臺灣博碩士論文加值系統

為了能解決原本T型微帶天線適用頻帶受限的問題，本論文利用簡單的挖槽方式以改善這種困境。這個挖槽的概念是源自凹形天線之做法，當傳統矩型微帶天線加了凹槽後，輻射場雖變成不被接受，但這種方法反而讓天線設計多了自由度。因此對這T型微帶天線而言，多了挖槽後的天線就多了可用來調整幅射之參數，共振腔內部電場也得以扭曲以改善X-pol輻射的問題。本論文首先利用三組不同共振頻率相對應尺寸的T型挖槽之微帶天線證實這種方式可改善天線輻射，因此T形天線的適用頻帶就可更有彈性。進而不同寬度及深度之挖槽尺寸變化用來探討挖槽做法對T型微帶天線輻射場之影響，這樣之探討除了可有基本特性的掌握，這種結構參數改變的探討對於挖槽之設計也有很大幫助。
在數據驗證的部分，透過Ensemble模擬軟體所獲得共振頻率、輻射場型，對改善後T型微帶的挖槽天線內部的運作狀況更易於理解。而所得到的數據結果皆與原本T型微帶天線模擬比較而呈現明顯之改善，顯然原本的輻射問題是可解決的，因此本論文所使用挖槽方式的正確性也得以證實。
本文所用之挖槽結構的參數有深度、寬度以及甚至位置等三種，雖然本論文只就其中兩個參數的影響探討，但天線的高設計自由度是顯而易見的。所以若此之理念可套用至其他如三T型微帶天線的設計上，則這種三頻操作的天線適用頻寬之改善是也可預期的。

This thesis uses the simple concept of concaved structure to improve the limitation of frequency band for T-shape microstrip antennas. The idea is originally from the design of conventional microstrip antennas with concaved slot. The antenna radiations become unacceptable, but the design freedom is much higer than euer. As the idea is applied to T-shap microstrip antenna, there are more parameters to adjust antenna radiation, such that the electric fields in cavity is able to improve radiation of the cross polarization, This thesis first uses three sets of antenna dimensions with different resonant frequencies to prove that this approach can make improvement. Thererfore, the frequency bands of T-shape antennas become more flexible. Further, various depths or widths of the concaved structure are used to investigate their influences on T-shape antennas. The investigation done here provides big helf for design.
According to the simulated results, those resonant frequencies and radiations obtained from ENSEMBLE make the mechanism of concaved structure more understandable, All the results demonstrate the improvement obviously as compared with those of T-shape antennas. Since the radiation problem is overcomed, design concept is verified.
The parameters of the concaved structure include width, depth ane location. Although only two of them are investigated here, the high design freedom of this antenna is obviously.
If the concept is applied to the one with ladder-shape, more flexible bands of applications for tri-band operation can be expected.

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 v
第一章 緒論 1
1-1 歷史背景與研究動機 1
1-2 研究目的之做法與分析方法 1
1-3 論文架構 2
第二章 T型之微帶天線 3
2-1 T型微帶天線分析 3
2-2 T型微帶天線特性之探討 6
2-3結論 7
第二章 挖槽的T型微帶天線尺寸 18
3-1 凹型微帶天線 18
3-2 微帶天線利用挖槽做法之影響 19
3-3 結論 20
第四章 結構參數改變對T型微帶天線挖槽方式之影響 35
4-1 挖槽深度之影響 35
4-2 挖槽寬度之影響 36
4-3 結論 39
第五章 總結與討論 67
參考文獻 69
圖2.1原本之T型微帶及共振腔分區示意圖：(a)上視圖，(b)前視圖。 8

圖2.2 對圖2.1 之T型微帶天線，在第一組尺寸下由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=2cm，c= 1.35cm，d=2.3cm，e=1.35cm，t=20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 9

圖2.3 對圖2.1 之T型微帶天線，在第二組尺寸下由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3.5cm，b=1.5cm，c= 1.9cm，d=1.2cm，e=1.9cm，t=20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 10

