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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張志豪
研究生(外文):Chih-Hao Chang
論文名稱:接地面及相位中心對LPDA天線因子的影響之研究
論文名稱(外文):A Study of the Effects of the Ground Plane and the Phase Center on the LPDA Antenna Factor
指導教授:林根煌林根煌引用關係
指導教授(外文):Ken-Huang Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:通訊工程研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:對數週期耦極陣列天線接地面天線因子相位中心
外文關鍵詞:LPDA (Log-Periodic Dipole Array Antenna)Antenna FactorGround PlanePhase Center
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摘要

衡量一個合格的空曠測試場環境(OATS)必須建立在正規化場衰(NSA)的量測上,其目的是爲了消除天線因子(AF)的影響,而天線的AF一般皆由廠商所提供,其AF的校正大部分採用標準場方法(SSM),且大多引用10m所校正的結果。然而實際上AF會隨量測條件的不同而有所差異,因此進行NSA量測時必定會造成誤差。而且現行輻射型電磁相容量測,大多採用寬頻天線,然而LPDA是最為廣泛使用的天線之一,但廠商所提供的AF,未考慮到LPDA相位中心隨頻率變化以及輻射場型不同於短偶極所造成的誤差,因此本篇論文將著重於這兩部分來做探討。

本文係尋找LPDA天線之相位中心的偏移位置,進而採用相位中心的平均偏移修正量來改善天線因子,從數值模擬的結果顯示,這樣的安排確實有得到良好的修正效果;另外在考慮有接地面的情況下,利用相位中心與場型的匹配技巧(PCPM)來修正在不同量測條件下所造成的天線因子誤差,從模擬與實際量測結果顯示,可以明顯改善SSM方法之AF差異。此外,LPDA與接地面間的互耦問題也做了詳細的討論,以釐清LPDA天線與鏡像天線間的耦合量對天線因子的影響,從模擬結果顯示影響不大。
Abstract

Whether an Open Area Test Site (OATS) is qualified is based on the Normalized Site Attenuation (NSA). The purpose is to eliminate the influence of Antenna Factor (AF). Usually the AF provided by the manufacturer adopts the Standard Site Method (SSM) and is quoted from measurements at a 10-m range. In practice, the AF varies with the measurement conditions. This uncertainly will translate into error in NSA measurements. Currently radiated electromagnetic interference measurement mostly adopts the broadband antennas, and LPDA is one of the antennas used extensively. However, the AF provided by the manufacturer does not consider shifts in the phase center of LPDA with frequency. In the meantime the radiation pattern of LPDA is different from that of a short dipole. The investigation of this thesis will focus on these two parts.

In determining the phase center of LPDA antenna we adopt the average shift of phase center to improve the AF. The numerical simulation results show that such an arrangement can result in improvement. We also use the method of PCPM (Phase Center and Pattern Matching) to modify the AF under different conditions of measurement when a ground plane is present. Our study, by using the numerical simulation and measurement, shows that this indeed improves the variation of AF over that obtained by SSM. In addition, efforts are also made to have a detailed discussion in mutually coupling effects between the LPDA antenna and the ground plane, in order to distinguish the impact on AF due to the coupling of the LPDA antenna and its image. Our numerical simulation results indicate that it does not have a significant effect.
目錄
致謝 I
摘要(中文) III
摘要(英文) IV
目錄 V
圖表目錄 VI

第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法 2

第二章 接地面對LPDA天線因子的影響 3
2.1 非均勻場的影響 3
2.2 天線因子的計算 7
2.3 天線與接地面間的互耦問題 8

第三章 相位中心對LPDA天線因子的影響 12
3.1 相位中心 12
3.2 LPDA的相位中心 13
3.3 尋找相位中心的方法 15
3.4 決定LPDA的相位中心 17
3.5 在自由空間中應用相位中心修正天線因子 26
3.6 在完美導體接地面應用相位中心修正天線因子 28

第四章 相位中心與輻射場型對LPDA天線因子的影響 34
4.1 數學模型的推導 34
4.1.1自由空間的遠場(Far-field)電場表示式 34
4.1.2 NSA標準值的表示式 41
4.2 相位中心與場型匹配方法 42
4.3 模擬結果 47
4.4 實際量測結果 55

第五章 結論 62

參考文獻 64

附錄一 65
圖表目錄
圖:
圖2.1 計算遠距離d 處之均勻場的概念圖 3
圖2.2 在不同距離下的場均勻程度 4
圖2.3 影像定理 4
圖2.4 排除鏡像LPDA接收天線的顯示圖 5
圖2.5 排除接收天線與接地面間耦合量所計算出的天線因子 6
圖2.6 接收天線示意圖 7
圖2.7 水平極化LPDA天線的反射係數變化量 9
圖2.8 計算距離100m處的天線因子概念圖 .9
圖2.9 水平極化LPDA天線與接地面間的耦合量 10
圖2.10 鉛直極化LPDA天線與接地面間的耦合量 11

