針對一個小型行動裝置的MIMO天線(e.g.2X2)，在空間有限的情況下，本論文提出一種雙頻的MIMO天線，且利用非對稱的結構來提高其隔離度的設計。 此MIMO天線由兩個具有類似結構(但有差異)的天線元件組成，天線元件的結構為一個以偶極天線當負載的狹縫(slit)，其中激發槽狹縫將負責高頻帶(5GHz-6GHz)的輻射，偶極負載則負責低頻帶(2.4GHz)的輻射，另一個天線元件則反其道而行，其激發狹縫負責低頻帶的輻射，偶極負載則負責高頻帶的輻射。
本論文針對厚度為0.8mm的FR4基板(相對介電係數為4.4)進行天線設計，模擬與實驗結果皆顯示，此一創新結構將可使隔離度更加提升(相較於對稱結構)，其原因在於負責相同頻率輻射的兩個天線輻射體，具有不同的幾何結構(分別為狹縫及偶極金屬導線)，導致輻射體之間的互耦量減少之故；此外，針對此一雙頻的MIMO天線，吾人使用一種系統化的天設計流程，此一流程是結合了直交表(orthogonal array; OA)和響應表面模型(response surface modeling ; RSM)的技術，非常適合針對此一非對稱高隔離度MIMO天線進行優化設計。

For the design of MIMO antennas (2x2 for examples) of a small mobile device with limited space, this thesis proposes a dual-band MIMO antenna design, and the use of non-symmetrical structure to improve the isolation of the elements. The proposed MIMO antenna consists of two similar (but yet different) elements. Both elements are in the form of the slit loaded with a dipole antenna. For one element the slit is responsible for the high-band (5GHz-6GHz) radiation, and the dipole is responsible for the low-band (2.4GHz) radiation. For the other element, the design logic is the opposite, of which the slit is responsible for the low-band (2.4GHz) radiation, and the dipole is responsible for the high-band (5GHz-6GHz) radiation. 

  In this thesis, the above MIMO antenna is assumed to reside on an FR4 board of the thickness of 0.8mm (relative dielectric constant of 4.4). Both simulated and experimental results show that the innovative structure can improve the isolation (as compared to the symmetric structure). Since the antenna radiators that are responsible the same frequency band have different geometries, and they are slit and dipole wire, respectively, such that the mutual coupling between them is reduced. Furthermore, for the proposed dual-band MIMO antenna, a systematic scheme is employed to carry out the antenna design instead of trial and error. The design scheme utilizes both the technology of orthogonal array (OA) and response surface model (RSM) and is well suited for the optimization design process to achieve the high isolation for the asymmetric MIMO antenna.

目錄
中文摘要	 I
英文摘要	 II
   第一章  序論	1
  1.1 簡介	1
  1.2 研究背景與主要貢獻	1 
  1.3 論文架構	5
第二章  以非對稱結構提升MIMO天線隔離度之設計	6
  2.1 連續直交表 (Consecutive Orthogonal Arrays, COAs)	6 
  2.2 改良式田口最佳化法	11
  2.3對稱結構距20mm V.S. 非對稱結構距20mm的比較	13
  2.4對稱結構距5mm V.S. 非對稱結構距5mm的比較	30
  2.5 對稱結構距1mm V.S. 非對稱結構距1mm的比較	45
第三章  天線反射係數之量測比較	53
第四章  結論	75
參考文獻	78

