| 姓名 |
陳俊儀(Roger Chen)
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畢業系所 |
電機工程學系 |
| 論文名稱 |
平面近場量測系統之研究與建立
(The Research and Implementation of a Planar Near-Field Measurement System)
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| 摘要(中) |
本論文主要在於建立一平面近場量測系統，以測量天線的輻射場型。在量測系統方面，是以電腦程式來控制所有的操作流程，使接收天線能自動以二維平面的方式移動。而在輻射場型的計算方面，則是利用接收天線所擷取到的近場資料，先決定出在一個虛擬平面上的等效表面磁流，然後再使用這些等效表面磁流，進而計算出待測天線的輻射場型。除了整個平面近場量測系統的建立之外，量測平面的距離遠近與截取範圍，也在本論文中一併討論之。 |
| 摘要(英) |
In the thesis, a planar near-field measurement system is implemented to measure the radiation pattern of the antenna. In the system, the operating sequences are controlled by computer programs, and the receiving probe can move on a two-dimension plane. For the calculation of the radiation pattern, the near-field data collected by the receiving probe is transformed into equivalent surface magnetic currents over a fictitious planar surface, and the currents are then used to compute the radiation pattern of the antenna under test. In addition to build the planar near-field measurement system, the distance and the truncated range of the measurement plane are also discussed. |
| 關鍵字(中) |
★ 近場量測
★ 等效原理
★ 天線
★ 平面
★ 量測系統 |
關鍵字(英) |
★ near-field measurement
★ equivalence principle
★ antenna
★ planar
★ measurement system |
| 論文目次 |
目 錄
第一章 緒論......................................1
1-1 平面近場量測簡介..........................1
1-2 近場區域與遠場區域........................3
1-3 論文概要..................................4
第二章 天線輻射原理與應用........................5
2-1 遠場區域輻射概述..........................5
2-2 遠場區域輻射公式..........................7
2-3 等效原理.................................16
2-4 天線輻射原理之應用.......................23
第三章 平面近場量測系統.........................31
3-1 近場量測種類.............................31
3-2 量測系統架構.............................35
3-3 角錐形號角天線...........................37
3-4 開口矩形波導管...........................38
3-5 向量網路分析儀...........................39
3-6 傳輸線...................................41
3-7 機械量測平台.............................44
3-8 量測系統操作程序.........................47
第四章 程式功能介紹與量測結果...................54
4-1 量測系統程式介紹.........................54
4-2 操作介面功能介紹.........................56
4-3 實際量測結果.............................61
第五章 結論.....................................86
參考文獻........................................88
附錄一 操作介面程式.............................89
附錄二 輻射場型積分程式........................127
附錄三 畫輻射場型結果之Matlab程式..............136
附錄四 表面輻射電場模擬程式....................144
圖片目錄
圖2-1 孔徑天線輻射分析...........................8
圖2-2 平面位置與矩形孔徑天線輻射分析............14
圖2-3 緊靠近地平面上之電流源....................16
圖2-4 由實際輻射場源與等效表面場源在S區域外部產生相同之輻射場分布.......................17
圖2-5 等效原理之一般做法........................19
圖2-6 使用輻射電場或是輻射磁場其中一者來建立等效問題..............................................21
圖2-7 角錐形號角天線搭配直角座標系統............24
圖3-1 近場量測系統種類..........................33
圖3-2 平面近場量測之系統架構....................36
圖3-3 平面近場量測之系統照片....................36
圖3-4 角錐形號角天線照片........................37
圖3-5 開口矩形波導管照片........................38
圖3-6 向量網路分析儀照片........................40
圖3-7 可彎折式傳輸線之相位穩定與溫度變化關係....44
圖3-8 機械量測平台照片..........................47
圖3-9 不同之座標軸定義..........................50
圖3-10 表面輻射電場之擷取.......................51
圖4-1 操作介面程式之主視窗畫面..................57
圖4-2 使用公式所模擬出來的輻射場型立體圖(一)....63
圖4-3 由距離天線口徑20cm之平面處所量測出來的輻射場型立體圖(一)...........................63
圖4-4 使用公式所模擬出來的輻射場型立體圖(二)....64
圖4-5 由距離天線口徑20cm之平面處所量測出來的輻射場型立體圖(二)...........................64
圖4-6 由距離天線口徑10cm之平面處所量測出來的主電場平面比較圖.............................65
圖4-7 由距離天線口徑10cm之平面處所量測出來的主磁場平面比較圖.............................65
圖4-8 由距離天線口徑20cm之平面處所量測出來的主電場平面比較圖.............................66
圖4-9 由距離天線口徑20cm之平面處所量測出來的主磁場平面比較圖.............................66
圖4-10 由距離天線口徑30cm之平面處所量測出來的主電場平面比較圖...........................67
圖4-11 由距離天線口徑30cm之平面處所量測出來的主磁場平面比較圖...........................67
圖4-12 不同平面處所量測出來的主電場平面與模擬結果之差異大小.............................68
圖4-13 不同平面處所量測出來的主磁場平面與模擬結果之差異大小.............................68
圖4-14 廠商所附的標準角錐形號角天線之-3dB頻寬曲線圖..............................................72
圖4-15 取平均值之前的主電場平面比較圖...........74
圖4-16 取平均值之後的主電場平面比較圖...........74
圖4-17 取平均值之前的主磁場平面比較圖...........75
圖4-18 取平均值之後的主磁場平面比較圖...........75
圖4-19 量測平面範圍變成90% ×90%之主電場平面比較圖..............................................77
圖4-20 量測平面範圍變成90% ×90%之主磁場平面比較圖..............................................77
圖4-21 量測平面範圍變成80% ×80%之主電場平面比較圖..............................................78
圖4-22 量測平面範圍變成80% ×80%之主磁場平面比較圖..............................................78
圖4-23 量測平面範圍變成70% ×70%之主電場平面比較圖..............................................79
圖4-24 量測平面範圍變成70% ×70%之主磁場平面比較圖..............................................79
圖4-25 量測平面範圍變成60% ×60%之主電場平面比較圖..............................................80
圖4-26 量測平面範圍變成60% ×60%之主磁場平面比較圖..............................................80
圖4-27 不同量測平面範圍的主電場平面與模擬結果之差異大小..........................................81
圖4-28 不同量測平面範圍的主磁場平面與模擬結果之差異大小..........................................81 |
| 參考文獻 |
[1] Constantine A. Balanis, Advanced Engineering Electromagnetics, John Wiley & Sons, 1989
[2] David K. Cheng, Fundamental of Engineering Electromagnetics, Addison-Wesley Publishing Company, 1994
[3] Roger F. Harrington, Time-Harmonic Electromagnetic Fields, McGraw-Hill Book Company, 1993
[4] Constantine A. Balanis, Antenna theory: analysis and design, John Wiley & Sons, 1997
[5] Gary E. Evans, Antenna Measurement Techniques, Artech House, 1990
[6] Dan Slater, Near-Field Antenna Measurements, Artech House, 1991
[7] John D. Kraus, Ronald J. Marhefka, Antennas For All Application, McGraw-Hill Book Company, 2002
[8] 郭尚君，“Visual C++入門進階 ---- 從C++、物件導向到視窗程式設計”，文魁資訊股份有限公司，2001
[9] 張智星，“Matlab程式設計與應用”，清蔚科技出版事業部，2000 |
| 指導教授 |
丘增杰(Tsen-Chieh Chiu)
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審核日期 |
2003-6-18 |
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