基于CC2430芯片的2．4GHz微带天线设计

从图中可以看出，理论计算结果与实际相符，中心频率约为2．4 GHz。只有天线的输入阻抗等于馈线的特性阻抗时，馈线终端才没有功率反射，馈线上没有驻波，天线才能获得最大功率。从输入阻抗图得到，在2．4 GHz时天线输入阻抗实部为8．55，虚部为-42．05，他与50 Ω馈电系统不匹配，反射系数S11较大，所以需要进一步匹配。

5 阻抗匹配
为进一步减小反射系数，达到理想匹配，并且使中心频率更加精确，要对天线进行阻抗匹配。
5．1 匹配原理
在2．4 GHz微带天线馈线后端串联一根50 Ω的微带传输线，使得S11在等反射系数圆上旋转，到达g=1的等g圆上，然后再并联一根50 Ω传输线，将S11参数转移到接近处，这时就把输入阻抗8．55-j42．05匹配到50+j0，达到了与50 Ω馈电系统的匹配，这实质也是利用史密斯圆法进行阻抗匹配的理论。微带线匹配法就是计算串联的微带传输线和并联的微带传输线的长度。
5．2 匹配的过程
天线输入阻抗为8．55-j42．05，这样天线可以等效为一个电阻和电容的串连，设电阻为R1，电容为C1。

由式(6)计算得到R1=8．55 Ω，C1=1．57 pF。
在ADS中新建一个Schematic文件，在这个原理图中画出天线所的等效电容和电感，并且添加一个MLIN元件一个MLEF元件。其中MLIN元件代表串联传输线，MLEF元件代表并联传输线，设定这两个元件的宽度为1．23 mm，长度初值为10 mm，并设定优化范围为1～20 mm。再添加一个三端口连接器MTEE_ADS，3个端口的宽度都设定为1．23 mm。将电容、电感、MLEF元件、MLIN元件以及MTEE_ADS联接起来，如图4所示。

如图4设置MSub元件介质层和金属层的各项参数，和S-Parameters元件中频率范围和扫描间隔。并在GOAL元件中设置优化目标，即将反射系数S11优化到-70dB。最后设置OPTM元件中的优化方式，常用的优化方法有Random(随机)、Gradient(梯度)等。随机法通常用于大范围搜索时使用，梯度法则用于局部收敛。文中选择Random，优化次数为300，其他的参数一般设为缺省。
5．3 匹配结果
点击仿真按钮，信息栏中Currentef为0时，优化完成。此时更新优化结果，可以看到MLIN元件和MLEF元件的长度值已经被优化成最佳值，如图5所示。MLIN元件的长度被优化成7．47 mm，MLEF元件的长度被优化成9．60 mm。即先串联一段长度为7．47mm的50Ω微带线，然后再并联一段长度为9．60mm的50 Ω微带线。按照这个结果将这些微带线添加到布局中，可以得到新的天线布局，如图6所示。

用上述方法对修改后的天线再次进行仿真，仿真结果如图7所示。在图7中的反射系数圆图中可以看到，归一化阻抗等于1．092-j0．004，接近于1，反射系数接近于0，即天线的输入阻抗基本接近50Ω。说明阻抗匹配效果良好，反射系数图中的中心谐振频率为2．401 GHz，满足设计频率。

天线3D模型如图8所示，立体方向图如图9所示。天线的总辐射图如图10所示，可以看到天线的增益4．399 dB，方向性系数5．635 dB，效率75．319％，达到设计要求。