臺灣博碩士論文加值系統

本論文是針對多頻段的單極天線設計研究，使用Ansoft HFSS 10模擬軟體來模擬出天線的返回損失 ( Return loss )在各頻段使用都可以在10dB值以下和史密斯圖 ( Smith Chart )在標準範圍內，其應用的頻段包含DVB、LTE、GSM、DCS、PCS、Bluetooth、WLAN、WiMAX等頻帶，使用了槽孔、蜿蜒和寄生天線、迴圈、反射板及“ PIFA ”等技巧，有效的激發各個應用頻帶；基地台天線設計使用了槽孔技巧將天線感抗得以補償使其接近阻抗、蜿蜒技巧將天長度再延伸以符合天線的波長、寄生天線技巧將天線各頻段頻寛在加大，且在1.6 GHz ~ 1.7 GHz、2.0 GHz ~ 2.2 GHz及2.9 GHz ~ 3.2 GHz之間呈現帶拒效果，並有效降低雜訊干擾；目前筆記型電腦的小型化下，提出了一個超寛頻天線的設計，在有限的空間使用迴圈的方式，將天線以雙迴圈設計，使雙波長的能量疊加下使其能在低頻處和中頻處有匹配效果，而 ” PIFA ”的設計使得高頻頻寛加大，而且匹配效果也加大了，最後使用反射板使得低頻處和高頻處的頻寛可超過25%以上 ( 500 MHz以上 )，以符合超寬頻的定義。

The paper presents study of multi-band monopole antenna, which utilize simulation software Ansoft HFSS 10 to measure the antenna return loss which under -10dB with Smith chart and coincidence to the standard of range, and the multiband ( DVB、 GSM、GPS、DCS、PCS、Bluetooth、WLAN and WiMAX ) are contained and applied. The monopole antenna uses slot、meanderings、parasitic antenna、loop、reflecting board and “ PIFA ”, those techniques attempted to encourage each band effectively.
Due to the design of antenna on the base, some slots are used the impedances of loops to compensate and close the impedances of resistors, also the meanderings is used to extension the length if antenna to fit the wavelength, parasitic antenna is used to gain the bandwidth in every each band, than this three prescriptions are inspired to lower noise interrupted at 1.6 GHz ~ 1.7 GHz、2.0 GHz ~ 2.2 GHz and 2.9 GHz ~ 3.2 GHz.
At present, the laptop is miniaturization that ever, and the multiband monopole antenna could meet the requested. We will double the loop of antenna that we would use inside the limitation of space of laptop ,and it would be work by double the wave length, double the emerge between the frequencies of low-band and medium-band . The design of “ PIFA ” makes the bandwidth of high-band more wider, cause the Result of match of bandwidth between low-band and high-band is more than 25% ( above 500 MHz ) is fit the definition of Ultra Wide Band ( UWB ).

文 字 目 錄
頁次
中文摘要………………………………………………………………………………..…..…I
英文摘要……………………………………………………………………………….…..…II
誌謝……………………………………………………………………………….….……... III
文字目錄…………………………………………………………………………………..... IV
圖形目錄………………………………………………………………….….……………... VI
表格目錄………………………………………………….………..…………………….….. X
第一章 序論 ( Introduction ) ...….….…….…….……………………..…………………….1
1.1 研究動機……………………………………………………………………….………1
1.2 天線的應用及發展……………………………………………..…………….……......1
1.2.1 各種行動通信簡介……………………………………………..……….…………2
1.2.2 基地臺的功能簡介……………………………………………..……….…………5
1.3 論文提要……………………………………………..…………………….…………..9
第二章天線的理論 ( Antenna Theory ) … …………………………………………….…10
2.1基礎知識……………………………………………..………………………………..10
2.2天線定義及分類…………………………………………………..…………………..12
2.2.1 微帶天線介紹…………………………….…………………..…………………..13
