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研究生:林郁景
研究生(外文):LIN,YU-CHING
論文名稱:具非對稱接地面之共平面饋入槽孔天線設計
論文名稱(外文):Design of CPW-fed Slot Antenna with Asymmetric Ground Plane
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:盧裕溢呂文嘉黃祥哲
口試委員(外文):LU,YUH-YIHLU,WEN-CHIAHUANG,HSIANG-CHEH
口試日期:2017-06-09
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:共平面波導非對稱接地面菱形輻射體多邊形輻射體槽孔天線
外文關鍵詞:Coplanar Waveguide FeedAsymmetric Ground Planeslot antennaRhombus Patch RadiatorPolygon Patch Radiator
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本論文利用非對稱接地面架構設計共平面波導饋入槽孔天線,包括非對稱接地面菱形輻射體之多頻段天線、非對稱接地面菱形輻射體之雙頻段天線及非對稱接地面多邊形輻射體之超寬頻天線。
固定菱形輻射體大小,改變非對稱接地面面積及饋入端殘段大小,進行模擬與實測來取得較佳參數,製作出多頻段之天線。固定菱形輻射體大小,減少接地面銅箔面積並縮小天線,利用非對稱接地面及饋入端殘段的變化,進行模擬與實測來取得較佳參數,製作出雙頻段之天線。將輻射體改為多邊形輻射體並改變多邊形輻射體的面積及非對稱接地面的面積,取得較佳的尺寸參數,製作出可應用於較多操作頻率之天線。
本論文採用玻璃纖維(FR4)基板,利用IE3D電磁模擬軟體,分別設計出應用於1.575/1.8/2.4/2.45/4.9/5/5.2/5.8/5.9 GHz非對稱接地面菱形輻射體之多頻段天線、應用於1.575/1.8/2.4/2.45/4.9/5/5.2/5.8/5.9 GHz非對稱接地面菱形輻射體之雙頻段天線及應用於1.2~5.9 GHz對稱接地面多邊形輻射體之超寬頻天線。

Asymmetric ground plane structure and coplanar waveguide feed are used to design slot antenna in this thesis. Therefore, multi-band slot antenna with asymmetric ground plane and rhombus patch radiator, dual-band slot antenna with asymmetric ground plane and rhombus patch radiator and ultra-wideband slot antenna with asymmetric ground plane and polygon patch radiator are designed and implemented.

The sizes of asymmetric ground plane and stub in the feeding structure are changed to obtain the suitable size parameters of the slot antenna and fabricate the proposed multi-band slot antenna. With reducing the size of slot antenna and following previous process, dual-band slot antenna is also presented in this study. Changing the sizes of polygon patch radiator and asymmetric ground plane, the better size parameters are achieved that can be used to implement the ultra-wideband slot antenna.

The glass fiber (FR4) substrate and IE3D simulation software are used to design the proposed antenna. Multi-band slot antenna that can operate at 1.575/1.8/2.4/2.45/4.9/5/5.2/5.8/5.9 GHz frequencies, dual-band slot antenna that can operate at 1.575/1.8/2.4/2.45/4.9/5/5.2/5.8/5.9 GHz frequencies and ultra-wideband slot antenna that can operate at 1.2~5.9GHz are designed and fabricated in this thesis.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VIII
第一章序論 1
1.1研究動機 1
1.2 論文架構 3
第二章天線理論及特性 4
2.1 天線原理 4
2.1.1 共平面波導饋入 4
2.1.2 超寬頻技術 5
2.2 天線基本參數 6
2.2.1 天線輸入阻抗和輻射效率 6
2.2.2 電壓駐波比 7
2.2.3 共振頻率 7
2.2.4 傳輸線與波導結構 7
2.2.5 微帶線 8
2.2.6 天線頻寬的定義 8
第三章 非對稱接地面槽孔天線設計與分析 11
3.1 天線模擬分析 11
3.2 天線實測分析 20
3.2.1 天線實測輻射場型圖 28
3.3 本章結論 33
第四章 寬頻非對稱接地面天線設計與分析 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 58
4.3 本章結論 63
第五章 超寬頻非對稱接地面天線設計與分析 64
5.1 天線模擬分析 64
5.2 天線實測分析 72
5.2.1 天線實測輻射場型圖 80
5.3 本章結論 87
第六章 結論 88
參考文獻 89

