实验4印刷偶极子天线设计
一种双极化印刷偶极子基站天线
一种双极化印刷偶极子基站天线夏小勇;廖成【摘要】在传统的印刷偶极子上通过切角、向上弯折的形式来扩展偶极子的外围轮廓，并通过改变馈电开路枝节的宽度的方式来展宽天线的带宽，并将该结构应用于双极化基站天线中。
研究表明，单元天线在1.50~3.38GHz范围内，VSWR<2，相对带宽达到77%，获得了较好的带宽特性；组成双极化天线后，在1.8~2.7GHz的频率范围内，天线的交叉极化比、水平面波束宽度、隔离度等指标能较好满足移动通信的要求，可以应用于移动通信系统中。
%This paper proposes a method of extension of the outline profile by cutting angles and bent upward in the patch and of bandwidth extension through extending and changing open slot in feed location, which is implementedin the dual-polarized base station antenna. The research has shown thatthe single antenna has a bandwidth of 1.50-3.38GHz,and Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) of less than 2. The relative bandwidth reached 77%, which gets a better bandwidth. As a dual-polarized antenna which could apply to mobile communication systems, its cross-polarization ratio, the horizontal plane beam width;isolation can preferably meet the requirements of mobile communication in the frequency scope of 1.8GHzto 2.7GHz.【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2013(000)016【总页数】5页(P48-52)【关键词】印刷偶极子;基站天线;带宽【作者】夏小勇;廖成【作者单位】西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031;西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN828.61 引言随着移动通信的快速更新和发展，提高移动通信的信道容量变得日益重要。
四偶极子天线
10、系统调试
整个系统安装完毕后，进行系统调试，主馈管通过转接器IF70/L16K连接扫频仪，塔上与地面保持通讯联系，塔上调试人员旋开六螺调节器保护盖反复进行调试，直至驻波比调至最佳。
2
不同组合方式的多层多面发射天线阵列可以获得要求的组成圆形场或异形场的方向图；
圆形场在各个方向的增益相同；异形场在不同方向的增益不同；
多层天线阵列可以提高增益，但会引起副瓣和零值点增多，需要采取零点填充措施以及主波束下倾。
图1 单元板方向图
图2 单元板增益曲线
3 天馈线系统的测试方法
测试设备：标量网络分析仪，50欧姆负载，1000V兆欧表
第一步：外观检查（施工现场）
首先对系统所有部件进行外观检查，有破损、脱落、变形的部件要对其进行处理、更换。
第二步：天线调整（出厂之前和施工现场）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
天线单元板测试场要求被测试天线频率±120KHz内干扰波场强应低于30dB。测试场地附近不宜有输电线及树木房屋建筑等反射物体，除可以利用作为抑制地面反射波的天线支座外。（单元板距地面高度1300mm的木制支架。测试需对所有单元板逐个进行测试，VSWR ＞1.10的将其防水罩拆开，松开振子顶部固定螺丝，调整振子间的距离，见图4，直至 VSWR ≤1.10。方可进行安装。（调整后顶部固定螺丝用87硅胶固定，防水罩重新密封）。
天线系统馈电图
图6
6、安装位置要求
天线安装置于铁塔顶部，要求铁塔为正四边铁塔．边宽1000mm.
