博碩士論文 955301006 詳細資訊


姓名 管延平(Yen-ping Kuan)  查詢紙本館藏   畢業系所 電機工程學系在職專班
論文名稱 無線通訊之雙頻與三頻槽孔型天線設計
(Slot Antenna Designs for Dual-band and Tri-band Wireless Communication)
檔案 [Endnote RIS 格式]    [Bibtex 格式]    至系統瀏覽論文 ( 永不開放)
摘要(中) 在本論文將利用槽孔型天線 (Slot Antenna) 進行無線通訊接收天線的研究與設計。將各設計出一個雙頻與三頻天線。雙頻天線涵蓋 IEEE 802.11a/b/g WLAN (無線區域網路) 及 Bluetooth (藍芽) 等應用範圍,其頻率分別為 2400~2484 MHz 與 5150~5825 MHz;三頻天線涵蓋 IEEE 802.11a/b/g WLAN (無線區域網路)、802.16 WiMAX (全球互通微波存取) 及 Bluetooth (藍芽) 等應用範圍,其頻率分別為 2400~2484 MHz 、 3400 MHz~3700 MHz 與 5150~5825 MHz,如此可分別滿足無線通訊系統上雙頻與三頻接收天線的應用。
這種槽孔型天線的設計是先由 HFSS 模擬軟體做初步的模擬與參數調整,待模擬結果達到所設定的天線規格後,再進行實作驗證。實作的方式是利用尺寸為 50 mm x 40 mm,厚度 0.8 mm的雙層 FR4 印刷電路板作為基板,在基板上的一層銅膜上製作寬度 1.5 mm 的 50歐姆 微帶線作為饋入線,將能量饋入槽孔型天線;在基板上的另一層銅膜上製作槽孔型天線。雙頻天線尺寸為 14 mm x 8.6 mm x 0.8 mm,而三頻天線尺寸為 19.2 mm x 12.5 mm x 0.8 mm,並且將天線擺放位置移至印刷電路板的角落邊,以提供更多空間供其他元件使用。
雙頻槽孔型天線設計 (Dual-band Slot Antenna Design) 是利用兩支槽孔型天線個別產生兩個頻段的方式來完成。先針對個別天線頻率調整設計參數,例如天線槽孔的位置、寬度、長度,作系統的探討與分析,再依序由低頻到高頻、將先前設計好的個別天線逐一置入印刷電路板中,再對天線參數做細部的調整,以符合上述兩個頻帶的規格。而三頻槽孔型天線設計 (Triple-band Slot Antenna Design) 類似於前述之雙頻槽孔型天線,是利用三支槽孔型天線個別產生三個頻段的方式來完成。先針對個別天線頻率調整設計參數,例如天線槽孔的位置、寬度、長度,作系統的探討與分析,再依序由低頻、中頻到高頻、將先前設計好的個別天線逐一置入印刷電路板中,再對天線參數做細部的調整,以符合上述三個頻帶的規格。
最後整理出這種槽孔型天線設計的簡易流程,並針對天線的效率、增益、輻射場型等特性,探討實作與模擬的差異,以縮短天線設計商品化的時間。
摘要(英) This thesis proposed slot antenna designs for dual-band and tri-band wireless communication systems. First, we tuned the parameters to determine the requested frequency bands (WLAN、WiMAX and Bluetooth) of the antenna. Secondly, we developed the design procedures of the antenna by analyzing the main factors of slot antenna, such as slot width and length、slot patterns、 and meander lines. Further, we minimized the slot antenna size and fine-tuned the antenna bandwidth. Also we summarized a brief process flow of the slot antenna design. Finally, we compared the differences between HFSS simulations and hands-on experiments of the antenna characteristics, such as return loss、radiation efficiency、peak gain、and radiation pattern. Satisfactory results have been obtained.
