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天線工程期中報告 論文研討 : 鄭鈞鴻 “ 超寬頻天線之設計與應用 ” , 論文集 95 年 6 月

天線工程期中報告 論文研討 : 鄭鈞鴻 “ 超寬頻天線之設計與應用 ” , 論文集 95 年 6 月. 報告人 : 碩研電子一甲 MA030120 蔡沛修. 摘要.

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天線工程期中報告 論文研討 : 鄭鈞鴻 “ 超寬頻天線之設計與應用 ” , 論文集 95 年 6 月

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  1. 天線工程期中報告論文研討:鄭鈞鴻“超寬頻天線之設計與應用”, 論文集95 年 6 月 報告人: 碩研電子一甲 MA030120 蔡沛修

  2. 摘要 • 探討超寬頻(UWB)天線的設計以及馬刺狹孔(Spurline)在加強天線間隔離度(isolation)的應用。首先，利用共平面波導(Coplanar Waveguide, CPW)的結構作為此超寬頻天 線 的 饋 入 電 路 ， 再 設 計 出 反 射 損 耗 值 ( S11 ) 在 U W B 頻 段(3.1GHz~10.6GHz)皆小於-10dB 的超寬頻天線，並成功地實際製作於FR4 的微波基板上。將模擬值與量測值加以比較，發現其有良好的一致性。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  3. 天線設計 • 利用IE3D模擬軟體來模擬設計一個以共平面波導型式微饋入電路的超寬頻天線,藉由變化其共平面波導的接地面,來探討改良此超寬頻S11。 • 另個超寬頻天線的共接地平面間，利用馬刺狹孔(Spurline)其類似帶拒濾波器(Bandstop Filter)的特性，來阻擋此兩個天線共接地平面間的電流流動分佈，而降低其插入損耗值( S21 ) 。 • 基板介電係數:4.3 • 介電損失:0.015 • 板厚:1.0mm • 損耗正切(Loss tangent)=0.0245之FR4玻離纖維板 • 阻抗頻寬:3.1~10.6GHZ • 阻抗標準:ReturnLoss ≦ -10 dB 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  4. 何謂共平面波導 • 共平面波導之結構 • 共平面波導的導體共有三個部份，中間為帶狀訊號線，與兩側接地平面各有一個窄小的間隙分隔，如左上圖 所示。 • 共平面波導的特性阻抗（ Z0）、等效介電係數（ ）與衰減常數（a ），由中間的帶狀訊號線大小（W）、間隙寬度（G）、介質的厚度（h）與介電係數 （ r e ）來決定，如左下圖 所示 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  5. 共平面波導優點 • 共平面波導與傳統微帶線比較後有下列幾項優點︰ • （1） 結構簡單 • （2） 表面黏著元件（SMD）容易安裝 • （3） 免除貫孔（Via） • （4） 低輻射損失與串音現象 • （5） 低色散（Dispersion） • 基於上述的優點，共平面波導適合運用於微波積體電路和單晶積體電路的製作，並提供了最大的成本效應。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  6. 超寬頻天線之結構圖 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  7. 模擬與實作結果(ReturnLoss) 經過微 調後，使得整個頻寬 (3.1GHz~10.6GHz) 的反射損耗值 ( 11 S )皆可低於 -10dB的結構圖 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  8. 調整W1(d也隨之改變)，固定L1=8mm、G=1mm、Θ=0° 由W1的調整，當其由小逐漸增加時，變化較為規律的為 4GHz~7GHz左右的頻段。 可觀察發現， 4GHz~~7GHz其反射損耗值(S 11 ) 為一互相影響之變化， 也就是以5.5 GHz為中間界線， 若4 GHz~5.5 GHz的反射損耗值(S 11 )往上升， 則5.5 GHz~7 GHz的反射損耗值(S 11 ) 會往下降。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  9. 微調趨勢圖 • 調整d，固定W1=10mm、L1=8mm、G=1.8mm、Θ=25° • d的調整模擬值：0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、 • 3.0、3.5、4.0(mm) 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  10. 3.1GHz 場形圖 x-z切面上之模擬與 量測的輻射場型比較圖。 頻率為3.1GHz。 x-y切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為3.1GHz。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  11. 3.1GHz & 5GHz場形圖 x-y切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為5GHz。 y-z切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為3.1GHz。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  12. 5GHz 場形圖 x-z切面上之模擬與量測 輻射場型比較圖。 頻率為5GHz。 y-z切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為5GHz。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  13. 7GHz 場形圖 x-y切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為7GHz。 x-z切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為7GHz。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  14. 7GHz 場形圖 y-z切面上之模擬與量測 的輻射場型比較圖。 頻率為7GHz。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  15. 增益值 超寬頻天線在不同頻率 下的最大增益模擬值。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  16. 結論 • 本章主要的目的在設計一以共平面波導為饋入電路的超寬頻天線。 • 一開始先探討超寬頻天線的設計流程，利用IE3D電磁模擬軟體來模擬各種天線尺寸參數對其反射損耗值( 11 S )的影響，而得到其最佳化的天線尺寸，並實際製作在FR4的基板上，量測的反射損耗值( 11 S ) • 在3.1GHz~10.6GHz皆在-10dB以下(符合VSWR＜2的要求)，且3.1GHz、5GHz、7GHz輻射場型的模擬值與量測值有很好的吻合度， • 皆有滿足UWB天線所要求的全向性輻射場型的要求。 鄭鈞鴻 “超寬頻天線之設計與應用” 國立中央大學 碩士論文 95年6月

  17. 心得 • 無線技術發展到現在，市場非常的競爭，對於之前有一段時間大家很瘋UWB(超寬頻無線技術) ，低耗電、高速的特性優勢 不過前幾年開始被放棄研發，開始上看60GHz，將其應用在未來的高速藍牙規格中。 • 近期又有新的動態是要把UWB應用於立體聲耳機和MP3播放器與智慧手機連接，號稱可提供流量超越藍芽或是ZingBee，但功耗遠低於Wi-Fi系統的應用。

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