铁塔立边主材料直径80×80mm 角钢．
一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线
一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线作者：刘鑫张帅来源：《现代信息科技》2022年第07期摘要：文章提出一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线，可同时工作在433 MHz和2 390 MHz，可广泛用于无线局域网、物联网通信领域。
该天线由一个工作在高频的二元双面印刷偶极子阵列和一个工作在低频的偶极子下臂组成。
一方面通过加载电容，将高频辐射体设计成为低频印刷偶极子的上臂，来构成低频对称阵子的完整结构。
另一方面通过加载电感，进一步缩短了低频阵子臂的长度。
关键词：共臂;双频;偶极子;天线中图分类号：TN92 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）07-0039-04A Dual-Band Printed Dipole Antenna Based on the Shared ArmsLIU Xin1， ZHANG Shuai2（1.BeiDou Academy， Wuhan Qingchuan University， WuHan 430204， China; 2.Wuhan Second Ship Design and Research Institute， WuHan 430205， China）Abstract： This paper proposes a dual-band printed dipole antenna based on the shared arms structure， and it could work at 433 MHz and 2 390 MHz and it is widely used in fields of wireless local area networks， Internet of Things communication. The antenna is composed of a two-element double sided printed dipole array which works at high frequency and a dipole lower arm which works at low frequency. On the one hand， by loading capacitance， the high frequency radiation body is designed as the upper arm of the low frequency printed dipole to form the complete structure of thelow frequency symmetry array. On the other hand， by loading inductance， the length of the low frequency array arm is further shortened.Keywords： shared arm; dual-band; dipole; antenna0 引言全向天線作为一种基本的天线类型，有着广泛的应用，它被应用在形成无线扩频网络、点对点通信、数据传输等方面。
印制偶极子天线设计
a) Postion 输入：-L1 ,-W1/2 ,H b) Axis：Z c) XSize：-W2 d) YSize：-L2
图 18 调整试图（to fit the view） 4. 选择菜单下拉选项 ViewFit AllActive View,或者按“ctrl+D”
Point2：-W3-L4 ,W1/2 ,0mm
图 35
镜像生成左侧的三角形和矩形 1. 同时选中 Rectangle1 和 Polyline2
图 36
图 37 2. 菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Rectangle1_1 和 Polyline2_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图 25
图 26
创建下表面金属片 1. 创建介质层 BOTTOM 面的金属片----传输线 Top_patch_1(采用镜像的方法进行绘制) 2. 选中 Dip_Patch，菜单下 EditDuplicateMirror,生成新物体名称为 Dip_Patch_1
a) X:0.0，Y:0.0，Z:0.0,按“Enter”按键 b) dX:0.0，dY:1，dZ:0.0,按“Enter”按键
图1
二）设置工具选项
1．选择菜单中的工具（Tools）选项（Options）HFSS 选项 （HFSS Options）如图 2 所示
图2 2. 弹出对话框 HFSS Options，如图 3 所示
图3
1) 点击常规（General）标签 a) 建立新边界时，使用数据登记项的向导（Use Wizards for data entry when creating new bound boundaries）： 勾选上。 b) 用 几 何 形 状 复 制 边 界 （ Duplicate boundaries/mesh operations with geometry）：勾选上。 c) 点击确定
宽带印刷偶极子天线
宽带印刷偶极子天线
侯婷;李建周;韦高
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2010(010)032
【摘要】印刷在薄介质基片上的偶极子,其重量轻、易加工并且提供相当宽的带宽和高级化纯度,通常作为基站天线的辐射单元.介绍了一种由串联印刷偶极子对组成的宽带天线,该天线由两对偶极子组成,印刷在一个薄介质基片的正反面并通过平行带状线连通.该天线结构简单,便于印刷制作,是大型天线阵的理想辐射单元.给出了偶极子长度以及它们之间距离的变化对输入端反射系数(S11)的影响,可供工程设计参考.设计的天线其相对带宽可达62%(VSWR≤2.0),55%(VSWR≤1.5),中心频率为2.3 GHz.