表目錄

表1-1 無線系統應用之頻段 2
表3-1 天線尺寸參數 12
表3-2改變W2=3.5mm、8.5 mm和13.5 mm之天線特性模擬結果 13
表3-3改變L5=50 mm、55 mm和58 mm之天線特性模擬結果 15
表3-4改變W3=12 mm、17 mm和22 mm之天線特性模擬結果 16
表3-5改變L5、W2、W3尺寸參數天線特性模擬模擬結果總表 17
表3-6 應用於操作頻率1.5GHz、1.8GHz、2.4GHz、2.45GHz、4.9GHz、5GHz、5.2GHz、5.8GHz、5.9GHz之天線S11模擬結果 19
表3-7改變W2=3.5mm、8.5mm、13.5mm之天線特性實測結果 21
表3-8改變L5=50mm、55mm、58mm之天線特性實測結果 23
表3-9改變W3=12mm、17mm、22mm之天線特性實測結果 25
表3-10 L5=55mm、W2=8.5mm、W3=17mm較佳參數天線模擬與實測特性表 27
表3-11 寬頻共平面天線實測最大增益結果 32
表3-12未改良天線A及改良天線特性實測結果 34
表3-13未改良天線B及改良天線特性實測結果 37
表3-14未改良天線C及改良天線特性實測結果 39
表3-15未改良天線D及改良天線特性實測結果 41
表4-1 天線尺寸參數表 43
表4-2 改變W5=12mm、17mm、22mm之天線特性模擬結果 45
表4-3 改變W7=4.5mm、8.5mm、15.5mm之天線特性模擬結果 47
表4-4 改變L2=26mm、30mm、34mm之天線特性模擬結果 48
表4-5改變W5、W7、L2尺寸參數分析模擬總表 49
表4-6改變W5=12mm、17mm及22mm之天線特性實測結果 59
表4-7改變W7=4.5mm、8.5mm、15.5mm之天線特性實測結果 54
表4-8改變L2=26mm、30mm、34mm之天線特性實測結果 56
表4-9最佳參數天線模擬與實測天線特性表 59
表4-10 最佳共平面波導饋入天線實測最大增益結果 62
表5-1 天線尺寸參數表 65
表5-2 改變L5=9mm、6mm、3mm之天線特性模擬結果 66
表5-3 改變L2=13mm、10mm、7mm之天線特性模擬結果 68
表5-4 改變L3=4mm、2mm、0mm之天線特性模擬結果 69
表5-5 改變L5、L3、L2尺寸參數天線特性模擬結果總表 69
表5-6 L5=6mm、L2=10mm、L3=2mm應用於操作頻率1.8GHz、2.4GHz、2.4GHz、3.2GHz、3.6GHz、4GHz、4.9GHz、5GHz、5.2GHz、5.8GHz、5.9GHz之天線S11模擬結果 71
表5-7 改變L5=9mm、6mm、3mm之天線特性實測結果 74
表5-8 改變L2=13mm、10mm、7mm之天線特性實測結果 76
表5-9 改變L3=0mm、2mm、4mm之天線特性模擬結果 78
表5-10 天線模擬與實測天線特性表 79
表5-11 共平面波導饋入超寬頻天線L5=6mm、L2=10mm、L3=2mm實測最大增益結果 86