圖2.4 對圖2.1 之T型微帶天線，在第三組尺寸下由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=2cm，c= 1.2cm，d=2.6cm，e=1.2cm，t=20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 11

圖2.5 對圖2.1 之T型微帶天線，在第一組天線由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.59GHz，而天線結構參數如圖2.2中的數據。 12

圖2.6 對圖2.1 之T型微帶天線，在第一組天線由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.96GHz，而天線結構參數如圖2.2中的數據。 13

圖2.7 對圖2.1 之T型微帶天線，在第二組天線由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.78GHz，而天線結構參數如圖2.3中的數據。 14

圖2.8對 圖2.1 之T型微帶天線，在第二組天線由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.63GHz，而天線結構參數如圖2.3中的數據。 15

圖2.9 對圖2.1 之T型微帶天線，在第三組天線由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.59GHz，而天線結構參數如圖2.4中的數據。 16

圖2.10 對圖2.1 之T型微帶天線，在第三組天線由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.98GHz，而天線結構參數如圖2.4中的數據。 17

圖3.1：凹型微帶天線之結構圖：(a)上視圖，(b)前視圖。 21

圖3.2 對圖3.1 之凹型微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1cm，c=1cm，d=1.5cm，e =2cm，f=1.5cm t =20mil，εr=3.35饋入位置在(2.5，2.5)。 22

圖3.3 對圖3.1之凹型微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.38GHz，而天線結構參數如圖3.2中的數據。 23

圖3.4對圖3.1之凹型微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3.66GHz，而天線結構參數如圖3.2中的數據。 24

圖3.5：原T型微帶天線挖槽：(a)上視圖，(b)前視圖。 25

圖3.6 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3.5cm，b=2cm，c=2cm，d=1.3cm，e =0.2cm，f=0.3cm，g=0.4cm，h=0.3cm，i=0.2cm，t =20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 26

圖3.7 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=2cm，c=2cm，d=0.2cm，e =1.8cm，f=0.3cm，g=0.4cm，h=0.3cm，i=1.8cm，t =20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 27

圖3.8 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.5cm，c=1.5cm，d=0.5cm，e =1.5cm，f=0.3cm，g=1.4cm，h=0.3cm，i=1.5cm，t =20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 28

圖3.9 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，在第一組尺寸下，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.84GHz，而天線結構參數如圖3.6中的數據。 29

圖3.10 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，在第一組尺寸下，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.62GHz，而天線結構參數如圖3.6中的數據。 30

圖3.11 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，在第二組尺寸下，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.73GHz，而天線結構參數如圖3.7中的數據。 31

圖3.12 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，在第二組尺寸下，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.83GHz，而天線結構參數如圖3.7中的數據。 32

圖3.13 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，在第三組尺寸下，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.88GHz，而天線結構參數如圖3.8中的數據。 33

圖3.14 對圖3.5 之原T型挖槽後之微帶天線，在第三組尺寸下，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.86GHz，而天線結構參數如圖3.8中的數據。 34

圖4.1 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=1.5cm，e =0.5cm，f=0.5cm，g=1.5cm，h=0.5cm，i=0.5cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 40

圖4.2 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=1.2cm，e =0.8cm，f=0.5cm，g=1.5cm，h=0.5cm，i=0.8cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 41

圖4.3 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=0.5cm，e =1.5cm，f=0.5cm，g=1.5cm，h=0.5cm，i=1.5cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 42

圖4.4 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3.46GHz，而天線結構參數如圖4.1中的數據。 43

圖4.5 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為4.3GHz，而天線結構參數如圖4.1中的數據。 44

圖4.6 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.76GHz，而天線結構參數如圖4.2中的數據。 45

圖4.7 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3GHz，而天線結構參數如圖4.2中的數據。 46

圖4.8 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.8GHz，而天線結構參數如圖4.3中的數據。 47

圖4.9 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.88GHz，而天線結構參數如圖4.3中的數據。 48

圖4.10 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=1.5cm，e =0.5cm，f=0.3cm，g=1.9cm，h=0.3cm，i=0.5cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 49

