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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳義聖
研究生(外文):I-Sheng Chen
論文名稱:適用於衛星廣播訊號中繼器的平板天線模組設計與實現
論文名稱(外文):A High Performance Design and Implementation of a Patch Antenna Module for a Satellite Radio Repeater
指導教授:陳明輝陳明輝引用關係
指導教授(外文):Ming-Huei Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:工程科技研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:109
中文關鍵詞:平板天線
外文關鍵詞:patch antenna
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微帶線平板天線主要特點是輕巧、製作方便且容易與後級電路結合,因此近來在使用上大幅增加。在本論文中遵循2.4GHz ISM頻段規範,以幾種常見的平板天線做2.45GHz天線設計與探討,並延伸設計衛星廣播訊號中繼器中繼訊號使用的兩款900MHz平板天線。另外並設計具有低電壓、低雜訊且高放大增益的二階低雜訊放大器(LNA),並將被動式天線與低雜訊放大器結合成一主動式天線模組。另外,本論文提出一種新型的900MHz天線,其-10dB的天線頻寬可達將近200MHz,涵蓋到衛星廣播訊號中繼器中繼訊號915MHz,天線增益則達到2dBi以上的效果。將此天線與低雜訊放大器結合後則在900MHz的天線增益能達到28dBi,且容易與後級電路結合。關於實驗上的結果與討論,都在論文中一一呈現。
Microstrip patch antennas are popular in recently because of its compactness and easy to fabricate. It is easy to integrate with other circuits. In this thesis, we design several conventional 2.4GHz patch antennas which are reported to fit with 2.4GHz ISM band system. And extend two 900MHz patch antennas which are designed for signal repeater relaying signal of Satellite Radio. For the low noise amplifier, it exhibits low voltage, low noise, and high gain. And then, we integrate the patch antenna and low noise amplifier into a active antenna module. In addition, a novel design of 900MHz active antenna module is developed. It shows the wideband frequency response is about 200MHz with return loss less than -10dB. It contains the signal repeater relaying signal of Satellite Radio at 915MHz. Moreover, the maximum antenna gain is larger than 2 dBi. In particular, we have obtained the total gain about 28 dBi in the 900MHz antenna which integrate with a low noise amplifier (LNA). The active antenna is easy to match and integrate with the RF fount end circuit. The reports of such experiments are presented in this thesis.
中文摘要………………………………………………………………….i
英文摘要…………………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………………...iii
目錄……………………………………………………………………...iv
表目錄…………………………………………………………………..vii
圖目錄…………………………………………………………………viii
第一章 緒論……………………………………………………………..1
1.1 簡介………………………………………………………………..1
1.2 研究動機…………………………………………………………..2
1.3 論文架構…………………………………………………………..3
第二章 衛星廣播訊號中繼器主動式天線模組原理…………………5
2.1 衛星廣播訊號中繼器基本原理…………………………………5
2.1.1 發射系統工作原理……………………………………………..8
2.1.2 接收系統工作原理……………………………………………...9
2.1.3 天線系統工作原理………………………………………………10
2.2 天線概述…………………………………………………………11
2.2.1 天線基本理論……………………………………………………12
2.2.2 平板天線概述……………………………………………………15
2.3 長方形貼片平板天線……………………………………………16
2.3.1 邊緣效應…………………………………………………………16
2.3.2 共振頻率…………………………………………………………17
2.3.3 設計步驟…………………………………………………………18
2.3.4 輸入阻抗…………………………………………………………19
