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研究生:林鴻宇
研究生(外文):Hung Yu Lin
論文名稱:合成式右手╱左手傳輸線雙頻3dB(90°)直交分合波器
論文名稱(外文):Dual-Band Quadrature Hybrid Using Composite Right/Left-Handed Transmission Lines
指導教授:鄭瑞清
指導教授(外文):J.C.Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電子工程學研究所
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:2008
畢業學年度:96
論文頁數:96
中文關鍵詞:合成式右左手傳輸線合分波器共振器雙頻
外文關鍵詞:CRLHHybridResonatorDual Band
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本篇論文主要目的是利用合成式右左手傳輸線的觀念,在任意設定的兩個頻率下達到雙頻的效果,並設計出符合此雙頻的3dB(90°)直交分合波器

論文的第一個研究重點是介紹超穎材質和左手系物質,並敘述平衡和非平衡的合成式左右手傳輸線原理。

論文的第二個重點是講解使用電容電感的疊接來趨近合成式右左手傳輸線的特性。並說明如何利用相位延遲以達成頻率偏移的雙頻效果。最後設計雙頻四分之一波長短路共振電路驗證之。

論文的第三個重點是套用合成式平衡左右手傳輸線原理於不同電路型式的3dB(90°)直交分合波器,達到所欲實現[1.8GHz,3.5GHz]的雙頻效果。其中包含電路設計流程,集總元件的的使用分析,以及各種模擬和實作的比較。
In this thesis , arbitrary dual-band quadrature (90°) hybrids using balanced composite right/left-handed transmission lines (CRLH TLs) are presented.

In the first part of this thesis, we introduce metamaterial and left-hand material . Then we present the concept of CRLH TLs in balanced and unbalanced forms.

In the second part of this thesis, we use ladders of capacitors and inductors to approximate the characteristics of CRLH TLs. And, we explain how arbitrary dual-band operation is achieved by the frequency offset and phase slope of CRLH TLs. Dual-band quarter wavelength short-circuited stub resonator using CRLH TLs are also demonstrated.

In the third part of this thesis, we design different types of dual-band quadrature (90°) hybrids by using CRLH TLs . The theory of hybrids , the synthesis procedure , and all implementations are also demonstrated by both simulated and measured results.
指導教授推薦書
口試委員審定書
授權書iii
誌謝iv
中文摘要v
英文摘要vi
目錄vii
圖目錄ix
表目錄 xiii
第一章 序論
1.1 研究動機1
1.2 超穎材質與左手系物質1
1.3 合成式右左手傳輸線原理2
1.4 合成式平衡右左手傳輸線4
1.5 3dB(90°)直交分合波器5
1.6 論文章節概要6
第二章 合成式右左手傳輸線雙頻元件原理
2.1 前言12
2.2 LC疊接合成式右左手傳輸線 12
2.3 傳輸線共振器16
2.4 四分之一波長雙頻傳輸線共振器18
2.5負四分之一波長雙頻傳輸線共振器24
第三章 雙頻合成式右左手傳輸線3dB(90°)直交分合波器
3.1前言 41
3.2單頻四分之一波長3dB(90°)直交分合波器41
3.3單頻八分之一波長3dB(90°)直交分合波器43
3.4八分之一波長不同雙頻3dB(90°)直交分合波器45
3.5負八分之一波長不同雙頻3dB(90°)直交分合波器52
3.6 結果與討論57
3.7 截止頻率和階數N的探討58
第四章 結論 78
參考文獻79
圖目錄

