臺灣博碩士論文加值系統

本論文藉由週期性結構理論亦稱為電磁能帶隙結構(Electro-Magnetic Band-Gap ,EBG)，因它具有抑制表面波與反射相位同相的特性，目前EBG之應用主要係針對天線增益與效能之改善，而我們則依據抑制表面波的原理設計出一帶拒濾波器，在此針對常用在無線區域網路頻(WirelessLAN,WLAN;2.4GHz~
2.483GHz)提出一個對應帶拒濾波器，本結構利用耦合懸置微帶線的方式來驗證實驗結果。
第一部分以設計週期性結構為主，根據諧振頻率計算公式，決定週期性結構的尺寸。再以CST（CST MICROWAVE STUDIO）電磁模擬套裝軟體，調整其電流路徑與幾何結構，使電路參數達到要求的共振頻率點以及產生較好的插入損耗值，並加以量測驗證。
第二部分是以傳統的環形微帶濾波器為依據，藉由第一部分所設計的週期性結構，結合兩者的帶拒特性，於濾波器電路面積保持不變的情形下，將濾波器饋入微帶線底下置入週期性結構，相較於沒有置入週期性結構時，相對頻寬可以由9%增加至21%。由此證實週期性結構除了能提高天線的增益之外，亦能夠與濾波器作有效益的結合。

This paper presents periodic structure theory is also known as electromagnetic energy band structure (Electro-Magnetic Band-Gap, EBG), because it can inhibit the surface wave in phase with the reflection phase characteristics, the current application mainly for the EBG antenna gain and Performance improvement, and we are based on the principle of inhibition of surface waves along the loop filter designed in this for the frequency band used in wireless local area network (Wireless LAN, WLAN; 2.4GHz ~ 2.483GHz) to propose a corresponding bandstop filter The structure of the coupled microstrip line mounting means to verify experimental results
The first part of the periodic structure to design the main resonant frequency according to the formula to determine the size of periodic structures. Then CST (CST MICROWAVE STUDIO) electromagnetic simulation software package, to adjust its current path and geometric structure of the circuit parameters to meet the requirements of the resonant frequencies and generate a better insertion loss values, and to measure and to verify.

Second part of the traditional microstrip ring filter as the basis for the design of the first part of the periodic structure, combined with the two notch features, the filter circuit area of the case remain the same, the filter is fed microstrip placed under periodic structure with a line, compared with no periodic structure into the relative bandwidth can be increased from 9% to 21%. Confirmed that in addition to this periodic structure can improve the gain of the antenna, the filter has to do with the combination of effective.

文字目錄
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
文字目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 章節概述 5
第二章 週期性結構原理 6
2.1 概述 6
2.2 週期性結構的型態 9
2.3 Floquet’s Theorem 分析週期性結構 11
2.4 頻率選擇面(Frequency selective surface,FSS) 15
2.5 懸置微帶線概述 19
第三章 週期性結構設計與分析 21
3.1 概述 21
3.2 基本單元結構參數 24
3.2.1 週期性結構隨槽孔L1大小變化分析 31
3.2.2 週期性結構隨L2大小變化分析 32
3.2.3 基板厚度對於傳輸係數之比較 34
3.2.4 調整L3與操作頻段變化 36
3.2.5 增加切角結構之模擬比較 37
3.2.6 實作與量測結果之比較分析 39
3.3 藉由挖槽改善插入損耗 41
3.3.1 微帶線平移模擬分析 45
3.3.2 模擬與量測分析 51
第四章 濾波器整合週期性結構之應用特性分析 53
4.1 濾波器概述 53
4.2 環型共振器之討論分析 58
4.2.1 共振器電路理論 58
4.2.2 耦合線段理論 59
4.3 帶拒濾波器設計 63
4.4 模擬與量測分析 65
4.5 週期性結構應用於帶拒濾波器 67
4.6 模擬與實測數據分析 74
第五章 總結與未來研究方向 76
5.1 總結 76
5.2 未來研究方向 78
參考文獻 79

