關鍵字(中) ★ 多頻段天線
★ 槽孔型天線
★ 無線通訊
★ 天線設計
關鍵字(英) ★ antenna design
★ wireless communication
★ multi-band antenna
★ slot antenna
論文目次 目 錄 vi
圖 目 錄 viii
表 目 錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 論文綱要 3
第二章 天線的演進與理論 4
2.1 無線通訊標準頻段介紹 4
2.2 微帶天線簡介 7
第三章 雙頻天線設計 9
3.1 天線設計流程與概念 9
3.2 天線設計參數探討 11
3.3 雙頻槽孔型天線設計 12
3.4 雙頻槽孔型天線模擬結果 23
第四章 三頻槽孔型天線設計 27
4.1 設計2.4 GHz槽孔型天線 27
4.2 設計5.5 GHz槽孔型天線 31
4.3 設計3.5 GHz槽孔型天線 32
4.4 設計2.4 GHz與5.5 GHz雙頻槽孔型天線 34
4.5 形成三頻槽孔型天線 37
4.6 三頻槽孔型天線的模擬結果 39
第五章 天線實作、量測與分析 45
5.1 雙頻天線實際尺寸圖 45
5.2 三頻天線實際尺寸圖 46
5.3 天線製作 47
5.4 測試儀器與設備 49
5.5 雙頻天線量測與模擬之比較 51
5.6 三頻天線之反射係數模擬與量測 59
5.7 天線增益與效率 69
第六章 結論 71
參考文獻 72
圖 目 錄
圖3-1 微帶型天線設計流程圖 9
圖3-2 Polar軟體模擬計算 50 歐姆輸出阻抗下,應有的微帶線寬 度為 1.5 mm 12
圖3-3 2.4 GHz天線的平面圖 13
圖3-4 微調參數As2G (為2.4 GHz天線離PCB板邊緣的距離) 的反射係數圖 13
圖3-5 微調2.4 GHz天線長度參數Ad1的反射係數圖 14
圖3-6 微調2.4 GHz天線饋入線離PCB板邊緣距離參數的反射係數圖 15
圖3-7 微調2.4 GHz天線寬度參數的反射係數圖 16
圖3-8 確認2.4 GHz天線參數的反射係數圖 17
圖3-9 2.4 GHzHz天線的平面圖 17
圖3-10 微調2.4 GHz天線參數的反射係數圖 18
圖3-11 5.5 GHz天線的平面圖 19
圖3-12 微調5.5 GHz天線長度參數的反射係數圖 19
圖3-13 2.4 GHz & 5.5 GHz天線的平面圖 20
圖3-14 微調5.5 GHz天線參數的反射係數圖 20
圖3-15 微調5.5 GHz天線參數的反射係數圖 21
圖3-16 2.4 GHz與5.5 GHz雙頻天線的反射係數圖 22
圖3-17 雙頻槽孔型天線於2.45 GHz模擬之電流分佈圖 (a) 上視圖 (b) 下視圖 23
圖3-18 雙頻槽孔型天線於5.5 GHz模擬之電流分佈圖 (a) 上視圖 (b) 下視圖 24
圖3-19 雙頻槽孔型天線於2.45 GHz模擬的3-D埸型圖 25
圖3-20 雙頻槽孔型天線於5.5 GHz模擬的3-D埸型圖 26
圖4-1 Polar軟體模擬計算50歐姆輸出阻抗下,應有的微帶線寬度為1.5 mm 27
圖4-2 2.4 GHz天線的平面圖 28
圖4-3 微調2.4 GHz天線參數As2G的反射係數圖 28
圖4-4 微調2.4 GHz天線長度參數的反射係數圖 29
圖4-5 微調2.4 GHz天線參數As2.4 GHz 的反射係數圖 30
圖4-6 微調2.4 GHz天線參數As2.4 GHz 的反射係數圖 31
圖4-7 5.5 GHz天線的平面圖 31
圖4-8 微調5.5 GHz天線長度參數的反射係數圖 32
圖4-9 3.5 GHz天線的平面圖 32
圖4-10 3.5 GHz天線的反射係數圖 33
圖4-11 微調3.5 GHz天線參數Fs(為饋入線離PCB板邊緣的距離)的反射係數圖 34
圖4-12 2.4 GHz & 5.5 GHz天線的平面圖 35
圖4-13 微調2.4 GHz & 5.5 GHz天線參數的反射係數圖 35
圖4-14 微調2.4 GHz & 5.5 GHz天線參數的反射係數圖 36
圖4-15 微調2.4 GHz & 5.5 GHz天線參數的反射係數圖 37
圖4-16 三頻槽孔型天線的平面圖 37
圖4-17 三頻槽孔型天線的反射係數圖 37
圖4-18 三頻槽孔型天線於2.45 GHz模擬之電流分佈圖 (a) 上視圖 (b) 下視圖 39
圖4-19 三頻槽孔型天線於3.5 GHz模擬之電流分佈圖 (a) 上視圖 (b) 下視圖 40
圖4-20 三頻槽孔型天線於5.5 GHz模擬之電流分佈圖 (a) 上視圖 (b) 下視圖 41
圖4-21 三頻槽孔型天線於2.45 GHz模擬的3-D埸型圖 42
圖4-22 三頻槽孔型天線於3.5 Gz模擬的3-D埸型圖 43
圖4-23 三頻槽孔型天線於5.5 GHz模擬的3-D埸型圖 44
圖5-1 雙頻天線實際尺寸圖 45
圖5-2 三頻天線實際尺寸圖 46
圖5-3 禾宇精密科技有限公司的雕刻機,型號 : EP9702 47
圖5-4 雙頻天線實體相片 (a) 47
圖5-5 雙頻天線實體相片 (b) 48
圖5-6 三頻天線實體相片 (a) 48
圖5-7 三頻天線實體相片 (b) 49
圖5-8 網路分析儀,型號 Agilent Technologies E5071B 49
圖5-9 SATIMO SG 64 天線量測實驗室 50
圖5-10 雙頻天線之反射係數模擬與量測比較圖 51
圖5-11 雙頻天線對應到量測設備的座標圖 52
圖5-12 XY 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 52
