1 环境
软件:Win7 64bit + ANSYS HFSS 15.0 64位。必应搜索HFSS 15.0可以获得64位版本的软件。
学习书籍:《HFSS天线设计_李明洋》。这本书Amazon已经下架了。网上可以下载电子书,但是电子书少了两个章节,分别是《第8章微带阵列天线设计》和《第9章HFSS-IE天线设计实例》。直觉认为是这些内容触犯某些相关利益者了……
再给一份Cypress的RF天线设计指引,《
AN91445_-_Antenna_Design_and_RF_Layout_Guidelines_Chinese.pdf》,中文的。
2 仿真画图
仿照学习书籍,一步步的把PCB画出来、配置PCB材质、画出天线铜箔、设置激励、设置辐射范围。
一步步仿照《HFSS天线设计》的第3.4节。画出WIFI双频天线(2.4GHz+5.8Hz)。天线长度是信号波长/4。
PCB材质采用RO4003。这是一块双层板。GND层在PCB背面。激励点连接了背面的GND和正面的铜箔天线。激励点和匹配网络之间的阻抗应该匹配到50欧姆。
然后经过漫长的仿真运算(i5的笔记本也需要10多分钟了)。可以通过后续的操作获得各种仿真参数曲线。这里软件应该处理的是每个频率下的增益。书本教需要设置1GHz-8GHz,扫描间隔是0.02GHz(目标频率是2.4G和5.8G,我们需要知道天线对特定频率段的增益,对其他频率段的衰减)。
3 仿真结果
软件仿真支持把一下参数做出曲线显示:回波损耗S11、电压驻波比VSWR、Smith圆图(我还没学会看)、输入阻抗、方向图、
以下是S11参数曲线。
CYPRESS的天线设计文档中,给出了我们S11的意义。S11的单位是DB。范围是负无穷到0。越接近0,代表信号反射越严重,信号即越差。S11越小,代表天线效率越高。一般,S11低于-10db的频率是可以有效传输的。从上图,也可得到对于2.4G信号,天线带宽是2310MHz-2040MHz约为300MHz。
下图来自《AN91445_-_Antenna_Design_and_RF_Layout_Guidelines_Chinese》,可配合认识S11:
接下来是仿真图,三维天线方向图:
从上面的S11图看出,在初始化参数下2.4G的谐振频点是2.15GHz,还需要优化一下天线的几何参数。最后这里给出了调节不同的天线长度时,S11参数图。这里的计算量较大,消耗时间也长。
这样调参就方便了。