圖目錄
圖 1.1超穎材料示意圖 2
圖2. 1布拉格散射圖 6
圖2. 2幾何結構示意圖 9
圖2. 3二維與三維週期性結構實體圖 10
圖2. 4常見的週期性結構型式 10
圖2. 5週期性結構示意圖 11
圖2. 6理想傳輸線模型 13
圖2. 7理想傳輸線之等效電路 13
圖2. 8週期性結構之等效電路 14
圖2. 9 (a) 槽孔型式 (b) 貼片型式 16
圖2. 10(a)金屬貼片型濾波示意圖(b)挖槽型濾波示意圖[4] 16
圖2. 11(a)無限長金屬條等效電路(b) 產生LC 諧振週期性排列等效電路圖[9] 18
圖2. 12懸置微帶線切面示意圖 19
圖3. 1崎嶇不平的金屬薄片 （a）金屬貼片表面電場 21
（ｂ）金屬貼片之間電場 21
圖3. 2褶皺型的表面結構 22
圖3. 3兩層高阻抗表面剖面圖 22
圖3. 4週期性結構俯視圖 23
圖3. 5單元參數示意圖 24
圖3. 6週期性結構對應之電感參數示意圖 25
圖3. 7基本參數結構示意圖 26
圖3. 8週期性結構整體電路圖 28
圖3. 9 週期性結構側面示意圖 28
圖3. 10週期性結構單一元件電路圖 29
圖3. 11週期性結構L1尺寸傳輸係數圖 31
圖3. 12週期性結構L2尺寸傳輸係數圖 33
圖3. 14週期性結構基板厚度對於傳輸係數之比較 34
圖3. 15週期性結構L3尺寸傳輸係數圖 36
圖3. 16切角元件示意圖 37
圖3. 17利用切角形式的傳輸係數圖 37
圖3. 18 C字型週期性結構模擬與量測比較圖 39
圖3. 19 C字型週期性結構實體電路圖 40
圖3. 20改良後週期性結構側面示意圖 41
圖3. 21增加挖槽之週期性結構電路圖 42
圖3. 22於操作頻段範圍在WLAN(2.4GHz～2.483GHz) 42
之週期性結構參數 42
圖3. 23挖槽前後之週期性結構傳輸係數比較圖 43
圖3. 24 U1=0mm在f=2.4GHz之模擬表面電流分布 45
圖3. 25 U1=3.5mm、f=2.4GHz之模擬表面電流分布圖 46
圖3. 26微帶線往上偏移共振出的帶拒頻段之表面電流圖 48
圖3. 27模擬懸置微帶線偏移之S21傳輸係數圖(向上平移3mm) 49
圖3. 28模擬懸置微帶線偏移之S21傳輸係數圖(向上平移5mm) 49
圖3. 29模擬懸置微帶線偏移之S21傳輸係數圖(向上平移7mm) 50
圖3. 30模擬懸置微帶線偏移之S21傳輸係數圖(向上平移9mm) 50
圖3. 31週期性結構電路模擬與量測比較圖 52
圖3. 32週期性結構濾波器實體圖 52
圖4. 7濾波器種類簡介 56
圖4. 8帯通濾波器頻率響應圖 57
圖4. 9低通濾波器頻率響應類型 57
圖4. 10並聯傳輸線之電路圖 59
圖4. 11並聯傳輸線結構奇模等效電路圖 60
圖4. 13並聯傳輸線結構之偶模等效電路 60
圖4. 14環型濾波器結構側面示意圖 63
圖4. 15操作頻段範圍在WLAN(2.4GHz～2.483GHz) 64
之環型濾波器結構圖 64
圖4. 16模擬與實測之反射係數圖 65
圖4. 17模擬與實測之傳輸係數圖 65
圖4. 20環形微帶濾波器實體圖 66
圖4. 21三種週期性結構圖 68
圖4. 22三種週期性結構置入濾波器下方之插入損耗圖 68
圖4. 23 濾波器上方置入週期性結構之模擬圖 69
圖4. 24 濾波器上方置入週期性結構之插入損耗圖 69
圖4. 25 環型濾波器下方置入週期性結構之模擬圖 70
圖4. 26週期性結構置入環型濾波器之側面結構圖 70
圖4. 27週期性結構置入環型濾波器穿之透係數模擬圖 71
圖4. 28模擬週期性結構於濾波器中擺置元件變化之傳輸係數圖 72
圖4. 29模擬週期性結構於濾波器中擺置元件變化之傳輸係數圖 73
圖4. 30模擬週期性結構於濾波器中擺置元件變化之傳輸係數圖 73
圖4. 31 週期性結構與濾波器結合之模擬與量測傳輸係數比較圖 74
圖4. 32週期性結構置入環形微帶濾波器實體圖 75

表目錄
表 1.1各操作頻段應用範圍 4
表3. 1於操作頻段範圍在WLAN(2.4GHz～2.48GHz)的週期性結構參數 29
表3. 3週期性結構L1尺寸參數比較表 32
表3. 13 週期性結構L2尺寸參數比較表 33
表3. 4週期性結構基板厚度對於傳輸係數之比較 35
表3. 6週期性結構L3尺寸傳輸係數表 36
表3. 8週期性結構截角參數比較表 38
表3. 9增加挖槽後週期性結構尺寸參數 43
表3. 10週期性結構挖槽U尺寸參數比較表 44
表4. 1帶拒濾波器電路參數 63
表4. 2環型濾波器結構參數表 64
表4. 3週期性結構置入環型濾波器之模擬數據表 71
表5. 1影響週期性結構共振頻率因素表 77