2.4 平板式倒F型天線基本理論……………………………………22
2.5 槽孔型天線基本理論……………………………………………26
2.5.1 槽線………………………………………………………………26
2.5.2 槽形天線…………………………………………………………27
2.5.3 共面波導饋入的平面窄槽孔天線………………………………28
2.5.4 共平面波導饋入之優點…………………………………………30
2.6 低雜訊放大器設計原理…………………………………………31
第三章 主動式天線模組設計……………………………………….36
3.1 長方形貼片平板天線……………………………………………36
3.1.1 2.4GHz邊緣式饋入平板天線…………………………………37
3.1.2 2.4GHz嵌壁式饋入平板天線………………………………….41
3.2 2.4GHz倒F型平板天線………………………………….…44
3.3 2.4GHz 槽孔型平板天線…………………………………….…48
3.4 900MHz嵌壁式饋入平板天線……………………….…………52
3.5 900MHz樹枝型全向平板天線………………………………….55
3.6 低雜訊放大器設計………………………………………………59
3.6.1 LNA設計步驟…………………………………………………...60
3.6.2 2.4GHz LNA的最佳化設計……………………………………..61
3.6.3 900MHz LNA的最佳化設計……………………………………67
第四章 主動式天線模組量測與評估………………………………..69
4.1 主動式天線量測…………………………………………………69
4.2 主動式2.4GHz長方形貼片平板天線之量測與評估…………70
4.2.1 主動式2.4GHz邊緣饋入長方形貼片平板天線………………71
4.2.2 主動式2.4GHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線………………73
4.3 主動式2.4GHz倒F型平板天線之量測與評估………………76
4.4 主動式2.4GHz槽孔型平板天線之量測與評估………………..78
4.5 主動式900MHz嵌壁式饋入平板天線之量測與評估………….82
4.6 主動式900MHz樹枝型全向平板天線之量測與評估………….85
第五章 結論與未來展望....……………………………………………89
5.1 結論………………………………………………………………89
5.2 未來展望…………………………………………………………91
參考文獻………………………………………………………………..92

































表目錄
表2-1 衛星主要使用頻段……………………………………………..7
表3-1 2.4GHz的S-parameter表……………………………………….62
表4-1 四種2.4GHz主動式天線比較表………………………………82
表4-2 兩種900MHz主動式天線比較表………………………….…88














圖目錄
圖2-1 衛星圖……………………………………….………………….6
圖2-2 XM Radio系統的工作原理…………………....………………8
圖2-3 衛星廣播訊號中繼器系統之發射模組方塊圖………………..9
圖2-4 衛星廣播訊號中繼器系統之接收模組方塊圖………………10
圖2-5 天線反射係數圖……………...………………...……………..13
圖2-6 偶極天線2D輻射場形圖...…………………………………..14
圖2-7 貼片型平板天線……………………………………………....15
圖2-8 微帶線與電場線分布圖………………………………………17
圖2-9 平板天線上視圖……………………………………….……...18
圖2-10 長方形平板天線與等效電路圖………………………………19
圖2-11嵌壁式微帶線饋入平板天線…………………………………20
圖2-12 正規化輸入阻抗圖…………………………………….……...21
圖2-13 倒F型平板天線結構圖………………………………………22
圖2-14 傳輸線上的輸入阻抗變化圖…………………………………23
圖2-15 倒F型天線等效電路圖………………………………………24
圖2-16微帶線槽孔饋入結構圖……………………………………….28
圖2-17共平面波導饋入的基本結構圖……………………………….28
圖2-18共平面波導饋入的印刷窄槽孔天線結構圖………………….29
圖2-19共平面波導饋入之天線結構圖……………………………….29
圖2-20 LNA設計方塊圖………………………………………………31
圖2-21 條件穩定圈示意圖…………………………………………....34
圖2-22條件不穩定圈示意圖…………………………………………35
圖3-1 天線製作流程圖………………………………………………37
圖3-2 2.4GHz邊緣式饋入平板天線Layout圖…………………….38
圖3-3 2.4GHz邊緣式饋入平板天線模擬反射損耗圖…...…………39
圖3-4 2.4GHz邊緣式饋入平板天線量測反射損耗圖……………..39
圖3-5 2.4GHz邊緣式饋入平板天線場形模擬圖………...…………40
圖3-6 2.4GHz邊緣式饋入平板天線實體圖……………...…………41
圖3-7 2.4GHz嵌壁式饋入平板天線layout圖……….………….….41
圖3-8 2.4GHz嵌壁式饋入平板天線模擬反射損耗圖…...…………42
圖3-9 2.4GHz嵌壁式饋入平板天線量測反射損耗圖……...………43
圖3-10 2.4GHz嵌壁式饋入平板天線場形模擬圖……...……………43
圖3-11 2.4GHz嵌壁式饋入平板天線實體圖………...………………44
圖3-12 2.4GHz倒F型平板天線layout圖…………………………...45
圖3-13 2.4GHz倒F型平板天線模擬反射損耗圖……….…………..46
圖3-14 2.4GHz倒F型平板天線量測反射損耗圖……….…………..46
圖3-15 2.4GHz倒F型平板天線場形模擬圖…………………………47
圖3-16 2.4GHz倒F型平板天線實體圖………...…………………….48
圖3-17 2.4GHz槽孔型平板天線layout圖……...……………………49
