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研究生:余家一
研究生(外文):YU,JIA-YI
論文名稱:應用於長期演進技術之多頻帶天線設計
論文名稱(外文):Designs on Multiband Antenna for LTE Applications
指導教授:盧裕溢盧裕溢引用關係
指導教授(外文):LU,YUH-YIH
口試委員:呂文嘉黃祥哲
口試委員(外文):LUE,WEN-CHIAHUANG,HSIANG-CHEH
口試日期:2016-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:長期演進技術多頻帶天線
外文關鍵詞:Long tern evolutionMulti-band antenna
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本論文以共平面波導饋入及左右對稱接地面方式設計天線。第三章和第四章以小型化、寬頻與多頻段做為設計主軸。第五章以共平面波導及改變輻射體與接地面大小,設計涵蓋700MHz頻段天線,此天線可應用於LTE 0.7GHz、0.9 GHz、1.8 GHz和2.6 GHz之頻段,且涵蓋WLAN 4.9GHz之頻段。
第三章利用改變輻射體缺口參數L5、接地面上端銅箔大小參數L2、接地面參數W2與輻射體針型高度參數H設計較佳參數之天線,此天線在操作頻率1.8GHz、2.4GHz、2.45GHz、2.6GHz、3.5GHz、3.6GHz、5.8GHz、5.9GHz時,最大增益分別為1.41dBi、2.93dBi、3.30dBi、3.19dBi、1.99dBi、3.72dBi、6.28dBi、4.15dBi。
第四章改變輻射體上端針型底部參數W3、接地面之饋入線銅箔大小參數L3與接地面製造缺口參數C2設計較佳參數之天線。較佳之天線在操作頻率1.8GHz、2.4GHz、2.45GHz、2.6GHz、3.5GHz、3.6GHz、4.9GHz、5.1GHz、5.8GHz、5.9GHz時,最大增益分別為3.60dBi、1.80dBi、2.80dBi、2.88dBi、2.48dBi、2.14dBi、2.41dBi、2.76dBi、4.96dBi、3.98dBi。
第五章利用改變接地面上端銅箔大小參數L2、輻射體中段缺口參數W6與輻射體中段右側凸出銅箔參數W7設計較佳參數之天線。較佳之天線在操作頻率0.7GHz、0.9GHz、1.8GHz、2.6GHz、4.9GHz時,最大增益分別為3.01dBi、3.08dBi、1.61dBi、2.64dBi、4.36dBi。
本論文設計之天線可應用於長期演進技術,亦可使用於WLAN、RFID、GSM和Bluetooth之無線通訊系統。

In this thesis, coplanar waveguide feed and symmetrical ground are used to design the antenna. Chapter 3 and chapter 4 are themed with miniaturization, broadband and multi-band. Chapter 5 is focused on designing the antenna’s operating frequency bands which cover LTE 0.7/0.9/1.8/2.6GHz and WLAN 4.9GHz bands.
In chapter 3, the radiator’s notch size parameter L5, the ground size parameters L2 and W2, and height of needle-shaped radiator H are changed to design the antenna which peak gain are 1.41dBi, 2.93dBi, 3.30dBi, 3.19dBi, 1.99dBi, 3.72dBi, 6.28dBi and 4.15dBi at 1.8GHz, 2.4GHz, 2.45GHz, 2.6GHz, 3.5GHz, 3.6GHz, 5.8GHz and 5.9GHz, respectively.
In chapter 4, the parameters including needle-shaped size parameter of radiator W3, feed copper foil size parameter of ground L3, and notch size parameter of ground C2 are changed to design the antenna which peak gain are 3.60dBi, 1.80dBi, 2.80dBi, 2.88dBi, 2.48dBi, 2.14dBi, 2.41dBi, 2.76dBi, 4.96dBi and 3.98dBi at 1.8GHz, 2.4GHz, 2.45GHz, 2.6GHz, 3.5GHz, 3.6GHz, 4.9GHz, 5.1GHz, 5.8GHz and 5.9GHz, respectively.
In chapter 5, the upper copper foil size parameter of ground L2 and the size parameters of radiator’s notch W6 and W7 are changed to design the antenna which peak gain are 3.01dBi, 3.08dBi, 1.61dBi, 2.64dBi and 4.36dBi at 0.7GHz, 0.9GHz, 1.8GHz, 2.6GHz and 4.9GHz, respectively.
The antennas designed in this study can be used in LTE, WLAN, RFID, GSM, and Bluetooth bands.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2 論文提要 5
1.3 天線製作 5
第二章 天線基本理論 6
2.1 天線原理 6
2.1.1 馬克斯威爾方程式 6
2.1.2 波動方程式 7
2.2傳輸線與波導結構 9
2.2.1 微帶線 9
2.2.2 微帶天線之方向特性 11
2.2.3 微帶天線諧波產生之理論分析 13
2.2.4 共平面波導 14
2.2.5 共平面波導之特性阻抗 17
2.3 超寬頻技術 18
第三章 1.8/2.6GHz LTE天線設計 19
3.1天線模擬分析 19
3.2天線實測分析 29
3.2.1 天線實測輻射場型圖 38
3.3 本章結論 42
第四章 1.8/2.6GHz LTE寬頻帶天線設計 43
4.1天線模擬分析 43
4.2天線實測分析 51
4.2.1 天線實測輻射場型圖 60
4.3 本章結論 73
第五章 700/900/1800/2600MHz LTE多頻帶天線設計 74
5.1 天線模擬分析 74
5.2 天線實測分析 84
5.2.1 天線實測輻射場型圖 96
5.3 本章結論 106
第六章 結論 107
參考文獻 110

















