RF仿真
随着国际上民用无线通讯技术的发展，WI-FI、Bluetooth、Zigbee等主要使用ISM 2.4GHz频段的芯片大量上市，因为芯片本身的集成度非常高，只需要很少的外围器件，整机厂商往往只需要模仿芯片厂商提供的标准设计就可以完成产品，技术门槛变得很低，甚至有些厂家连基本的RF仪器都不配备就可大量生产。像TI的CC2530这款Zigbee芯片，外围的射频部分只有用LC组成的balun及PCB天线，而且TI都提供了相关参数，所以很多厂家都只需要按“标准设计”来仿制，并不配备矢量网络分析仪来调测。
TI的技术资料中，对2.4GHz天线提供了两种标准设计，一种为Inverted-F型PCB天线，另一种为所占面积更小的Meanered Inverted-F型PCB天线，都提供了相关尺寸数据，方便用户使用。其中后面一种，是TI提供的接入电脑USB口的Zigbee协议探测器中使用的，被称为sniffer，所以也被称为sniffer天线。为了解其性能，试着使用Agilent公司的Advanced Design System进行仿真计算。
Sniffer天线占用面积大约为16X6，其外形如图：
在ADS软件中，要先建立一个项目，填入sniffer，软件会形成一个sniffer_prj命名的文件夹，包括networks、data、emds_dsn、mom_dsn、substrates、synthesis、verification等子文件夹；软件还自动打开一个Schematic界面，可供输入电路原理图，因为是PCB天线仿真，不需要输入原理图，只是用上面的菜单Layout=>Generate/Update Layout，打开Layout界面；使用工具栏（Toolbar）上的Insert Rectangle工具，按TI公司文档AN043上的尺寸画出上图的PCB天线。天线是画在cond层，而下面的敷铜则是cond和cond2层都有，并在hole层加上通孔连接两层，并放置port。
在仿真前要设置Substate，菜单Momentum=>Substate=>Create/Modify，打开设置界面，其中包括Substrate Layers和Layout Layers两个界面。Substrate Layers中，最上面的FreeSpace不变，表示上面为自由空间；因为PCB天线是使用FR4基板，所以下面一层按FR4的参数设置（包括基板厚度参数）；最下层的GND改为open，参数按FreeSpace设置，名称改为Air。
Layout Layers中，要设置cond、cond2和hole的相关参数，形成如图的5层结构，其中cond为双面覆铜板上面一层的铜箔层，cond2为下面一层的铜箔层，有通孔穿过FR4基板连接两层。这样，Substrate参数就设置完成了，然后进行仿真。
菜单Momentum=>Simulation=>S-parameters，打开界面，设置扫描范围为2～3GHz，然后仿真。仿真时间比较长，往往需要十分钟以上，甚至可能花半个多小时，根据参数设置不同而有差别，最终结果为S参数。因为天线为单端口微波网络，所以只有S11参数，不过为复数，包括实部和虚部，显示形式为幅度和相角；下面还有阻抗圆图（即smith图），看阻抗匹配情况更直观一些。这是仿真后的结果：
由上图可以看出，sniffer天线的S11参数还是很好的，中心频率在2.44GHz，其反射系数为-19，转换为VSWR约为1.25。小功率天线，一般用VSWR<2测定带宽，即反射系数小于-9.5，图中显示为133MHz，也已超出2.4～2.5GHz的频段范围，带宽足够。
可以看出，sniffer天线的空间辐射场大致为球形，但因为天线的不对称特性，球有些变形，最大辐射点并不在0度上，而是偏到34度，但幅度变化并不大，如果从3D图上看起来就更明显了。
辐射场像一个苹果，被基板分成两半，上下是对称的，这是近场的情况。菜单FEM=> Simulation=>S-parameters进行仿真，然后FEM=>Post-Processing=>Compute Far Fields进行计算，这个过程耗时比较长，需要耐心等待。完成后，菜单FEM=>Post-Processing=> Visualization可以显示远场的3D图形：
从上图可以看出，sniffer天线远场辐射接近全向天线，但有两个方向辐射比较弱，一个是馈电点方向，这里有较大的敷地，对信号的辐射有影响；还有一处是在天线左上角，对Inverted-F形式的天线，这里有一个用于阻抗匹配的枝节，这里也是对辐射有影响的地方，但比敷地处的影响要小。
上一篇