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研究生:蕭翔宇
研究生(外文):Siang-Yu Siao
論文名稱:於LTCC基板實現60GHz可切換極化微帶線平板天線
論文名稱(外文):Design of polarization switching microstrip patch antennas using LTCC for 60GHz
指導教授:盧信嘉
口試委員:馬自莊饒佩宗林怡成
口試日期:2013-07-01
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電信工程學研究所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:微帶線平板天線(microstrip patch antenna)極化切換(polarization switching)低溫共燒陶瓷(low temperature co-fired ceramicsLTCC)V頻段(V band57-66GHz)
外文關鍵詞:microstrip patch antennapolarization switchinglow temperature co-fired ceramicsV band
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本論文在研製一60GHz頻段下的可切換極化方向微帶平板天線(microstrip patch antenna),搭配相移器(phase shifter)產生0o、+90o /-90o、180o變化,達成在遠場(far field)中0o、45o、90o及135o四種方向線性極化,希望達到比圓極化更好的接收效果,並減少對另一極化的干擾。
本論文使用Kyocera公司的低溫共燒陶瓷(low temperature co-fired ceramics, LTCC)製程,實現於V頻段中(V band, 57~66GHz)微帶線平板天線,天線以堆疊(stacking)的方式在中間層饋入,在335μm厚基板中利用在輻射天線周圍加上寄生元件增加頻寬,反射係數(return loss)在頻率57~66GHz內小於-10dB。
利用 耦合器饋入微帶天線產生左手與右手圓極化,利用相移器(phase shifter)所產生的相位( )合成0o、45o、90o及135o四種方向線性極化。
天線面積為 μm3,中心頻率點增益約8dB,天線實現在低溫共燒陶瓷封裝技術上,論文包括設計過程、模擬結果、輻射場型(radiation pattern)測及反射係數(reflection coefficient)量測。


This thesis developed a V band microstrip patch antenna that can switch polarization direction. With a phase shifter that can generate 0o, 90o, -90o and 180o phase shifts, this antenna can achieve four linear polarizations at 0o, 45o, 90o and 135o directions in the far field. This can achieve better linear reception than the circular polarization and reduce interference to the other polarization.
In this thesis, we use Kyocera LTCC process to realize the microstrip patch antenna with feed line in the middle layer, and increase the bandwidth by parasitic elements.
A coupler connected with a two port microstrip patch antenna can generate left and right circular polarization, and four directions (0o, 45o, 90o, 135o) of linear polarization are synthesized by 0o, 90o, -90o and 180o phases.
The antenna size is μm3 and measured realized gain is about 8dB. The design process, measured simulation results, radiation patterns and reflection coefficient are all presented in this thesis.


目錄 V
圖目錄 VII
第一章 簡介 1
1.1 研究背景 1
1.2 V-頻帶背景介紹 1
1.3 極化切換介紹 2
1.4 低溫共燒陶瓷 4
1.4.1 低溫共燒陶瓷的技術介紹 5
1.4.2 低溫共燒陶瓷的優點 6
1.4.3 低溫共燒陶瓷的缺點 6
1.5 各章節簡介 6
第二章 基本天線理論推導與介紹 9
2.1 天線公式定義 9
2.1.1 方向性與增益 9
2.1.2 反射係數與穿透係數 10
2.1.3 陣列天線 13
2.2 微帶天線 14
2.2.1 微帶天線饋入方法 14
2.2.2 微帶天線設計 15
2.3 微帶天線圓極化設計 19
2.4 微帶天線頻寬設計 20
2.4.1 品質因素與頻寬設計 21
2.4.2 寄生元件寬頻設計 22
第三章 極化切換設計 27
3.1 設計問題描述 27
3.2 線性極化嵌入式饋入微帶天線(STAMP I) 29
3.3 雙饋入嵌入式微帶天線(STAMP II)極化切換 34
3.4 90º耦合器線性極化設計 47
3.4.1 90º耦合器設計 48
3.4.2 90º耦合器加雙饋入嵌入式微帶天線(STAMP III) 51
3.5 90º耦合器加上隔絕金屬雙饋入嵌入式微帶天線(STAMP IV) 54
3.6 寬頻90º耦合器加上微帶天線(STAMP V) 61
3.7 極化變換下的損失因子模擬 70
第四章 天線量測 75
4.1 量測環境與校準 75
4.2 微帶天線與陣列量測 77
4.2.1 Test1與Test2微帶平板天線量測 77
4.3 微帶天線極化切換 79
4.3.1 Test3~Test5微帶平板天線量測 79
4.4 STAMP V天線測試電路量測 85
第五章 結論 89
參考文獻 90


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