表目錄

表1-1 無線系統應用常見之頻段 2
表3-1 天線尺寸參數 20
表3-2 改變L5=15mm、13mm、11mm和9mm之天線特性模擬結果 21
表3-3 改變L2=31mm、32mm、33mm和34mm之天線特性模擬結果 22
表3-4 W2=1mm、2mm和3mm之天線特性模擬結果 23
表3-5 H=14mm、10mm、6mm和2mm之天線特性模擬結果 24
表3-6 改變L5、L2、W2、H尺寸參數天線特性模擬結果總表 25
表3-7 應用於操作頻段1.8GHz、2.4GHz、2.45GHz、2.6GHz、3.5GHz、3.6GHz、5.8GHz與5.9GHz之天線反射損失模擬結果 28
表3-8 改變L5=15mm、13mm、11mm和9mm之天線特性實測結果 30
表3-9 改變L2=31mm、32mm、33mm和34mm之天線特性實測結果 32
表3-10 改變W2=1mm、2mm和3mm之天線特性實測結果 34
表3-11 改變H=14mm、10mm、6mm和2mm之天線特性實測結果 36
表3-12 為L5=11mm、L2=32mm、W2=2mm和H=14mm較佳參數天線模擬與實測天線特性表 37
表3-13 1.8/2.6GHz LTE天線實測最大增益結果 41
表4-1 天線尺寸參數表 44
表4-2 改變W3=3mm、7mm、9mm和11mm之天線特性模擬結果 45
表4-3改變L3=11mm、10mm和9mm之天線特性模擬結果 46
表4-4 具接地面缺口之天線尺寸參數表 48
表4-5 C2=9mm、8mm和6mm之天線特性模擬結果 49
表4-6 改變W3、L3、C2尺寸參數分析模擬總表 49
表4-7 改變W3=3mm、7mm、9mm和11mm之天線特性實測結果 52
表4-8 為W3=7mm較佳參數模擬與實測天線特性表 54
表4-9 改變L3=11mm、10mm和9mm之天線特性實測結果 55
表4-10 為L3=10mm較佳參數模擬與實測天線特性表 57
表4-11 改變C2=9mm、8mm和6mm之天線特性實測結果 58
表4-12 C2=8mm較佳參數模擬與實測天線特性表 59
表4-13 W3=7mm之共平面天線實測最大增益結果 644
表4-14 L3=10mm之共平面天線實測最大增益結果 68
表4-15 C2=8mm之共平面天線實測最大增益結果 72
表5-1 天線尺寸參數表 75
表5-2 改變L2=65mm、68mm和71mm之天線特性模擬結果 77
表5-3 改變W6=2mm、4mm、6mm之天線特性模擬結果 78
表5-4 W7=14mm、16mm和18mm之天線特性模擬結果 80
表5-5 改變L2、W6和W7尺寸參數天線特性模擬結果總表 80
表5-6 L2=68mm、W6=4mm、W7=16mm應用於操作頻段0.7GHz、0.9GHz、1.8GHz、2.6GHz與4.9GHz之天線反射損失模擬結果 83
表5-7 改變L2=65mm、68mm和71mm之天線特性實測結果 86
表5-8 為L2=68mm較佳參數天線之模擬與實測特性表 87
表5-9 改變W6=2mm、4mm和6mm之天線特性實測結果 89
表5-10 為W6=6mm模擬與實測天線特性表 91
表5-11 改變W7=14mm、16mm和18mm之天線特性實測結果 94
表5-12 W7=18mm模擬與實測天線特性表 95
表5-13 L2=68mm、W6=4mm和W7=16mm之共平面天線實測最大增益表 98
表5-14 缺口參數W6=6mm之共平面天線實測最大增益數據表 101
表5-15 缺口參數W7=18mm之共平面天線實測最大增益數據表 105