圖目錄
圖2.1 田口最佳化法流程圖	9
圖2.2改良田口最佳化法流程圖	12
圖2.3 小型WLAN雙頻天線	15
圖2.4小型WLAN雙頻天線的修改結構(以改良式田口法優化).15
圖2.4-1將2支小型天線擺放在一起形成雙頻MIMO天線	15
圖2.4-2改變結構之WLAN雙頻天線 S11 參數 模擬圖	16
圖2.5 對稱結構(間距20mm)MIMO天線	16
圖2.6非對稱結構(間距20mm)MIMO天線及參數	16
圖2.7 對稱結構(間距20mm)MIMO天線之S參數模擬圖	17
圖2.8 非對稱結構(間距20mm)MIMO天線之S參數模擬圖	17
圖2.9 非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解之
  S11 變化圖	18
圖2.10非對稱結構(間距20mm) MIMO天線第三次迭代優化解之
S21變化圖	18
圖2.11 非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代之
  S22變化圖	19
圖2.12 非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解之
S參數模擬圖	19
圖2.13  對稱結構(間距20mm)MIMO天線之 電流分佈圖
(頻率為2.4GHz)	20
圖2.14  對稱結構(間距20mm)MIMO天線之 電流分佈圖
(頻率為5.2GHz)	20
圖2.15  對稱結構(間距20mm)MIMO天線之 電流分佈圖
  (頻率為5.8GHz)	21
圖2.16非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解之
  電流分佈圖(頻率為2.4GHz)	21
圖2.17 非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解之
  電流分佈圖(頻率為5.2GHz)	22
圖2.18 非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解之
  電流分佈圖(頻率為5.8GHz)	22
圖2.19非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型H-Plane
  (X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz)只激發port1	23
圖2.20 非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型E-Plane
(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz) 只激發port1	23
圖2.21非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型H-Plane
  (X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz) 只激發port1	24
圖2.22非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型E-Plane
  (Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz) 只激發port1	24
圖2.23非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型H-Plane
  (X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz) 只激發port1	25
圖2.24非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型E-Plane
  (Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz) 只激發port1	25
圖2.25非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型H-Plane
  (X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz) 只激發port2	26
圖2.26非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型E-Plane
  (Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz) 只激發port2	26
圖2.27非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型H-Plane
  (X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz) 只激發port2	27
圖2.28非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型E-Plane
  (Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz) 只激發port2	27
圖2.29非對稱結構(間距20mm) 第三次迭代之輻射場型H-Plane
(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz) 只激發port2	28
圖2.30非對稱結構(間距20mm)第三次迭代之輻射場型E-Plane
  (Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz) 只激發port2	28
圖2.31 對稱結構5mm天線	31
圖2.32 非對稱(間距5mm) 天線及參數	32
圖2.33 對稱結構(間距5mm) 之 S 參數模擬圖	32
圖2.34 非對稱結構(間距5mm) 之 S 參數模擬圖	33
 圖2.35 非對稱結構(間距5 mm)MIMO天線經五次迭代優化後之
  S11變化圖	33
圖2.36非對稱結構(間距5mm)MIMO天線經五次迭代優化後之
  S21變化圖	34
圖2.37非對稱結構(間距5mm)MIMO天線經五次迭代優化後之
  S22 變化圖	34
圖2.38 非對稱結構(間距5 mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
  S參數 模擬圖	35
圖2.39 對稱結構(間距5mm)MIMO天線之電流分佈圖
(頻率為2.4GHz)	35
圖2.40 對稱結構(間距5mm)MIMO天線之電流分佈圖
(頻率為5.2GHz)	36
圖2.41 對稱結構(間距5mm)MIMO天線之電流分佈圖
(頻率為5.8GHz)	36
圖2.42 非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
電流分佈圖(頻率為2.4GHz)	37
圖2.43 非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
電流分佈圖(頻率為5.2GHz)	37
圖2.44 非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
電流分佈圖(頻率為5.8GHz)	38
圖2.45非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻射  場型H-Plane(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz)只
激發port1	38
圖2.46非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻射     場型E-Plane(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz) 只
激發port1	39
圖2.47非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻射場型H-Plane(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz) 只
激發port1	39
圖2.48非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻射場型E-Plane(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz) 只
激發port1	40
圖2.49非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻射場型H-Plane(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz) 只
激發port1	40
