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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李旻翰
研究生(外文):Li,Min-Han
論文名稱:螺旋天線之優化結構設計和研究
論文名稱(外文):A Research on the Design Optimization of Helix Antenna
指導教授:梁明正
指導教授(外文):Liang,Ming-Cheng
口試委員:龎一心盧清松
口試委員(外文):Pang,Yi-XinLuo,Gng-Chang
口試日期:2020-02-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:5G陣列微帶天線螺旋天線軸向模態
外文關鍵詞:5Garraymicrostrip antennahelix antennaaxial mode
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目前由於5G時代即將來臨,手機天線對於傳輸上的功率損耗問題、天線使用之頻帶更大更廣以及尺寸縮小十分要求,有鑒於此將提出有別於常用於手機天線的PIFA天線、微帶天線等,本研究將探討高指向性螺旋天線獲得更高的增益,期望高指向性軸向模態螺旋天線可用於無線基地站以及手機上。
本論文利用螺旋天線的軸向模態[8],探討螺旋天線各參數改變對於天線之影響,以此依據優化一高增益螺旋天線。將此優化螺旋天線改變外型得以改善窄頻缺點,螺旋天線半徑每圈縮小之漸縮式螺旋天線及每圈增加之漸增式螺旋天線,皆有多頻的優點。漸減式螺旋天線優點為尺寸縮小,但受限於原本半徑不大,因此縮小尺寸也受到限制。漸增式螺旋天線雖尺寸會因此增加,但在各頻率點有一規律,隨著每圈增加的半徑越多,小於-10dB的頻率點增加,各個頻率點位置也會越往低頻移動。每圈半徑的改變,各頻率點位置也會等比移動。因此可藉由改變螺旋天線每圈增加半徑大小,控制錐形螺旋天線工作頻率,每圈半徑增加越多,雖然尺寸因此增加,但能使用的頻段也就越廣。

At present, due to the coming of the 5G era, mobile phone antennas are very demanding to deal with transmission power loss problems, larger and wider frequency bands used and limited space. In view of this, PIFA antennas and microstrip antennas that are often used for mobile phone antennas. However, in some applications, it is desirable to use directional antenna to achieve higher gain. In the research, a helical antenna is designed to fit this need. It is expected that helical antenna in axial mode could be used in height directional base station and also mobile phone.
In this paper, the axial mode of the helical antenna is used [8] to explore the influence of the parameters of the helical antenna on the antenna. Based on this, a high-gain helical antenna is optimized. Changing the shape of this optimized helical antenna can improve the shortcomings of narrow frequency bands. The tapered helical antenna with a reduced radius per turn of the helical antenna and the incremental helical antenna with an increase per turn have the advantages of multiple frequencies. The advantage of a declining spiral antenna is the reduction in size, but it is limited by the original radius, so the reduction in size is also limited. Although the size of the incremental spiral antenna will increase, there is a regularity at each frequency point. As the radius of each circle increases, the frequency point less than -10dB increases, and the position of each frequency point will move to lower frequencies. As the radius of each circle changes, the position of each frequency point will also move in proportion. Therefore, you can control the operating frequency of the conical helical antenna by changing the radius of the helical antenna to increase the radius. The more the radius of each lap increases, although the size is increased, the wider the frequency band that can be used.

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究背景 1
1.3研究目的 2
1.4文獻探討 3
第二章 天線基本原理 6
2.1 基本原理 6
2.2 天線的頻寬 6
2.3天線的極化 7
2.4天線的增益與輻射方向性 8
2.5天線的阻抗匹配 9
第三章 螺旋天線基本原理 11
3.1螺旋天線 11
3.2 螺旋天線法向模態 12
3.3螺旋天線軸向模態 13
第四章螺旋天線設計與模擬 15
4.1螺旋天線結構 15
4.2螺旋天線模擬結果 17
4.3 螺旋天線參數分析 20
4.3.1改變d纏繞的銅線線徑之參數探討 20
4.3.2改變S每圈的間距之參數探討 22
4.3.3改變螺旋天線半徑之參數探討 24
4.3.4改變螺旋天線圈數之參數探討 25
4.3.5改變螺旋各參數之結論 26
4.4螺旋天線總長度對阻抗的探討 28
4.4.1 CASE 1分析其螺旋線全長對阻抗之影響 28
4.4.2 CASE 2分析其螺旋線全長對阻抗之影響 30
4.5螺旋天線總高度對阻抗的探討 32
4.5.1螺旋天線圈距9 mm 33
4.5.2螺旋天線圈距8 mm 34
4.5.3螺旋天線圈距7 mm 36
4.5.4螺旋天線圈距6 mm 38
第五章 錐形螺旋天線之探討 42
5.1 漸縮式螺旋天線 42
5.1.1每圈半徑減少1 mm之螺旋天線 42
5.1.2每圈半徑減少2 mm之螺旋天線 44
5.2 漸增式螺旋天線 47
5.2.1每圈半徑增加1 mm之螺旋天線 47
5.2.2每圈半徑增加2 mm之螺旋天線 51
5.2.3每圈半徑增加3mm之螺旋天線 56
5.2.4漸縮漸增螺旋天線歸納與整理 62
第六章 結論 65
參考文獻 66




[1]Abhinay Kuchikull ,多天線小空間成定局孔徑調諧解手機射頻設計難題,May,2019,檢自新通訊元件雜誌(https://www.2cm.com.tw/2cm/zhtw/tech/4B47B3F2E11746B782F5D8D7BCA6990A5)
[2]Shunze,《分享》無線網路802.11演進歷史,November,2014,檢自Shunze 學園 (http://www.shunze.info/forum/thread.php?threadid=1850&boardid=4&sid=2cae90bce960207918ab41c24f133467&page=1)
[3]陳士元,漫談電磁學發展與天線科技,April,2011,檢自台大電機系科普系列(https://www.ee.ntu.edu.tw/hischool/doc/2011.04.pdf)
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[7]陳德瑋, “434MHz之小型化螺旋天線結構優化設計,” 景文科技大學 , 電磁相容及射頻電路設計產業碩士專班碩士學位論文 , 2012.
[8]Thomas Forrister ,分析螺旋天線的兩種工作模式,May,2018,檢自COMSOL 博客(https://cn.comsol.com/blogs/analyzing-operating-mode-options-for-helical-antennas/)
[9]天線第三版,上冊(美)克勞斯(Kraus,J.D),(美)馬赫夫克(MarhefkaR.J)著;張文勛譯
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[14]L. B. Yang and K. lizuka , “Experimental investigation on a method of 0lowering the silhouette of conical log-helix antenna ,” IEEE Transactions on0Antennas and Propagation. Volume: 31 , Issue: 2 , 1983.
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