圖目錄

圖2-1 共平面波導構造示意圖 4
圖2-2 微帶天線結構圖 8
圖2-3 微帶天線電場與磁場分布圖 9
圖3-1天線結構圖 11
圖3-2改變W2= 3.5mm、8.5mm、13.5mm之模擬S11圖 13
圖3-3改變L5=50mm、55mm、58mm之模擬S11圖 14
圖3-4改變W3=12 mm、17 mm、22 mm之模擬S11圖 16
圖3-5 L5=55 mm、W2=8.5mm、W3=17 mm之S11模擬圖 18
圖3-6改變參數W2之天線實體圖(a)W2=3.5mm、(b)W2=8.5mm、(c)W2=13.5 20
圖3-7 改變W2=3.5mm、8.5mm、13.5mm之實測S11圖 21
圖3-8改變參數L5之天線實體圖(a)L5=50mm、(b)L5=55mm、(c)L5=58mm 22
圖3-9改變L5=50mm、55mm、58mm之實測S11圖 23
圖3-10改變參數W3之天線實體圖(a)W3=12mm、(b)W3=17mm、(c)W3=22mm 24
圖3-11 改變W3=12mm、17mm、22mm之實測S11圖 25
圖3-12 L5=55mm、W2=17mm、W3=17mm較佳參數天線模擬與實測S11圖 27
圖3-13 寬頻共平面天線實測輻射場型圖 28
圖3-14 未改良天線A圖 34
圖3-15 未改良A及改良天線實測比較S11圖 35
圖3-16 未改良天線B圖 36
圖3-17 未改良天線B及改良天線實測比較S11圖 37
圖3-18 未改良天線C圖 38
圖3-19 未改良天線C及改良天線實測比較S11圖 39
圖3-20 未改良天線D圖 40
圖3-21 未改良天線D及改良天線之實測比較S11圖 41
圖4-1 天線結構圖 43
圖4-2改變W5=12 mm、17 mm、 22mm天線S11模擬圖 45
圖4-3改變W7=4.5mm、8.5mm、15.5mm之天線S11模擬圖 46
圖4-4改變L2=26mm、30mm、34mm之天線S11模擬圖 48
圖4-5 改變參數W5之天線實體圖 51
圖4-6 改變W5=12mm、17mm、22mm之實測S11圖 52
圖4-7 改變參數W7之天線實體圖 53
圖4-8 改變W7=4.5mm、8.5mm、15.5mm之實測S11圖 54
圖4-9 改變參數L2之天線實體圖 55
圖4-10 改變L2=26mm、30mm、34mm之實測S11圖 56
圖4-11 最佳參數天線模擬與實測S11圖 57
圖4-12 最佳共平面波導饋入天線實測輻射場型圖 59
圖5-1天線結構圖 64
圖5-2改變L5=9 mm、6 mm和3 mm之天線S11模擬圖 66
圖5-3改變L2=13mm、10mm和7mm之天線S11模擬圖 67
圖5-4改變L3=4mm、2mm和0mm之天線S11模擬圖 68
圖5-5 L5=6mm、L2=10mm和L3=2mm之S11模擬圖 71
圖5-6改變L5之天線實體圖 (a)L5=9mm、(b)L5=6mm、(c)L5=3mm 73
圖5-7改變(a)=L5=9mm、(b)L5=6mm和(c)L5=3mm之實測S11圖 74
圖5-8改變參數L2之天線實體圖(a)L2=13mm、(b)L2=10mm、(c)L2=7mm 75
圖5-9 改變L2=13mm、L2=10mm和L2=7mm之實測S11圖 76
圖5-10 改變參數L3之天線實體圖(a)L3=0mm、(b)L3=2mm、(c)L3=4mm 77
圖5-11 改變L3=4mm、2mm和0mm之實測S11圖 78
圖5-12 天線L5=6mm、L2=10mm、L3=2mm之模擬與實測比較S11圖 79
圖5-13 共平面波導饋入超寬頻天線L5=6mm、L2=10mm、L3=2mm實測輻射場型圖 81




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