【总页数】4页(P7934-7936,7946)
【作者】侯婷;李建周;韦高
【作者单位】西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TN821.4
【相关文献】
1.基于宽带吸波体的低雷达散射截面平面印刷磁电偶极子天线设计 [J], 兰俊祥;曹祥玉;高军;郑月军;张晨
2.紧凑型宽带DVB-T印刷偶极子天线 [J], 何志国;常雷;李丹;张建强;;;
3.一种用于频谱监测的宽带宽波束印刷偶极子天线 [J], 何小煜;俞钰峰;张则涛
4.一种新型宽带印刷偶极子天线 [J], 符友;高帆
5.一种新型宽带印刷偶极子天线 [J], 符友;高帆
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第三章半波长印刷偶极天线设计
第三章 半波長印刷偶極天線設計3-1設計目的偶極天線結構簡單也是理論最容易了解與推導的天線，因此是做為入門學習的最佳例子。
半波長偶極天線是利用諧振原理達到在空間中輻射特定頻率的一種天線，半波長偶極理論已經很成熟，詳細理論可參考一般天線理論書籍。
在微波頻率波段中，基於成本、美觀及其他優點，通常將半波長偶極天線印製在PCB (Printed circuit board) 上，稱為微帶天線(Microstrip antenna)，微帶天線應用範圍非常廣泛，因此本章使用印刷電路微帶型結構(Microstrip and printed structure)進行偶極天線的設計與模擬。
3-2印刷偶極天線的原理一般微帶天線(Microstrip antenna)具有下列優點：(1)體積較小、輕量和平面組態。
(2)應用於印刷電路時容易製造，造價低廉。
(3)適合於小型結構體上，可與振盪器、放大器、可變衰減器、調變器、混波器，移相器等模組銜接並與積體電路在平面上可共存。
(4)可裝設於飛彈、火箭、人造衛星等超高速度飛翔體表面以供通信。
(5)RF訊號饋入線及週邊裝置與天線同時設計而製造於同一平面上。
(6)在同一平面板上可設計直線極化(垂直、水平)及圓極化(左、右旋轉)天線。
(7)容易配合單石微波積體電路(MMIC)(Monolithic microwave integratedcircuit)達到一體成形。
另外，微帶天線體積小，所以很容易裝進IC封裝結構蓋中(Package lid)裡，由於這種天線不需要很大的空間，通常是直接作成構裝(Package)的一部份。
但微帶天線也有下述缺點：(1)微帶天線之損失較大以致於天線增益較低，單元件天線之最大增益不容易超過20dB。
(2)大多數的微帶天線均保持單一面電波(Uni-directional)輻射。
(3)饋入RF訊號的傳輸線與天線輻射體之間隔離比較困難。
(4)天線之功率容量較低，換言之，高功率天線不能期待使用此種形式天線。
中文UHF 四偶极子板发射天线
UHF 四偶极子板发射天线说明书天线简介UHF-四偶极子板数字电视发射天线是定向板状天线，具有频带宽、增益高、驻波比小和安装灵活方便等特点。
由四偶极子单元板天线组阵而成的天线系统具有以下特点:1.可以根据不同的服务区要求改变单元板的配置，即改变天线阵的水平方向图，充分发挥辐射的最大效益。
2.可以根据不同的服务区要求采取不同的波束下倾和零点填充。
3.可以与多功器配合，构成共用发射天线系统。
4.安装方便、灵活即可安装在铁塔一侧，也可以安装在桅杆上。
天线外型及尺寸：几何尺寸为: 989mm×438mm×300mm主要技术指标天线工作原理天线将传输线送来的导行波的能量转换成向空间传播的电磁波的能量,天线可以向周围辐射电磁波能量,或均匀地接收来自特定方向空域的电磁波能量.传输功率到达单板天线的输入口，分别经两路分支同轴内导体到达两个分支馈点，然后再各分成相等的两半馈给四个偶极子辐射器，构成等幅度同相位的馈电系统。
这种天线的电流分布或磁场分布集中在上下两侧的边缘，仅少量电流均匀地分布在矩形板的中间，这样的分布，可以提高天线的增益而且增加了天线的带宽。
四偶极子单元板天线由50Ω同轴输入，然后分成两并联方同轴线，再分别分成两对圆同轴线馈电于两个偶极子向空间辐射电磁能。
馈电系统电气下倾以及天线第一零点填充的有关说明当电视、调频发射天线的主向与水平线为同一方向时，由于垂直天线第一零点填充随着天线层数的增多，方向性图的副瓣增加，主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间存在零点，天线层数越多零点也越多，零点的存在意味着在该点的直射波为零，能接收的只是来自其他地方的反射波和绕射波。
由于信号很弱，有可能看不见图像或者能看见的是有很多重影的图像，所以必须对零点进行填充。
零点填充的简单方法是在每列中的辐射单元之间实行功率分配,即将天线阵分为两半,每一半馈以不同的功率。
安装和调整1.对铁塔边宽的要求方塔的横截面尺寸最好不超过1000×1000mm，可向本厂直接定货。
HFSS仿真实验报告样例
《微波技术与天线》HFSS仿真实验报告实验二印刷偶极子天线设计专业通信工程年级2011 级姓名毛佳雯学号1116428042指导老师评分一、仿真实验内容和目的使用HFSS设计一个中心频率为 2.45GHz的采用微带巴伦馈线的印刷偶极子天线，并通过HFSS软件Opitmetrics模块的参数扫描分析功能对印刷偶极子天线的一些重要结构参数进行参数扫描分析，分析这些参数对天线性能的影响。
二、设计模型简介整个天线分为5个部分，即介质层，偶极子天线臂，微带巴伦线，微带传输线，见图1。
天线各部分结构尺寸的初始值见表1。
图1印刷偶极子天线结构图（顶视图）。
表1印刷偶极子天线关键结构尺寸初始值。
批注[y1]:实际报告撰写中，表格应手动编制，不允许直接截图。
三、建模和仿真步骤1、新建 HFSS 工程，添加新设计，设置求解类型：Driven Modal。
2、创建介质层。
创建长方体，名称设为 Substrate，材质为 FR4_epoxy,颜色为深绿色，透明度为0.6。
3、创建上层金属部分1）创建上层金属片，建立矩形面，名称 Top_Patch,颜色铜黄色。
2）创建偶极子位于介质层上表面的一个臂。
画矩形面，名称 Dip_Patch,颜色铜黄色。
3）创建三角形斜切角，创建一个三角形面，把由矩形面 Top_Patch 和 Dip_Patch 组成的90 折线连接起来。