[1] Johnson,s.g. and joannopoulos, J.D,PHOTONIC CRYSTALA: The Road from Theory to Practice ;Kluwer Academic Publishers Boston,2003.
[2] Veselago, “The electrodynamics of substances with Sim-
[3] ultaneously negative values of ε and μ,” Sov. Phys. Usp. 10 (4): 509-14. 1968
[4] Munk. B. A, “Frequency selective surface Theory and Design” ,John Wiley &sons.Inc.,2000.
[5] Amjadi. S. M, Soleimani. M, “A Novel Compact MNGV-AMC Structure for Low Frequency Band Mobile Communications,” Small and Smart Antennas Metamaterials and Applications, pp.392-395, 2007.
[6] Hosseini, M, “Design of novel AMC with little sensitivity to the angle of incidence and very compact size,” IEEE Antennas and propagation Society International Symposium, pp.1939-1942, 2006.
[7] Kun-Hsien Lin; Yu-Feng Yeh; Ken-Huang Lin; Chun-Yih Wu; Hung-Hsuan Lin; , "A novel planar LHM radome for microstrip antenna," Antennas and Propagation Society International Symposium, 2008. AP-S 2008. IEEE , vol., no., pp.1-4, 5-11 July 2008
[8] Qun Wu; Fan-Yi Meng; Ming-Feng Wu; Jian Wu; Le-Wei Li; , "Design of planar LHM with broad bandwidth and miniaturized cell," Antennas and Propagation Society International Symposium 2006, IEEE , vol., no., pp.487-490, 9-14 July 2006
[9] Christophe Caloz, Tatsuo Itoh, “Electromagnetic Metamaterials” Transmission Line Theory and Microwave Applications,” John Wiley and Sons, November 2005
[10] M. Y. Fan, R. Hu, Z. H. Feng, X. X. Zhang, and Q. Hao, “Advance in 2D-EBG research,” J. Infrared Millim. Waves, vol. 22, no. 2, 2003.
[11] Costa, F.; Monorchio, A.; Manara, G.; , "Analysis and Design of Ultra Thin Electromagnetic Absorbers Comprising Resistively Loaded High Impedance Surfaces," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on , vol.58, no.5, pp.1551-1558, May 2010

[12] Gnanagurunathan, G.; Udofia, U.G.; , "Performance analysis of the mushroom-like-EBG structure integrated with a microstrip patch antenna," Applied Electromagnetics (APACE), 2010 IEEE Asia-Pacific Conference on , vol., no., pp.1-5, 9-11 Nov. 2010
[13] Eugenio Oñate, "Structural Analysis with the Finite Element Method. Linear Statics: Volume 1: Basis and Solids" Springer
,2009
[14] Pramanick,P., and P.Bhartia. CAD Models for Millimeter-Wave Finlines and Suspended-Substrate Microstrip Lines. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol.MTT-33, Dec.1985, pp.1429-1435
[15] Barone,S.R.; Narcowich,M.A.; Narcowich,F.J “Floquet theory and applications”
Physical Review A (General Physics), Volume 15, Issue 3, March 1977,pp.1109-11
[16] 潘小丹,EBG結構在微波系統中的發展及其應用,中國傳媒大學資訊工程北京學院
[17] E.Yablonovitch, Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronic, Phys. Rev. Lett., 58-20(1987), p2059~p2062
[18] Jia-Shen G. Hong , M. J. Lancaster,“Microstrip Filters for RF/Microwave Applications” A WILEY-INTERSCIENCE PUBLICATION JOHN WILEY & SONS, INC.
[19] Kai Chang, Microwave Ring Circuits and Antenna, 1996. New York, 2001.
[20] 育英科技有限公司編著，射頻電路設計實習，滄海書局，2001
[21] David M. Pozar, Microwave.3red ed Engineering,Wiley,2006.
[22] Masri, T.; Rahim, M.K.A.; Karim, M.N.A.; , "A Novel 2D Minkowski Gasket Electromagnetic Band Gap Structure for Multiband Microstrip Antenna," Antennas and Propagation, 2007. EuCAP 2007. The Second European Conference on , vol., no., pp.1-4, 11-16 Nov. 2007
[23] Fan Yang; Rahmat-Samii, Y.;, "Polarization dependent electromagnetic band-gap surfaces: characterization, designs, and applications," Antennas and Propagation Society International Symposium, 2003. IEEE , vol.3, 22-27 June 2003
[24] Ahn, D.; Park, J.-S.; Kim, C.-S.; Kim, J.; Qian, Y.; Itoh, T.; , "A design of the low-pass filter using the novel microstrip defected ground structure," Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on , vol.49, no.1, pp.86-93, Jan 2001
[25] Sievenpiper, D.; Lijun Zhang; Broas, R.F.J.; Alexopolous, N.G.; Yablonovitch, E.; , "High-impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band," Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on , vol.47, no.11, pp.2059-2074, Nov 1999