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研究生:魏百鴻
研究生(外文):Pai Hung Wei
論文名稱:噴墨列印雙偶極天線與寬頻高線性化疊接達靈頓功率放大器之設計
論文名稱(外文):Designs of Inkjet-Printed Dual-Dipole Antenna and Darlington Cascode Power Amplifier With High Linearity
指導教授:高瑄苓
指導教授(外文):S. L. Kao
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電子工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
論文頁數:80
中文關鍵詞:噴墨列印雙偶極天線疊接達靈頓
外文關鍵詞:Inkjet printingdual-dipole antennaDarlington cascode
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目錄
指導教授推薦書
論文口試委員會審定書
致謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 相關研究 3
1.2.1 軟性天線 3
1.2.2 疊接達靈頓功率放大器 14
1.3 論文大綱 22
第二章 噴墨列印雙偶極天線之設計 23
2.1天線架構與原理 23
2.1.1雙偶極天線設計 24
2.1.2指向雙偶極天線設計 30
2.2 雙偶極天線模擬與量測 34
2.2.1 雙偶極天線之特性 34
2.2.2 指向雙偶極天線之特性 37
2.3 彎曲對元件特性的影響 41
2.3.1彎曲雙偶極天線對特性之影響 42
2.3.2彎曲指向雙偶極天線對特性之影響 44
2.4天線特性之綜合比較 47
第三章 線性化疊接達靈頓功率放大器之設計 49
3.1 線性器設計與實現 49
3.2 電路架構與原理 52
3.3 電路模擬與量測結果 56
第四章 結論 64
參考文獻 66
表目錄
表1- 1 平坦及彎曲天線之輻射效率比較表 10
表2- 1 LCP數據表 23
表2- 2 銀薄膜數據表 23
表2- 3 雙偶極天線模擬與量測比較表 37
表2- 4 指向雙偶極天線模擬與量測比較表 40
表3- 1 達靈頓功率放大器模擬與量測比較表 62
表3- 2 達靈頓功率放大器相關文獻比較表 63
圖目錄
圖1- 1 射頻前端系統示意圖 2
圖1- 2 共平面波導饋入單極天線照片 4
圖1- 3 共平面波導饋入單極天線模擬與量測結果 5
圖1- 4 單極天線之反射損耗 5
圖1- 5 單極天線25 GHz(左)與70 GHz(右)之增益模擬結果 6
圖1- 6 複層耦合貼片天線陣列架構與照片 7
圖1- 7 複層耦合貼面天線陣列之反射損耗 7
圖1- 8 複層耦合貼面天線陣列之增益 7
圖1- 9 複層耦合貼面天線陣列之場型 8
圖1- 10 不同曲率之開槽式天線(a) 20° (a) 40° (a) 60° 9
圖1- 11 平坦及彎曲開槽式天線之反射損耗模擬結果 9
圖1- 12 平坦及彎曲開槽式天線增益模擬結果 10
圖1- 13 領結型天線架構圖 11
圖1- 14 領結型天線之反射損耗(a)曲率<20° (b)曲率20°~90° 11
圖1- 15 領結型天線之H平面場型(a)曲率<20° (b)曲率20°~90° 12
圖1- 16 蜿蜒單極天線架構及各種彎曲照片 13
圖1- 17 蜿蜒單極天線之反射損耗 13
圖1- 18 彎折與捲曲蜿蜒單極天線之反射損耗 13
圖1- 19 蜿蜒單極天線之場型 14
圖1- 20 (a)傳統達靈頓與(b)疊接達靈頓示意圖 15
圖1- 21 傳統與疊接達靈頓之IP3比較圖 15
圖1- 22 傳統與疊接達靈頓之S參數比較圖 16
圖1- 23 GaN-SiC疊接達靈頓架構 16
圖1- 24 GaN-SiC疊接達靈頓之S參數 17
圖1- 25 GaN-SiC傳統與疊接達靈頓之OIP3 17
圖1- 26 GaN-SiC傳統與疊接達靈頓之OP1dB 17
圖1- 27 CMOS疊接達靈頓功率放大器架構圖 18
圖1- 28 CMOS疊接達靈頓功率放大器之S參數 19
圖1- 29 CMOS疊接達靈頓功率放大器之功率特性 19
圖1- 30 阻抗轉換器疊接達靈頓功率放大器架構圖 20
圖1- 31 阻抗轉換器疊接達靈頓功率之S參數 20
圖1- 32 阻抗轉換器疊接達靈頓功率之功率特性 21
圖2- 1 (a)雙偶極天線(b)扇形結構之示意圖與參數 25
圖2- 2 巴倫濾波器示意圖及參數 26
圖2- 3 巴倫濾波器之相位與相位差模擬結果 27
圖2- 4 在(a)低頻及(b)高頻響應之傳輸線模型 28
圖2- 5 (a) 25 GHz (b) 27.5 GHz (b) 29 GHz (b) 30 GHz之電流分佈 29
圖2- 6 (a) 24 GHz (b) 35 GHz之電流分佈 29
圖2- 7 (a)指向雙偶極天線,及(b)扇形結構之示意圖與參數 31
圖2- 8 (a) 25 GHz, (b) 28 GHz, (c) 29 GHz,及(d) 30 GHz之電流分佈 32
圖2- 9 (a) 24 GHz ,及(b) 35 GHz之電流分佈 33
圖2- 10 (a)雙偶極天線及(b)巴倫濾波器元件圖 34
圖2- 11 駐波比及增益之模擬與量測結果 35
圖2- 12 yx平面輻射場型之模擬與量測結果(27.5 GHz) 36
圖2- 13 zx平面輻射場型之模擬與量測結果(27.5 GHz) 36
圖2- 14 (a)指向雙偶極天線及(b)巴倫濾波器元件圖 37
圖2- 15 駐波比及增益之模擬與量測結果 38
圖2- 16 yx平面輻射場型之模擬與量測結果(28 GHz) 39
圖2- 17 zx平面輻射場型之模擬與量測結果(28 GHz) 39
圖2- 18 模擬天線彎曲圖 41
圖2- 19 彎曲天線之照片 42
圖2- 20 彎曲天線之駐波比與增益 43
圖2- 21 彎曲天線在yx平面之輻射場型(27.5 GHz) 43
圖2- 22 彎曲天線在zx平面之輻射場型(27.5 GHz) 44
圖2- 23 彎曲指向天線之駐波比與增益 45
圖2- 24 彎曲指向天線在yx平面之輻射場型(28 GHz) 45
圖2- 25 彎曲指向天線在zx平面之輻射場型(28 GHz) 46
圖2- 26 有無指向器天線在彎曲前後之駐波比與增益 48
圖2- 27 Gain(w/ director-w/o director)與Gain(Flat-Bent’n (d=0.8 cm))之於頻率作圖 48
圖3- 1 前置失真技術示意圖 50
圖3- 2 前置失真架構(線性器) 51
圖3- 3 疊接達靈頓功率放大器架構圖 53
圖3- 4 (a) HEMT元件之寄生效應 (b) 電晶體M1之閘極電壓 54
圖3- 5 頻帶內有無M2之OIP3比較 55
圖3- 6 有無M2之IMD3比較(10 GHz) 55
圖3- 7 S參數模擬與量測結果 58
圖3- 8 P1dB量測結果(10 GHz) 58
圖3- 9 OIP3量測結果(10 GHz) 59
圖3- 10 IMD3量測結果(10 GHz) 59
圖3- 11 不同VG2之P1dB量測結果 60
圖3- 12 不同VG2之OIP3量測結果 60
圖3- 13 功率放大器之電路照片 61