圖3-18 2.4GHz槽孔型平板天線模擬反射損耗圖……...……………50
圖3-19 2.4GHz槽孔型平板天線量測反射損耗圖………...…………50
圖3-20 2.4GHz槽孔型平板天線場形模擬圖………...………………51
圖3-21 2.4GHz槽孔型平板天線實體圖………...……………………52
圖3-22 900MHz嵌壁式饋入平板天線layout圖……………………..52
圖3-23 900MHz嵌壁式饋入平板天線模擬反射損耗圖..……………53
圖3-24 900MHz嵌壁式饋入平板天線量測反射損耗圖..……………54
圖3-25 900MHz嵌壁式饋入平板天線場形模擬圖..…………………54
圖3-26 900MHz嵌壁式饋入平板天線實體圖..………………………55
圖3-27 900MHz樹枝型全向平板天線layout圖……………………...56
圖3-28 900MHz樹枝型全向平板天線模擬反射損耗圖..……………57
圖3-29 900MHz樹枝型全向平板天線量測反射損耗圖..……………57
圖3-30 900MHz樹枝型全向平板天線場形模擬圖……..……………58
圖3-31 900MHz樹枝型全向平板天線實體圖……..…………………58
圖3-32 LNA製作流程圖………………………………………………59
圖 3-33 直流分析電路圖………………………………………….…..62
圖3-34 輸入匹配電路的smith chart圖………………………………64
圖3-35 輸出匹配電路的smith chart圖………………………………65
圖3-36 2.4GHz LNA實體電路圖……………………………………...65
圖 3-37 2.4GHz LNA實際電路測試圖(By HP 8753ES)….…………..66
圖3-37 2.4GHz LNA Noise Figure測試圖…………………….……...66
圖3-39 900MHz LNA實體電路圖……………………………………..67
圖3-41 900MHz LNA實際電路測試圖(By HP 8753ES)…………......67
圖3-42 2.4GHz LNA Noise Figure測試圖…………………….............68
圖4-1 主動式天線增益量測示意圖…………………………………70
圖4-2 主動式2.4GHz邊緣饋入長方形貼片平板天線實體圖……...71
圖4-3 主動式2.4GHz邊緣饋入長方形貼片平板天線輸出阻抗量測
結果……………………………………………………………72
圖4-4 主動式2.4GHz邊緣饋入長方形貼片平板天線增益量測結果
…………………………………………………………………72
圖4-5 主動式2.4GHz邊緣饋入長方形貼片平板天線場形圖……..73
圖4-6 主動式2.4GHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線實體圖……..74
圖4-7 主動式2.4GHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線輸出阻抗量測
結果……………………………………………………………74
圖4-8 主動式2.4GHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線增益量測結果
………………………………………………………………..75
圖4-9 主動式2.4GHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線場形圖……..75
圖4-10 主動式2.4GHz倒F型平板天線實體圖……………………..76
圖4-11 主動式2.4GHz倒F型平板天線輸出阻抗量測結果…………77
圖4-12 主動式2.4GHz倒F型平板天線增益量測結果………………77
圖4-13 主動式2.4GHz倒F型平板天線場形圖………………………78
圖4-14 主動式2.4GHz槽孔型型平板天線實體圖…………………...79
圖4-15 主動式2.4GHz槽孔型平板天線輸出阻抗量測結果………...79
圖4-16 主動式2.4GHz槽孔型平板天線增益量測結果…………...…80
圖4-17 主動式2.4GHz槽孔型平板天線場形圖……...………………80
圖4-18 四種主動式2.4GHz平板天線增益比較圖……...……………81
圖4-19 主動式900MHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線.......……….82
圖4-20 主動式900MHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線輸出阻抗量測
結果..........................................................................................83
圖4-21 主動式900MHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線增益量測結果
..................................................................................................83
圖4-22 主動式900MHz嵌壁饋入長方形貼片平板天線場形圖........84
圖4-23 主動式900MHz樹枝型全向平板天線....................................85
圖4-24主動式900MHz樹枝型全向平板天線輸出阻抗量測結果.....85
圖4-25主動式900MHz樹枝型全向平板天線增益量測結果.............86
圖4-26主動式900MHz樹枝型全向平板天線場形圖.........................86
圖4-27 兩種900MHz主動式天線增益比較圖....................................87
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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