圖3.1 對數週期偶極陣列天線的輻射區域顯示圖 13
圖3.2 對數週期偶極陣列天線的電流振幅圖 14
圖3.3 直角座標系統概念圖 15
圖3.4 LPDA輻射場的觀察圓 18
圖3.5 相位中心偏移位置的比較圖 18
圖3.6 經平均修正後的相位中心位置 23
圖3.7 沿著LPDA偶極元件中心點的電流分佈(200MHz-500MHz) 24
圖3.8 沿著LPDA偶極元件中心點的電流分佈(600MHz-1000MHz) 24
圖3.9 相位中心平均修正後所計算出來的天線因子 26
圖3.10各觀察點所推算出相位中心經修正後的天線因子 27
圖3.11決定天線因子的幾何結構圖 28
圖3.12使用標準場方法決定天線因子 29
圖3.13在標準場方法中經由相位中心修正後的天線因子 29
圖3.14頻率為200MH時相位中心隨高度變動的顯示圖 31
圖3.15頻率為1000MH時相位中心隨高度變動的顯示圖 31
圖3.16(a) LPDA天線的輻射場型(f=200MHz-500MHz) 33
圖3.16(b) LPDA天線的輻射場型(f=600MHz-1000MHz) 33

圖4.1 水平極化天線之電場傳播模型 36
圖4.2 鉛直極化天線之電場傳播模型 36
圖4.3 發射天線之等效電路圖 38
圖4.4 接收天線之等效電路圖 38
圖4.5 LPDA天線的接收電場之計算模型 43
圖4.6(a) 各模態的電場大小之正規化比較圖(200MHz) 48
圖4-6(b) 各模態的電場大小之正規化比較圖(300MHz) 48
圖4-6(c) 各模態的電場大小之正規化比較圖(500MHz) 49
圖4-6(d) 各模態的電場大小之正規化比較圖(800MHz) 49
圖4-7(a) 各模態的電場相位之正規化比較圖(200MHz) 50
圖4-7(b) 各模態的電場相位之正規化比較圖(300MHz) 50
圖4-7(c) 各模態的電場相位之正規化比較圖(500MHz) 51
圖4-7(d) 各模態的電場相位之正規化比較圖(800MHz) 51
圖4-8 各量測條件下的相位中心偏移位置比較圖 53
圖4-9 PCPM方法所推算之LPDA天線的天線因子 54
圖4-10 天線因子之最大差異值比較 54
圖4-11 各模態的電場正規化之量測值(f=200MHz) 56
圖4-12 各模態的電場正規化之量測值(f=800MHz) 57
圖4-13 使用SSM方法求得之天線因子(量測值) 57
圖4-14 使用PCPM方法所推算之天線因子(量測值) 58
圖4-15天線因子之最大差異值比較(量測值) 58
圖4-16水平極化,h1=1m,R=10m之NSA 60
圖4-17水平極化,h1=2m,R=10m之NSA 60
圖4-18水平極化,h1=1m,R=3m之NSA 61
圖4-19水平極化,h1=2m,R=3m之NSA 61

附圖1. 利用不同的天線量測場衰減量以決定天線因子( 維持固定, 可升降)
66

表:
表3-1 在觀察範圍內的相位中心值(一) 20
表3-1 在觀察範圍內的相位中心值(二) 21
表3-1 在觀察範圍內的相位中心值(三) 22
表3-1 在觀察範圍內的相位中心值(四) 23
表4.1 PCPM之n與R值 52
參考文獻
[1]陳志豪, “近場與耦合對正規化場衰減量的效應之研究,”中山大學電機工程研究所碩士論文,中華民國八十八年
[2]李智傑,“電磁相容之對數週期偶極天線之研製,” 中山大學電機工程研究所碩士論文,中華民國九十一年
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[5]Clayton R. Paul, “Introduction to Electromagnetic Compatibility,” A Wiley-Interscience Publication ,1992.
[6]Z. Chen and M.D. Foegelle, “A numerical investigation of ground plane effects on biconical antenna factor”, IEEE International Symposium EMC, 1998, pp.802-806.
[7]D. M. Pozar, Microwave Engineering, New York, John Wiley and Sons,1998
[8]C.A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, 2nd ed., John Wiley & Sons, 1997
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[11]Z. Chen, M. Foegelle, and T. Harrington, “Analysis of log periodic dipole array antennas for site validation and radiated emissions testing,” IEEE International Symposium EMC, 1999
[12]A. A. Smith, Jr., R. F. German, and J. B. Pate, “Calculation of site attenuation from antenna factors,” pp. 257-263, IEEE Trans. Electromagn. Compat.,vol. EMC-24, pp. 301-316, Aug. 1982.
[13]Z. Chen and M. Foegelle, “An improved method for determining normalized site attenuation using log periodic dipole arrays,” IEEE International Symposium EMC, 2000, pp.511-516
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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