圖2.50非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型E-Plane(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz)只
激發port1	41
圖2.51非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型H-Plane(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz)只
激發port2	41
圖2.52非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型E-Plane(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為2.4GHz)只
激發port2	42
圖2.53非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型H-Plane(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz)只
激發port2	42
圖2.54非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型E-Plane(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.2GHz)只
激發port2	43
圖2.55非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型H-Plane(X-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz)只
激發port2	43
圖2.56非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之輻
射場型E-Plane(Y-Z平面) 模擬實測比較圖(頻率為5.8GHz)只
激發port2	44
圖2.57 對稱結構(間距1mm)MIMO天線	46
圖2.58 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線及參數	47
圖2.59 對稱結構(間距1mm)MIMO天線之 S 參數模擬圖	47
圖2.60 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線之 S 參數模擬圖	48
圖2.61 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線第五次迭代優化解之 
  S11變化圖	48
圖2.62 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線第五次迭代優化解之 
  S21變化圖	49
圖2.63 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
S22 變化圖	49
   圖2.64  對稱結構(間距1mm)MIMO天線之電流分佈圖
   (頻率為2.4GHz)	50
   圖2.65  對稱結構(間距1mm)MIMO天線之電流分佈圖
   (頻率為5.2GHz)	50
   圖2.66  對稱結構(間距1mm)MIMO天線之電流分佈圖
   (頻率為5.8GHz)	51
圖2.67 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
  電流分佈圖(頻率為2.4GHz)	51
圖2.68 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
  電流分佈圖(頻率為5.2GHz)	52
   圖2.69非對稱結構(間距1mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
  電流分佈圖(頻率為5.8GHz)	52   
圖3.1對稱結構(間距20mm) MIMO天線之S參數實際測量圖	55
圖3.2對稱結構(間距20mm) MIMO天線之 S11實際模擬
比較圖	55
圖3.3對稱結構(間距20mm) MIMO天線之S21實際模擬
比較圖	56
圖3.4對稱結構(間距20mm) MIMO天線之S22實際模擬
比較圖	56
圖3.5 對稱結構(間距20mm) MIMO天線實體圖	57
圖3.6非對稱結構(間距20mm)MIMO天線之S參數實際量測圖	57
圖3.7非對稱結構(間距20mm)MIMO天線之S11實際模擬
比較圖	58
圖3.8非對稱結構(間距20mm)MIMO天線之S21實際模擬
比較圖	58
圖3.9非對稱結構(間距20mm)MIMO天線之S22實際模擬
比較圖	59
圖3.10非對稱結構(間距20mm)MIMO天線實體圖(尚未優化)	59
圖3.11非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解
實際量測圖	60
圖3.12非對稱結構(間距20mm) MIMO天線第三次迭代優化解
S11實際模擬比較圖	60
圖3.13非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解
S21實際模擬比較圖	61
圖3.14非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次優化解之
S22實際擬比較圖	61
圖3.15對稱結構(間距5mm)MIMO天線實體圖	62
圖3.16對稱結構(間距5mm)MIMO天線S參數實際量測圖	62
圖3.17對稱結構(間距5mm)MIMO天線 S11實際模擬比較圖	63
圖3.18對稱結構(間距5mm)MIMO天線S21實際模擬比較圖	63
圖3.19對稱結構(間距5mm)MIMO天線S22實際模擬比較圖	64
圖3.20非對稱結構(間距20mm)MIMO天線第三次迭代優化解之
天線實體圖(經優化)	64
圖3.21非對稱結構(間距5mm) MIMO天線S參數實際量測圖	65
圖3.22非對稱結構(間距5mm)MIMO天線S11實際模擬比較圖	65
圖3.23非對稱結構(間距5mm)MIMO天線S21實際模擬比較圖	66
圖3.24非對稱結構(間距5mm)MIMO天線S22實際模擬比較圖	66
圖3.25 非對稱(間距5mm)MIMO天線實體圖(尚未優化)	67
圖3.26非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
S參數實際量測圖	67
圖3.27非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
S11實際模擬比較圖	68
圖3.28非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次跌代優化解
S21實際模擬比較圖	68
圖3.29非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之
S22實際模擬比較圖	69
圖3.30非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次優化解之天線
實體圖(經優化)	69
圖3.31對稱結構(間距1mm)MIMO天線S參數實際量測圖	70
圖3.32對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S11實際模擬比較圖	70
圖3.33對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S21實際模擬比較圖	71
圖3.34對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S22實際模擬比較圖	71
圖3.35對稱結構(間距1mm)MIMO天線之實體圖	72
圖3.36非對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S參數實際量測圖	72
圖3.37非對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S11實際模擬
比較圖	73
圖3.38非對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S21實際模擬
比較圖	73
圖3.39非對稱結構(間距1mm)MIMO天線之S22實際模擬
比較圖	74
圖3.40 非對稱結構(間距1mm)MIMO天線之實體圖	74













表目錄
表2.1 直交表OA (27,9,3,2)	8
表2.2非對稱結構20mm第三次迭代之參數最佳解	29
表2.3非對稱結構(間距5mm)MIMO天線第五次迭代優化解之參
數	44
表4.1 非對稱結構與對稱結構在不同間距下的MIMO天線之
S21	76

參考文獻
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