk。
（2）單擊
，命名為layout1。
（3）單擊Options→Preferences...→Units/Scale,設置Length:mm。
圖3 Layout 仿真界面
（5）單擊 ，可看到版圖的所有設計，新建Substrate如圖4所示。
圖4 EM和新建Substrate。
（6）點擊open 進行Substrate設置，如圖5所示。
圖5. 進行Substrate 設置。
（7）如圖6進行掃頻設置。
圖6 掃頻設置
（8）單擊Simulate或者 按鈕，開始仿真，添加S11圓圖，結果如圖7所示。在3GHz處，輸入阻抗為Z0*(0.337-j0.812)=16.85-j40.6。
圖7. 初步仿真結果
2.4 匹配優化設計
（1）根據電路知識，天線在3GHz處等效為一個電阻和一個電容的串聯，電阻R=16.85Ω，電容C=1.3pF。匹配原理是：在天線信號輸入端串聯一根50Ω的傳輸線，在並聯一根50Ω的傳輸線。
（2）單擊 按鈕，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（圖中都為設置好的控件，並非初始狀態）。
圖8. 天線優化匹配電路圖。
（3）TL1和TL2的L為優化設計的變量，優化設置方式如圖9所示。
圖9. 優化變量設置
（4）目標Goal和Optim設置設置如圖10所示。
圖10. Goal和Optim設置界面圖
（5）單擊優化按鈕 ，得到優化界面如圖11。TL1.L=10.9049mm,TL2.L=10.2208mm達到優化目標。
圖11 優化界面
（6）達到優化目標後，ADS2016自動彈出數據顯示窗口，添加S11，如圖12所示
圖12 優化仿真曲線
2.4 版圖再次仿真
（1）將優化後的TL1和TL2添加到版圖中去，如圖13所示。
圖13. 優化匹配後的layout圖
（2）仿真結束後得到結果如圖14所示。從結果看，出現了0.05GHz的頻率偏移。
圖14. 優化仿真後的結果
HFSS仿真設計
（1）打開HFSS，在HFSS裡添加設計變量如下圖15所以。W為貼片天線的寬度，l為貼片天線的長度，w50為50歐姆線寬，l1為串聯微帶線的長度，l2為並聯微帶線的長度，lfeed為饋線的長度。
圖15. HFSS設計變量圖表。
（2）在模型窗口畫好模型，設計仿真頻率2-4GHz,最後得到仿真結果如圖16所示。從結果來看仍有有0.02GHZ的頻率偏移，為了達到與設計的一致，我們進行優化設計。
圖16 HFFS 模型以及仿真結果
（3）由於貼片天線的寬度W對結果沒有影響，只需要對l、l1、l2三個量進行優化設計。如圖17所示。由於頻率我們想要頻率向左移，因此只需要優化長度往變大的方向，l1和l2的值也僅僅需要在一個很小值的範圍浮動。
圖17 優化變量設計
（4）優化目標設計如圖18所示，最後優化結果及仿真結果如圖19、20所示，從結果來看已經達到我們的設計目標。
圖18. 優化設計目標
圖19. 優化結果
圖20. 最終仿真結果
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