4）合并生成完整的金属片模型。
4、创建下表面金属片1）创建下表面传输线 Top_patch_1。
2）创建矩形面 Rectangle1。
3）创建三角形 polyline2。
4）镜像复制生成左侧的三角形和矩形面此步完成后得到即得到印刷偶极子天线三维仿真模型如图2所示。
5、设置边界条件1）分配理想导体。
2）设置辐射边界条件，材质设为 air。
6、设置激励方式：在天线的输入端口创建一个矩形面最为馈电面，设置该馈电面的激励方式为集总端口激励，端口阻抗为50欧姆。
7、求解设置：求解频率（Solution Frequency）为 2.45GHz，自适应网格最大迭代次数（Maximum Number of Passes）：20，收敛误差（Maximum Delta S）为 0.02。
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实验4印刷偶极子天线设计
在Layout中绘制天线
将设计的层 面改为cond， 重复上面的 设计，完成 对于顶层 cond的设计， 可以得到右 图：
•图中，红色是对应cond层（顶层），黄色对应
cond2（底层），下面在顶层与底层之间加上一个
通孔
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实验4印刷偶极子天线设计
在Layout中绘制天线
下面在cond与cond2层之 间加一个通孔（Via）， 选择层为：
•加通孔，因为是圆形 的通孔，所以选择 ， 如下图：
•这样就完成了天线尺寸的基本设计。
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层定义
这是至关重要的一步。
由Momentum=>Substrate=>Create/Modify，进入层定义 对话窗口。作如下设置：
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观察天线的2维 E面
首先，观测Planar Cut（垂直极化）。在Far Field > Cut 3D Far Field,设置如下图：
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E 平面 垂直截面 Phi=900
•E
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E Theta
E Phi
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同样，点击鼠标右键的 “measure”，可以测量 相对尺寸，如右图：
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在Layout中绘制天线
完成对底层cond2的全部设计，如下图
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在Layout中绘制天线
选择： Option=>Layers, 将cond2的Shape Display由filled 改为outlined， 这样便于测量尺 寸。可得右图：
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在Layout中设计天线全貌
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Ｓ参数仿真—Mesh设置
在Momentum => Mesh =>Setup中设置 Mesh，Mesh的设置决定了仿真的精度。通 常，Mesh Frequency和 Number of Cells Per Wavelength 越大，精度越高。但是这 是以仿真时间的增加为代价的。有时不得 不以精度的降低换取仿真时间的减小。在 本例中，我们采用Mesh的默认值，即： Mesh Frequency为后面S仿真中的频率上 限值， Number of Cells Per Wavelength 为30。
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层定义—Metallization Layer设置
去掉通常微带天线的地 面（GND）而加 FreeSpace_bottom，与 上面的FreeSpace向对 称，这样更加符合移动 通信下天线的实际情况， 对于移动通信总是希望 全向的天线，这样可以 克服一般的微带天线只 能向半空辐射的缺点而 成为全向天线。
E 平面 水平截面 Theta=450
•同样的方法可以得到水平截面下的二维E平面
•E
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E Theta
E Phi
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天线参数的优化
使用ADS Layout中的 optimization，可以完成对于 天线的优化。优化时可以对一
个参数进行优化，也可以同时
对多个参数进行优化。通过 Goal设置优化的目标，优化的 目标主要是S11,S21参数,但是 不可以对介电常数、介质板厚 度等参数进行优化。
实验4印刷偶极子天线设计
天线的辐射方向图
•
E
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E Theta
E Phi
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观察天线的增益
选择 Momentum =>Post Processing= >Radiation Pattern->2D Data Display, 然后点击 Compute,得 到：
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端口定义
选中 加Port。第 一个Ｐort加在cond 上 ， 第 二 个 Port 加 在cond2上。此时， 可以选择 Options=>Midpoint Snap ， 使 得 Port 加 在物体的中间位置。