圖5-13 XY 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 53
圖5-14 XZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 54
圖5-15 XZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 54
圖5-16 YZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 54
圖5-17 YZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 55
圖5-18 XY 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 55
圖5-19 XY 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 56
圖5-20 XZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 56
圖5-21 XZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 57
圖5-22 YZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 57
圖5-23 YZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 58
圖5-24 三頻天線之反射係數模擬與量測比較圖 59
圖5-25 三頻天線對應到量測設備的座標圖 59
圖5-26 XY 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 60
圖5-27 XY 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 60
圖5-28 XZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 61
圖5-29 XZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 61
圖5-30 YZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 62
圖5-31 YZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在2.45 GHz 62
圖5-32 XY 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 3.5 GHz 63
圖5-33 XY 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 3.5 GHz 63
圖5-34 XZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 3.5 GHz 64
圖5-35 XZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 3.5 GHz 64
圖5-36 YZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 3.5 GHz 65
圖5-37 YZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 3.5 GHz 65
圖5-38 XY 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 66
圖5-39 XY 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 66
圖5-40 XZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 67
圖5-41 XZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 67
圖5-42 YZ 切面上之Eφ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 68
圖5-43 YZ 切面上之Eθ輻射場型模擬量測比較圖,操作在 5.5 GHz 68
圖5-44 雙頻天線量測與模擬之天線增益,頻段為2.4~2.48 GHz 69
圖5-45 雙頻天線量測與模擬之天線效率,頻段為5.1~5.8 GHz 69
圖5-46 三頻天線量測與模擬之天線增益,頻段為2.4~2.48 GHz 和 3.4~3.7 GHz 70
圖5-47 三頻天線量測與模擬之天線效率,頻段為2.4~2.48 GHz 和 3.4~3.7 GHz 70
表 目 錄
表2-1 常見無線通訊標準頻段 6
參考文獻 [1] W. Ren, Z. Shi, Y. Li, and K. Chen, “Compact Dual-Band T-slot Antenna for
2.45/5 GHz Wireless Applications,” Communications, Circuits and Systems
Proceedings, 2006 International Conference, vol. 4, pp. 2493-2497, June 2006.