2.2.2微帶天線的優、缺點………………………………………………..……………14
2.2.2.1微帶天線的優點……………………..………………………..………………14
2.2.2.2微帶天線的缺點………………………..……………………..………………14
2.2.3 微帶天線理論………………………………….……………..…………………..14
第三章具頻率帶拒多頻段基地台天線設計研究（A Multi-Band Base Antenna with Band Notched Characteristic）…… ………………….…………… ..………… ………..17
3.1概述………………………………………………………………..…………………..17
3.2天線設計及模擬分析…………………………………………..…..…………………18
3.2.1原有的天線設計模擬…………………………………………....………………….21
3.2.2第一T型槽孔設計與模擬……………………………………..………..……….24
3.2.3第二T型槽孔設計與模擬……………………………………..……..………….25
3.2.4第三T型槽孔設計與模擬……………………………………..……..………….26
3.2.5第一、三T型槽孔設計與模擬……………………………..……………..…….27
3.2.6接地面修改設計與模擬…………………………………………..…..…………..28
3.2.7第一、二、三T型槽孔及接地修改設計與模擬……………………………… .29
3.2.8寄生天線設計與模擬……………………………………………..…..…………..30
3.2.9寄生天線槽孔設計與模擬…………………………………………....…………..31
3.2.10第一裂縫設計與模擬………………………………………………..…………..32
3.2.11第二裂縫設計與模擬……………………………………………..……………..33
3.2.12第三裂縫設計與模擬……………………………………………..……………..34
3.2.13第四裂縫設計與模擬……………………………………………..……………..35
3.2.14第五裂縫設計與模擬……………………………………………..……………..36
3.3實驗結果……………………………………………..………………………………..37
3.4心得與討論……………………………………………..……………………………..42
第四章適用於筆記型電腦之寛頻帶天線設計 ( Internal Wideband Antenna for Laptop Computers ) …………………………………..…………………………………...44
4.1概述……………………………………………..……………………………………..44
4.2寛頻天線設計與分析研究……………………………………………..……………..45
4.2.1左天線設計與模擬分析……………………………………………..……………50
4.2.2右天線設計與模擬分析……………………………………………..……………55
4.2.3雙天線設計與模擬分析……………………………………………..……………59
4.2.4雙天線短路端設計與模擬分析……………………………………………..……65
4.2.5雙天線短路端左反射板設計與模擬分析………………………………………..71
4.2.6雙天線短路端右反射板設計與模擬分析………………………………………. 76
4.2.7雙天線短路端雙反射板設計與模擬分析………………………………………. 80
4.3心得與討論…………………………………………………………………………... 91
第五章結論 ( Conclusions ) ………………………….………………………………….. 93
參考文獻 ( References ) ……………………………….….……………………….…….. 94


圖 形 目 錄
頁次
圖1-1 蜂巢式 ( 細胞 )系統示意圖……………………………………………………6
圖2-1 磁場和位移電流………………………………………….………………………10
圖2-2 電波的傳播…………………………………………………………….…………10
圖2-3 無線電通信系統架構…………………………………………………….………12
圖2-4 基本微線帶天線示意圖………………………………………………….………13
圖 2-5 微帶天線共振腔模型圖……….………..…….…………………………………15
圖3-1A 天線結構圖………………………………………………………………………19
圖3-1B 天線結構尺寸圖…………………………………………………………………20
圖3-2A1 原始天線返往損失圖……………………………………………………………21
圖3-2A2 原始天線各頻段輻射場型圖……………………………………………………22
圖3-2B 在天線下方挖出T型槽孔與原始天線的返往損失比較圖……………………24
圖3-2C 在天線中間挖出T型槽孔與原始天線的返往損失比較圖……………………25
圖3-2D 在天線上方挖出T型槽孔與原始天線的返往損失比較圖……………………26
圖3-2E 在天線上下方各挖出1個T型槽孔與原始天線的返往損失比較圖…..……..27
圖3-2F 在天線上、下方各挖出1個T型槽孔並將接地面積加大至59.5mm大小與原始天線的返往損失比較圖………………………………….………….………..…28
圖3-2G 在天線上、中、下方各挖出1個T型槽孔並將接地面積加大至59.5mm大小原始天線的返往損失比較圖……………………………………………………29
圖3-2Ｈ 在天線上、中、下方各挖出1個T型槽孔並將接地面積加大至59.5mm大小，並在接地面的1/3處加上一個寄生天線與原始天線的返往損失比較圖…….30
圖3-2I 在天線上、中、下方各挖出1個T型槽孔並將接地面積加大至59.5mm大小，並在接地面的1/3處加上一個寄生天線，並且在寄生天線下方進行挖出1個１字型槽孔與原始天線的返往損失比較圖………………………………………31