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端口定义
极子天线。 n 通过仿真分析该天线的性能。
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（三）微带天线的技术指标
n 谐振频率(Resonance Frequency) n 带宽(Bandwidth) n 反射损耗(Return Loss) n 输入阻抗(Impedance) n 增益(Gain)
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将地面GND的边界由Closed改为Open（1），然后点击左 下角的Add，增加一层Alumina_0（2），并且把这一层重 新定义如下所示（3），即跟上面的FreeSpace定义完全 一样，重新命名为FreeSpace_bottom，当然命名为其他 名字也是没有问题的。这样上下形成了对称的结构。最 后定义Alumina中的各个参数，即定义Real为4.6，Loss Tangent为0.018（4），表示损耗正切为0.018。我们需 要的天线的层结构如下图所示：
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Ｓ参数仿真
如下图对S参数仿真进行设置：
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点击update，Simulate，开始仿真。
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Ｓ参数仿真
仿真结果：
•谐振频率是刚好位于1.800GHz的，反射波损耗为-28.161dB • 输入阻抗为Z0*（0.933+j0.036）=46.65+j1.8
实验4印刷偶极子天线设 计
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2020/11/17
实验4印刷偶极子天线设计
（一）实验目的
n 了解印刷偶极子天线的结构和工作原理 n 学习使用ADS Momentum设计天线的基
本方法 n 仿真，调试，优化印刷偶极子天线
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（二）实验内容
n 熟悉ADS Layout的使用环境。 n 使用ADS软件设计一个1.8GHz的印刷偶
n 下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
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ADS软件的启动
n 启动ADS进入如下界面
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创建新的工程文件
n 点击File->New Project设置工程文件名称（本 例中为Antenna）及存储路径
n 点击Length Unit设置长度单位为毫米
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观察天线的增益
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观察天线的2维 E面
❖ Planar Cut又称为垂 直截面，如下图， Phi是一定的，Theta 从0-3600变化。这样 截取的平面是与 Layout平面相垂直的。
Conical Cut又称为水 平截面，它的Theta是 确定的，而Phi是可以 从0-3600变化。与 Layout平面平行
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天线的带宽
• 对于VSWR<1.5,天线带宽为13%(1.683GHz—1.917GHz) • 对于VSWR<2.0,天线带宽为23.8%(1.600GHz—2.026GHz)
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观察远区辐射方向图
选择Momentum=>Post Processing=>Radiation Pattern，在弹出的对话框中： Select Frequency中选择1.8GHz，因为这是谐振 频率 。在Visualization Type中选择3D Visualization，因为我们首先想观察三维视图。 在Port1 Impedance中写入端口1的输入阻抗，这 个在S11图中我们已经测量了，为：46.65+j1.8Ω 点击Compute。
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创建新的工程文件（续）
n 工程文件创建完毕后主窗口变为下图
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Layout中的背景设置
直接在Main窗口中点击 ， 打开Layout窗口，在Layout中， 选择option-preference，对 系统设计的背景参数 进行设 置。我们选择其中的Layout Unit ，设置如右图，选择 Layout Unit为mm， Resolution填写为0.0001表示 精确到小数点后四位。以确保 在天线设计过程中的精度。其 他子菜单设置一般选择默认。
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观察表面电流的分布
选 择 Current ＝ > Set Port Solution Weights，单击OK。然 后 ， 选 择 Current =>Plot Currents。按 照 相 位 从 00->900>1800->2700 ， 分 别 为 ：
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端口定义
•由于在前面的层定义中取消了GND， •所以不能定义Single Port（Not Available） 有两个解决的办法，采用： 两个Differential port 一个Internal port 配合一个 Ground