[2] H. G. Akhavan and D. M. Syahkal, “Study of Coupled Slot Antennas Fed by Microstrip Lines,” 10th Int. Conf. on Antennas and Propagation, Edinburgh, UK, l997, vol. l, pp. l290-l292
[3] A.S. Elkorany, A.I. Bahnacy, S.M. Elhalafawy, “Folded U-Slot Wideband Compact Printed Antenna,” Electromagnetics in Advanced Applications, ICEAA International Conference, pp. 563-566, 17-21 Sept. 2007.
[4] Tae-Hyun Kim, Dong-Chul Park, “Compact Dual-band Antenna with Double
L-slits for WLAN Operations,” Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE vol. 4, pp. 249-252, 2005.
[5] S. I. Latif, L. Shafai, and S. K. Sharma, “Bandwidth Enhancement and Size Reduction of Microstrip Slot Antennas,"IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 3, pp. 994-1003, Mar. 2005.
[6] S. K. Sharma, L. Shafai, and N. Jacob, “Investigation of Wide-band Microstrip Slot Antenna,"IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 52, pp. 865-872, Mar. 2004.
[7] J. M. Kim, J. G. YooK, Wong, Y. J. Yoon, J. Y. Park, and H. K. Park, “Compact Meander-Type Slot Antennas,” Antennas and Propagation society,2001 IEEE international symposium, vol. 2, pp. 724-727, July 2001.
[8] M. F. Abedin, and M. Ali, " Modifying the Ground Plane and Its Effect on Planar Inverted-F Antennas (PIFAs) for Mobile Phone Handsets," IEEE Trans. Antennas and Wireless Propag. Lett., vol. 2, pp. 226-229, 2003.
[9] Ding-Bing Lin, I-Tseng Tang, Ming-Zhang Hong and Hsin-Piao Lin “A Compact Quad-Band PIFA by Using Defected Ground Structure,” Antennas and Propagation International Symposium, 2007 IEEE, 9-15 June 2007, pp. 4677-4680
[10] S.I.Latif, L.Shafai and S.K.Sharma, “Bandwidth Enhancement and Size Reduction of Microstrip Slot Antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 3, pp. 994-l003, Mar. 2005.
[11] Y. T. Lo, “Theory and Experiment on Microstrip Antennas,” IEEE Trans.
Antennas Propagat., vol. AP-27, 1979, pp. 137-145.
[12] David M. Pozar, Microwave Engineering, 3rd edition, New York, NY, John
72
73
Wiley & Sons, 2005.
[13] K. F. Lee and W. Chen, Advances in Microstrip and Printed Antennas, John Wiley & Sons, Inc .1997, Chap.1.
[14] D. W. Browne, M. Manteghi, M. P. Fitz, and Y. R. Samii, “Experiments With Compact Antenna Arrays for MIMO Radio Communications,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 54, pp. 3239-3250, Nov. 2006.
[15] HFSS Ansoft Corporation, Pittsburgh, PA
[16] Polar Instruments Inc. http://www.polarinstruments.com/
指導教授 丘增杰(Tsen-Chieh Chiu) 審核日期 2010-12-24
推文 facebook   plurk   twitter   funp   google   live   udn   HD   myshare   reddit   netvibes   friend   youpush   delicious   baidu   

若有論文相關問題,請聯絡國立中央大學圖書館推廣服務組 TEL:(03)422-7151轉57407,或E-mail聯絡