圖4.11 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=1.5cm，e =0.5cm，f=0.2cm，g=2.1cm，h=0.2cm，i=0.5cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 50

圖4.12 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=1.2cm，e =0.8cm，f=0.3cm，g=1.9cm，h=0.3cm，i=0.8cm，t =20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 51

圖4.13 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=1.2cm，e =0.8cm，f=0.2cm，g=2.1cm，h=0.2cm，i=0.8cm，t =20mil，εr=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 52

圖4.14 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=0.5cm，e =1.5cm，f=0.3cm，g=1.9cm，h=0.3cm，i=1.5cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 53

圖4.15 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的Return loss 數據圖。其中天線結構參數：a＝3cm，b=1.25cm，c=1.25cm，d=0.5cm，e =1.5cm，f=0.2cm，g=2.1cm，h=0.2cm，i=1.5cm，t =20mil，ε_r=3.35 饋入位置在(2.5，2.5)。 54

圖4.16 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.74GHz，而天線結構參數如圖4.10中的數據。 55

圖4.17 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3.02GHz，而天線結構參數如圖4.10中的數據。 56

圖4.18 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.76GHz，而天線結構參數如圖4.11中的數據。 57

圖4.19 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3.49GHz，而天線結構參數如圖4.11中的數據。 58

圖4.20 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.83GHz，而天線結構參數如圖4.12中的數據。 59

圖4.21 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3.03GHz，而天線結構參數如圖4.12中的數據。 60

圖4.22 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.88GHz，而天線結構參數如圖4.13中的數據。 61

圖4.23 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為3.02GHz，而天線結構參數如圖4.13中的數據。 62

圖4.24 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為1.91GHz，而天線結構參數如圖4.14中的數據。 63

圖4.25 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.83GHz，而天線結構參數如圖4.14中的數據。 64

圖4.26 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第一模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.03GHz，而天線結構參數如圖4.15中的數據。 65

圖4.27 對圖3.5之原T型挖槽後之微帶天線，由模擬所得的第二模態之輻射場:(a)E-plane，(b)H-plane。其中共振頻率為2.84GHz，而天線結構參數如圖4.15中的數據。 66

[1]C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, 3rd Edition,2005.

[2]C. H. See, R. A. Abd-Alhameed, D. Zhou, and P. S. Excell, “Dual-Frequency Planar Inverted F-L-Antenna (PIFLA) for WLAN and Short Range Communication Systems,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 56, pp. 3318-3320, Oct. 2008

[3]M. A. Matin, B. S. Sharif and C. C. Tsimenidis, “Dual- Frequency Microstrip Antenna with V Slot,” Wideband and Multi-band Antennas and Arrays, 2005,IEE pp. 183-184, Sept. 2005.

[4]C. S. Lee, V. Nalbandian, and F. Schwering, “Dual-frequency Microstrip Antenna with Inhomogeneously Filled Dielectric Substrate,” Microwave Opt. Tech. Lett., Vol. 6, pp. 629-632, 1993.

[5]陳勁嘉, 利用單片微帶攪動的方式設計雙頻或多頻操作的微帶天線, 碩士論文, 義守大學電子工程研所, 台灣, 高雄, 2013.

[6]戴崇倫, 謝東宏, 程心澤, “T-Shape Microstrip Antenna for Dual-Band Operation,” 2009全國電信研討會, pp. 193, 國立高雄大學, 台灣, 2009.

[7]楊維仁, 具雙頻操作的凹型微帶天線, 碩士論文, 義守大學電子工程研所, 台灣, 高雄, 2012.

[8]林怡君, 具雙頻操作的圓T型微帶天線, 碩士論文, 義守大學電子工程研究所, 台灣, 高雄, 2012.

[9]蔡欣璇, 具高設計自由度的金屬干擾之圓形微帶天線, 碩士論文, 義守大學電子工程研所, 台灣, 高雄, 2013.

[10]程心擇, 具三頻操作的階梯型微帶天線, 碩士論文, 義守大學電子工程研所, 台灣, 高雄, 2013.