圖3- 14 功率放大器之晶片照片 61

參考文獻
[1] 卓政霖, " 利用噴墨印刷技術製作帶通濾波器於液晶高分子聚合物基板," 長庚大學電子工程研究所碩士論文 2013.
[2] A. Rida, L. Yang, T. Reynolds, E. Tan, S. Nikolaou and M. M. Tentzeris, " Inkjet-Printing UHF antenna for RFID and sensing applications on liquid crystal polymer," in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009, pp. 1-4.
[3] G. Shaker, M. Tentzeris, and S. Safavi-Naeini, " Low-cost antennas for mm-wave sensing applications using inkjet printing of silver nano-particles on liquid crystal polymers," in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2010, pp. 1-4.
[4] B. S. Cook, B. Tehrani, J. R. Cooper, and M. M. Tentzeris, "Multilayer inkjet printing of millimeter-wave proximity-fed patch arrays on flexible substrates," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, 2013, pp. 1351-1354.
[5] M. S. Mahmud , and F. J. J. Jabri, " Wideband microstrip patch antenna for WLAN and WiMAX applications on liquid crystal polymer substrate," in International Conference on Informatics, Electronics &; Vision , 2013, pp.1-4.
[6] L. Marnat , and A. Shamim, " Liquid crystal polymer (LCP) based antenna for flexible system on package (SoP) applications," in 15th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics , 2012, pp.1-4.
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[8] Kevin W. Kobayashi, " Linearized Darlington cascode amplifier employing GaAs PHEMT and GaN HEMT technologies," in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 42, no. 10, pp. 2116-2122, Oct. 2007.
[9] Kevin W. Kobayashi, *YaoChung Chen, *Ioulia Smorchkova, *Roger Tsai, *Mike Wojtowicz, and *Aaron Oki, " 1-watt conventional and cascoded GaN-SiC Darlington MMIC amplifiers to 18 GHz," in IEEE Ratio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, pp. 585-588, 2007.
[10] Pin-Cheng Huang, Kun-You Lin, and Huei Wang, " A 4-17 GHz Darlington cascode broadband medium power amplifier in 0.18-µm CMOS technology," in IEEE Microwave AND Wireless Components Letters, vol. 20, no. 1, pp. 43-45, Jan. 2010.
[11] Chin-Wei Kuo, Hwann-Kaeo Chiou, and Hua-Yen Chung, " An 18 to 33 GHz fully-integrated Darlington power amplifier with Guanella-type transmission-line transformers in 0.18 µm CMOS technology," in IEEE Microwave AND Wireless Components Letters, vol. 23, no. 12, pp. 668-670, Dec. 2013.
[12] C. M. Tsai, S. Y. Lee, and C. C. Tsai, " Performance of a planar filter using a 0 feed structure," in IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, no. 10, pp. 2362-2367, Oct. 2002.
[13] X. Y. Zhang and Q. Xue, " Harmonic-suppressed bandpass filter based on discriminating coupling," in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.19. no.11, pp.695-697, Nov, 2009.
[14] Sangwon Ko and Jenshan Lin, " A novel linearizer and a fully integrated CMOS power amplifier," in IEEE Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference, pp. 144-147, Dec. 2006.
[15] Huang, Hong-Yeh Chang, and Yi-Jen Chan, " A linearity improved GaAs pHEMT power amplifier using common-gate/ common-source circuit topology," in IEEE Proceedings of the 39th European Microwave Conference, pp. 1844-1847, Sept. 29 2009-Oct. 1 2009.
[16] 蔡翊翔, " 微波功率放大器線性度改善研究," 國立中央大學電機工程所碩士論文 2010.

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