圖3-2J 寄生天線下方進行挖出1個１字型槽孔後在天線面的T1和T2中挖出第一裂縫與原始天線的返往損失比較圖…………………………………………………32
圖3-2K 寄生天線下方進行挖出1個１字型槽孔後在天線面的T1和T2中挖出第二裂縫與原始天線的返往損失比較圖…………………………………………………33
圖3-2L 寄生天線下方進行挖出1個１字型槽孔後在天線面的T1和T2中挖出第三裂縫與原始天線的返往損失比較圖…………………………………………….……34
圖3-2M 寄生天線下方進行挖出1個１字型槽孔後在天線面的T1和T2中挖出第四裂縫與原始天線的返往損失比較圖……………………………………………….…35
圖3-2N 寄生天線下方進行挖出1個１字型槽孔後在天線面的T1和T2中挖出第五裂縫與原始天線的返往損失比較圖…….…………………………….…….….…….36
圖3-3 電壓駐波比（VSWR）………………………………………….………….….…38
圖3-4A 1.01 GHz輻射場型圖………………………………………….…………………38
圖3-4B 1.83 GHz輻射場型圖………………………………………….…………………39
圖3-4C 2.55 GHz輻射場型圖………………………………………….…………………39
圖3-4D 3.55 GHz輻射場型圖…….…………………………….…….……….……….…40
圖3-4E 5.63 GHz輻射場型圖……………………………………….………………….…40
圖3-5 天線增益圖…………………………………………………………………………41
圖4-1 Design Antenna Configuration…………………………...……….…………….…45
圖4-2A Top View………………………………………….……….……...……….………46
圖4-2B Bottom View…………………………………….……….…….………….………47
圖4-2C Side View……………………………………..…………….…….……….………47
圖4-2D 天線結構尺寸圖…………………………………………….…….……...………48
圖4-3A 左天線結構圖…………………………………..…………….…… ….……… …50
圖4-3B 左天線返往損失圖…………………………………………..….….….……… …51
圖4-3C左天線史密斯圖…………………………………………….…….….….……… …51
圖4-3D 左天線電流分佈圖 ( 0.5 GHz )…….….….….……………….…….….………52
圖4-3D 左天線電流分佈圖 ( 3.5 GHz )……………….….…….…….…….….….……52
圖4-3D 左天線電流分佈圖 ( 4.5 GHz )……………………………….…….….………53
圖4-3E 左天線2D輻射場型圖 ( 3.15 GHz ) …………………………………..………54
圖4-3F 左天線2D輻射場型圖 ( 4.54 GHz ) ……………………………………..……54
圖4-4A 右天線結構圖………………………………………………………….………… 55
圖4-4B 右天線返往損失圖…………………………………………………………….… 56
圖4-4C 雙天線史密斯圖……………………………………………………………….… 56
圖4-4D 右天線電流分佈圖 ( 0.5 GHz )…………………….….……………………… 57
圖4-4D 右天線電流分佈圖 ( 3.5 GHz )………………………………….……….…… 57
圖4-4E 右天線2D輻射場型圖 ( 0.5 GHz ) ……………………….….….…………… 58
圖4-4E 右天線2D輻射場型圖 ( 3.5 GHz ) ……….…………….………….………… 58
圖4-5A 雙天線結構圖……………………………….……………………………………59
圖4-5B 雙天線返往損失圖………………………….……………………………………60
圖4-5C 雙天線史密斯圖…………………………….……………………………………60
圖4-5D 雙天線電流分佈圖 ( 0.5 GHz )……….…………….…………………….……61
圖4-5D 雙天線電流分佈圖 ( 3.5 GHz )……….….……………………….……………61
圖4-5D 雙天線電流分佈圖 ( 4.5 GHz )…………………………….……….………… 62
圖4-5E 雙天線2D輻射場型圖 ( 0.29 GHz ) ……………………………………..…….62
圖4-5E 雙天線2D輻射場型圖 ( 3.5 GHz ) …………………………………………….63
圖4-5E 雙天線2D輻射場型圖 ( 4.55 GHz ) ………………………………………..….63
圖4-5F 左天線、右天線與雙天線的返往損失比較圖… ……………………………….64
圖4-6A 雙天線短路端結構圖…………………………….….……………………………65
圖4-6B 雙天線短路端返往損失圖………………………….….…………………………66
圖4-6C　雙天線短路端電流分佈圖…………………………….….………………………66
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 0.7 GHz ) ………….….…………………….67
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 0.8 GHz ) ……….….……………………….67
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 0.9 GHz ) …………………….……………68
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 1.3 GHz ) ………………….………………..68
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 3.5 GHz ) ……………………….…………..69