圖目錄

圖1-1 天線設計流程圖 4
圖2-1 正弦波 8
圖2-2 微帶天線結構圖 9
圖2-3 微帶天線電場與磁場分布圖 10
圖2-4 縫隙的輻射 11
圖2-5 微帶天線方向圖之H面 12
圖2-6 微帶天線方向圖之E面 12
圖2-7 矩形微帶天線 13
圖2-8 共平面波導立體圖 14
圖2-9 共平面波導剖面圖 15
圖2-10 奇模態電場分佈圖 15
圖2-11 偶模態電場分佈圖 15
圖2-12 共平面波導之空氣橋示意圖 16
圖2-13 橢圓天線 17
圖3-1 天線結構圖 19
圖3-2 改變L5=15mm、13mm、11mm和9mm之天線反射損失模擬圖 20
圖3-3 改變L2=31mm、32mm、33mm和34mm之天線反射損失模擬圖 22
圖3-4 改變W2=1mm、2mm和3mm之天線反射損失模擬圖 23
圖3-5 改變H=14mm、10mm、6mm和2mm之天線反射損失模擬圖 24
圖3-6 L5=11mm、L2=32mm、W2=2mm和H=14mm之反射損失模擬圖 27
圖3-7 改變參數L5之天線實體圖 29
圖3-8 改變L5=15mm、13mm、11mm和9mm之實測反射損失圖 30
圖3-9 改變參數L2之天線實體圖 31
圖3-10 改變L2=31mm、32mm、33mm和34mm之實測反射損失圖 32
圖3-11 改變參數W2之天線實體圖 33
圖3-12 改變W2=1mm、2mm和3mm之實測反射損失圖 33
圖3-13 改變參數H之天線實體圖 35
圖3-14 改變H=14mm、10mm、6mm和2mm之實測反射損失圖 35
圖3-15 L5=11mm、L2=32mm、W2=2mm和H=14mm較佳參數天線模擬與實測反射損失圖 37
圖3-16 1.8/2.6GHz LTE天線實測輻射場型圖 41
圖4-1 未具接地面缺口之天線結構圖 44
圖4-2 改變W3=3mm、7mm、9mm和11mm之天線反射損失模擬圖 45
圖4-3 改變L3=11mm、10mm和9mm之天線反射損失模擬圖 46
圖4-4 具接地面缺口之天線結構圖 47
圖4-5 改變C2=9mm、8mm和6mm之天線反射損失模擬圖 48
圖4-6 改變參數W3之天線實體圖 51
圖4-7 改變W3=3mm、7mm、9mm和11mm之實測反射損失圖 52
圖4-8 為 W3=7mm較佳參數天線模擬與實測反射損失圖 53
圖4-9 改變參數L3之天線實體圖 54
圖4-10 改變L3=11mm、10mm和9mm之實測反射損失圖 55
圖4-11 為 L3=10mm較佳參數天線模擬與實測反射損失圖 56
圖4-12 改變參數C2之天線實體圖 57
圖4-13 改變C2=9mm、8mm和6mm之實測反射損失圖 58
圖4-14 為 C2=8mm較佳參數天線模擬與實測反射損失圖 59
圖4-15 為W3=7mm之共平面天線實測輻射場型圖 63
圖4-16 L3=10mm之共平面天線實測輻射場型圖 68
圖4-17 C2=8mm之共平面天線實測輻射場型圖 72
圖5-1 天線結構圖 75
圖5-2 改變L2=65mm、68mm和71mm之天線反射損失模擬圖 76
圖5-3 改變W6=2mm、4mm和6mm之天線反射損失模擬圖 78
圖5-4 改變W7=14mm、16mm和18mm之天線反射損失模擬圖 79
圖5-5 L2=68mm、W6=4mm和W7=16mm之反射損失模擬圖 82
圖5-6 改變參數L2之天線實體圖 84
圖5-7 改變L2=65mm、68mm和71mm之實測反射損失圖 85
圖5-8 為 L2=68mm較佳參數天線之模擬與實測反射損失圖 87
圖5-9 改變缺口參數W6之天線實體圖 88
圖5-10 改變W6=2mm、4mm和6mm之實測反射損失圖 89
圖5-11 為 W6=6mm天線模擬與實測反射損失圖 91
圖5-12 改變缺口參數W7之天線實體圖 92
圖5-13 改變W7=14mm、16mm和18mm之實測反射損失圖 93
圖5-14 為 W7=18mm天線模擬與實測反射損失圖 95
圖5-15 為L2=68mm、W6=4mm和W7=16mm之共平面天線實測輻射場型圖 98
圖5-16 缺口參數W6=6mm之共平面天線實測輻射場型圖 101
圖5-17 缺口參數W7=18mm之共平面天線實測輻射場型圖 105

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[47]A. Kumar; T. Shanmuganantham; D. Chaturvedi,“A CPW-Fed Tri-Frequency Monopole Antenna”, Signal Processing, Informatics, Communication and Energy Systems (SPICES), 2015 IEEE International Conference on, pp. 1 – 5, Kozhikode, 19-21 Feb. 2015.

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