圖1.1 自然界物質特性圖7
圖 1.2 右手系物質等效電路圖 7
圖1.3 左手系物質等效電路圖8
圖1.4 合成式右左手系物質等效電路圖8
圖1.5 右手系傳輸線色散圖9
圖1.6 左手系傳輸線色散圖9
圖1.7 非平衡式右左手傳輸線色散圖10
圖1.8 合成式平衡右左手系物質等效電路圖10
圖1.9 平衡式右左手傳輸線色散圖11
圖2.1 週期性步階LC CRLH示意圖 29
圖2.2 LC製成的單位長度非平衡式CRLH TL 29
圖2.3 LC製成的單位長度平衡式CRLH TL 30
圖2.4 理想CRLH TL等效模型圖30
圖2.5 基本傳輸線共振器31
圖2.6 右手傳輸線特性圖31
圖2.7 短路四分之一波長共振器32
圖2.8 短路四分之一波長共振器頻率響應圖32
圖2.9 CRLH 傳輸線相位圖33
圖2.10 CRLH四分之一波長模擬電路圖33
圖2.11 CRLH四分之一波長理想值與實際值模擬比較圖34
圖2.12 CRLH四分之一波長模擬相位和相位差圖34
圖2.13 CRLH四分之一波長模擬電路圖(Model前後比較) 35
圖2.14 CRLH四分之一波長模擬電路圖(校正前後比較) 35
圖2.15 CRLH四分之一波長共振器實作電路圖36
圖2.16 CRLH四分之一波長共振器模擬與實作比較36
圖2.17 四分之一波長不同N值比較37
圖2.18 負四分之一波長不同N值比較37
圖2.19 CRLH負四分之一波長非平衡電路比較38
圖2.20 CRLH負四分之一波長非平衡電路相位差38
圖2.21 CRLH負四分之一波長非平衡電路模擬圖39
圖2.22 CRLH負四分之一波長非平衡電路實作圖39
圖2.23 CRLH負四分之一波長非平衡電路實作量測 40
圖2.24 CRLH負四分之一波長非平衡電路模擬實作比較40
圖3.1 四分之一波長分枝線耦合器幾何圖 61
圖3.2 四分之一波長分枝線耦合器歸一化電路 61
圖3.3 四分之一波長分枝線偶模電路分析圖62
圖3.4 四分之一波長分枝線奇模電路分析圖62
圖3.5 八分之一波長3dB(90˚)直交分合波器圖63
圖3.6 八分之一波長3dB(90˚)直交分合波器偶模電路分析圖63
圖3.7 八分之一波長3dB(90˚)直交分合波器奇模電路分析圖64
圖3.8 八分之一波長 N=1 Hybrid電路圖64
圖3.9 八分之一波長N=1 理想Hybrid模擬散射參數圖65
圖3.10 八分之一波長N=1 理想Hybrid模擬相位圖65
圖3.11 八分之一波長電容電感代入模組66
圖3.12 串聯電容電感導納圖66
圖3.13 八分之一波長模擬Hybrid電路設計圖67
圖3.14 實作八分之一波長Hybrid電路模擬 67
圖3.15 實作八分之一波長Hybrid電路圖 68
圖3.16 實作八分之一波長Hybrid散射參數量測圖68
圖3.17 實作八分之一波長Hybrid相位量測圖69
圖3.18 負八分之一波長N=1 Hybrid電路69
圖3.19 負八分之一波長N=1 Hybrid電路模擬圖70
圖3.20 負八分之一波長N=2 Hybrid電路 70
圖3.21 負八分之一波長N=2 Hybrid電路模擬圖71
圖3.22 負八分之一波長N=2 Hybrid電路相位模擬圖71
圖3.23 負八分之一波長Hybrid代入實際數值造成的頻偏 72
圖3.24 負八分之一波長Hybrid代入模組造成的頻偏 72
圖3.25 並聯電容電感導納圖 73
圖3.26 實作負八分之一波長N=2 Hybrid電路模擬圖73
圖3.27 實作負八分之一波長N=2 Hybrid電路圖74
圖3.28 實作負八分之一波長N=2 Hybrid電路量測圖74
圖3.29 實作負八分之一波長N=2 Hybrid電路相位量測圖75
圖3.30 CRLH相位常數與頻率關係圖75
圖3.31 階梯式LC疊接示意圖76
圖3.32 CRLH相位常數與頻率關係圖(左手) 76
圖3.33 CRLH相位常數與頻率關係圖(右手) 77
表目錄
表2.1 四分之一波長共振器LC 理想值與實際值參數22
表2.2 四分之一波長共振器不同N值的參數表24
表2.3 負四分之一波長共振器不同N值的參數表26
表2.4 負四分之一波長共振器設計參數表(N=2)27
表2.5 負四分之一波長共振器實作參數表(N=2)27
表3.1 八分之一波長Hybrid不同N值參數表47
表3.2 八分之一波長Hybrid不同N值模擬結果48
表3.3 八分之一波長Hybrid LC理想值與實際值參數表48
表3.4 八分之一波長Hybrid設計流程之參數變化51
表3.5 八分之一波長Hybrid模擬與實作結果(1.8GHz)52
表3.6 八分之一波長Hybrid模擬與實作結果(3.5GHz)52
表3.7 負八分之一波長Hybrid不同N值參數表54
表3.8 負八分之一波長Hybrid設計流程之參數變化55
表3.9 負八分之一波長Hybrid模擬與實作結果(1.8GHz)56
表3.10 負八分之一波長Hybrid模擬與實作結果(3.5GHz)56
表3.11 不同型式之Hybrid比較57
參考文獻

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