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 5.7 GHz ) ………………….………….….…..69
圖4-6D　雙天線短路端2D輻射場型圖 ( 5.8 GHz ) …………….……………….….…..70
圖4-7A　雙天線短路端左反射板結構圖………………………………………………….71
圖4-7B　雙天線短路端左反射板返往損失圖…………………………………………….72
圖4-7C　雙天線短路端左反射板電流分佈圖…………………………………………….72
圖4-7D　雙天線短路端左反射板2D輻射場型圖 ( 2.611 GHz ) …….………….….…..73
圖4-7D　雙天線短路端左反射板2D輻射場型圖 ( 3.7165 GHz ) ………….….…….…73
圖4-7D　雙天線短路端左反射板2D輻射場型圖 ( 4.645 GHz ) ….………….…….…..74
圖4-7D　雙天線短路端左反射板2D輻射場型圖 ( 5.902 GHz ) ……………………… 74
圖4-7D　雙天線短路端左反射板2D輻射場型圖 ( 7.258 GHz ) ……………….………75
圖4-8A　雙天線短路端右反射板結構圖………………………………….………………76
圖4-8B　雙天線短路端右反射板返往損失圖…………………………….………………77
圖4-8C　雙天線短路端左反射板電流分佈圖…………………………….………………77
圖4-8D　雙天線短路端左反射2D輻射場型圖 ( 5 GHz ) …………….……….…….…78
圖4-8D　雙天線短路端左反射2D輻射場型圖 ( 5.7 GHz )…………………………… 78
圖4-8D　雙天線短路端左反射板返往損失圖 ( 5.8 GHz )……….…….………….….…79
圖4-9A　雙天線短路端雙反射板結構圖……………………………….…………………80
圖4-9B　雙天線短路端雙反射板返往損失圖………………….……………….…………81
圖4-9C 雙天線短路端雙反射板史密斯圖…………………………….…….……………81
圖4-9C　雙天線短路端雙反射板電流分佈圖………………………….….………………82
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 0.5 GHz ) ….……….…….………..82
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場圖型圖 ( 0.7 GHz ) ……. …… ….….…….83
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 0.8 GHz ) ….….………….…….….83
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場圖型圖 ( 0.9 GHz ) ……………….……….84
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 1.3 GHz ) ………….……………….84
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場圖型圖 ( 1.8 GHz ) ………….…………….85
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 1.9 GHz ) …………………….…….85
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場圖型圖 ( 2.1 GHz ) ………….…………….86
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 2.4 GHz ) ……….………………….86
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場圖型 ( 2.5 GHz ) ……….………….….…87
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 2.6 GHz ) …………………………..87
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 3.5 GHz ) ………….……………….88
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 5 GHz ) ……….……………………88
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 5.7 GHz ) ………….……………….89
圖4-9D　雙天線短路端雙反射板2D輻射場型圖 ( 5.8 GHz ) …………………….…….89
圖4-10 天線增益圖………………………………………………………………………..90

表 格 目 錄
頁次
表1-1 各代（G：GENERATION）系統比較表…………… ………………….………8
表1-2 主要4G技術比較表………………………………………………………………9
表2-1 電波在不同波長的頻率及名稱…………………….……..……………..………11
表3-1 無線通信應用頻段表………………………………………………..……………18
表3-2 天線結構尺寸代號表……………………………………………………..………21
表3-3 工作頻率表……………………………………………..…………………………37
表3-4 天線設計說明………………………………………………………… ………….42
表4-1 工作頻率表………………………………………..………………………………44
表4-2 天線結構尺寸代號表……………………………………………………..………48
表4-3 天線設計說明……………………………………………………………………..91

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