簡介

在過去的十年里，微波器件的自動綜合功能在CAE領域的應用越來越普及。Antenna Magus把這種能力帶入到了天線設計領域。Antenna Magus以簡明的文檔、強大的設計算法及輸出模型，提供了多種多樣的天線形式（如下圖所示）。所有的天線都經過精確的研究，以確保每個天線都能滿足您的設計需求。軟件會立刻根據用戶定義目標參數生成所需的天線模型。在Antenna Magus中設計的天線可以作為模型導出到AWR的Microwave Office™/AXIEM®中去分析并與電路和其它系統元件整合。所有的模型都完全的參數化，并且可以與其他項目元件一起優化。真正的實現了將天線的設計整合到了器件和系統的整體設計中。

天線綜合的設計流程

強大的設計算法和輸出模型允許工程師快速評估不同的天線形式，并為其當前的工作選擇合適的拓撲結構。此應用文檔展示了如何在設計前期利用Antenna Magus對不同的天線形式進行研究，并將符合要求的設計從Antenna Magus中導出并整合到Microwave Office/AXIEM中。

實例1：天線的預研和設計

此實例中設計了一個應用在WAN基站的天線。設計目標是應用一個基站為一個地區的多個家庭進行足夠的信號覆蓋。若不應用Antenna Magus，設計工程師需要從其所熟悉天線類型中選擇合適的一個。應用Antenna Magus，設計工程師可查詢并對多種不同的天線形式進行快速的研究、對比，當然也包含不熟悉的天線形式。Antenna Magus還包含了一個工具箱，如：空間路徑損耗計算器（基于Friis公式）幫助設計者從系統指標的角度為天線設定需求。應用Antenna Magus選擇合適的天線拓撲來滿足工作頻率、增益、帶寬、阻抗、尺寸、成本等系統和天線要求。

本實例中的計算（圖1）顯示，如果距發射機1Km處有一增益為16dBi的接收天線，所需功率為-60dBm，發射機發射功率為5mW，若需獲得足夠的信號覆蓋，則發射天線的增益為18dBi。為獲得足夠的覆蓋，發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。可應用關鍵詞“fan beam” 和“high gain”（一般增益大于15dBi）來選擇合適的天線拓撲，窗口中會立刻顯示6個不同的天線形式。圖2顯示了4個天線的性能信息。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，可對這兩個天線進行進一步的研究。

圖1

圖2

應用Antenna Magus的信息瀏覽器，可以分兩側顯示并對比這兩個天線（圖3）。對比充分展示了各天線的優缺點和性能，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的天線性能。波導縫隙陣的性能如圖4所示。下一步即可將模型導入到Microwave Office/AXIEM進行進一步的分析和優化。

圖3

圖4

實例2：設計并導出天線

一般來講，設計工程師經常會發現原始的天線設計沒有足夠的帶寬。解決此問題的一般做法是構建一個大的天線結構，使之在整個頻帶諧振。但當添加其他的限制，如波束、尺寸、加工成本時，問題變得越來越復雜。在此實例中，我們再次應用Antenna Magus迎接挑戰。現需要設計一個增益為6dBi，工作頻率為2.4GHz—2.6GHz的天線。當在Antenna Magus查找中等帶寬的天線時，軟件向我們推薦了幾種電磁耦合結構的天線。其中一個天線為“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。這允許使用較厚的介質（一般兩層），這減少了有效介電常數，因此增加了貼片天線的帶寬。

圖5

應該注意到，若未使用Antenna Magus設計此天線將非常繁瑣，必須計算正確的介電常數并利用優化算法對饋電距離進行優化。應用Antenna Magus，用戶可以底層介質的厚度和所有的介質參數，幾秒種內即可對天線進行設計。

使用Antenna Magus，用戶可以定義底層介質的高度和所有頂層介質的參數，并且天線可以用幾秒鐘就設計好。

天線的性能可以很容易的進行評估，并且不同的設計結果可以在同一個圖中進行比較。圖6顯示了當最頂層的介質屬性保持恒定，底層空氣介質高度從6mm增加到10mm時，兩種不同設計方案的評估性能。反射系數圖中清楚的顯示出帶寬隨著底部基板厚度的增加而增加。在這一點上，工程師們可以確信天線將工作在指標范圍內，并且此設計可以導出到AWR Design Environment™。導出的模型（圖7）包括了電磁原理圖中的所有的參數值。定義網格的設置，以確定在一個合理的時間內給出精確的結果。某些一般的圖形和測量結果，例如S11隨頻率的變化，增益隨頻率的變化關系等，是預定義的。改變工程的任意參數即可運行得到相應的仿真結果。因為工程所有的參數都被定義在Microwave Office/AXIEM中，例如，如饋電的距離，可以直接在AWR設計環境模型中來編輯，來嘗試得到一個更高的輸入阻抗。

圖6

圖7

結論

Antenna Magus非常適合在設計前期對天線快速選型，評估其性能并將模型導入到Microwave Office/AXIEM，從而實現對參數的編輯和仿真，從而可以為復雜問題尋找最好的解決辦法。