淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


系統識別號 U0002-1106201421361800
中文論文名稱 載波聚合天線設計與模擬
英文論文名稱 Design and Simulation of Carrier Aggregate Antenna System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 黃梓城
研究生英文姓名 Tzu-Cheng Huang
學號 601440190
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-05-30
論文頁數 50頁
口試委員 指導教授-詹益光
委員-周允仕
委員-吳榮厚
中文關鍵字 載波聚合技術  長期演進技術  3D列印技術  系統優化  天線設計 
英文關鍵字 Carrier Aggregation  Long Term Evolution  3D printing technology  System Optimization  Antenna Design 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本篇論文主要研究長期演進技術(Long Term Evolution, LTE)中的載波聚合技術(Carrier Aggregation, CA),應用於3D印表機所印出的塑膠模板, 載波聚合技術是將多個載波同時使用,故我們會在載波聚合所使用的頻段選取其中幾個作為我們設計的目標頻段,先將選取頻率經過長度計算放置在平板上做模擬,再將模擬好的天線在放入載波聚合的模具上,會產生頻寬不足以及頻率飄移等問題,藉由我們在平面天線優化上的經驗,分別以加寬導線的寬度及調整導線長度來做修正,調整好的天線在多天線上還存在著隔離度的問題,我們分別以不同角度的隔離度來做模擬,得到90度以上的角度隔離度較佳,再加上考慮到天線個數上的問題,以90度為我們的最佳擺放位置。
英文摘要 Carrier aggregation, one of the novel technologies considered in the Long Term Evolution (LTE) system, is the technology to aggregate many component carriers together and have the user to transmit the data over the aggregated frequency bands to increase the user’s transmission rate. The frequencies of the frequency bands selected in the carrier aggregation are considered as the target bands. The design and the fabrication of antennas having frequencies associated with the target bands by utilizing 3D printer’s printing technology are considered in this thesis. In the design of carrier frequency aggregated antennas the required lengths of the target bands are first calculated; various shapes of strip lines with the calculated lengths are then fabricated with proper materials and line sizes. The simulated and fabricated antennas are then placed on the carrier frequency aggregated templates to have antenna characteristics such as the antenna bandwidths, target bands center frequencies and transmission characteristics such as s11, s12, s21, s22 are simulated and measured. Through optimization techniques to achieve best antennas characteristics the best combinations of lengths and widths of the strip lines are obtained through running the derived optimization algorithm after satisfactory number of iterations. Various lines placing angles are also considered and simulated to solve the possible isolation problems among the printed carrier aggregated antennas. From simulations the antennas will have the best isolation if their placing angles are more than 90 degrees. 90 degrees line placing angles are selected in the final antennas fabrication to simplify the process of line placing and its fabrication.
論文目次 目錄
中文摘要..........I
ABSTRACT........II
致謝.............IV
目錄.............V
圖目錄...........VII
表目錄...........IX
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 章節介紹 2
第二章 載波聚合天線系統概述 3
2.1 載波聚合技術 3
2.2 天線參數說明 6
2.2.1 諧振頻率 6
2.2.2 增益 7
2.2.3 頻寬 8
2.2.4 阻抗 9
2.2.5 天線的極化方式 10
2.2.6 電壓駐波比 11
2.2.7 天線電感 11
第三章 天線設計流程 13
3.1 模擬參數設定與材料選取 14
3.2 模擬與調整 18
3.3 模擬結果與分析 23
第四章 天線設計與模擬 30
4.1 單極天線模擬 30
4.1.1 單極天線的結構與原理 30
4.1.2 單極天線的模擬與比較 31
4.1.2.1 2.65GHz天線模擬設計 31
4.1.2.2 1.85GHz天線模擬設計 33
4.1.2.3 0.88天線模擬設計 35
4.1.3 單極天線的隔離度 37
4.2 載波聚合天線模擬 38
4.2.1 內部天線模擬與調整 39
4.2.2 外部天線模擬與調整 44
第五章 結論與未來展望 47
5.1 結論 47
5.2 未來展望 47
參考文獻 49

圖目錄
圖 2.1 3GPP文件中所定義的三種不同載波使用方法 4
圖 2.2 輻射方向圖 9
圖 2.3 線材與電感之換算示意圖 12
圖 3.1 天線的優化流程圖 13
圖 3.2 模擬參數設定與材料選取流程 14
圖 3.3 ABS的參數設定 15
圖 3.4 平面模板圖 15
圖 3.5 導體的參數設定 16
圖 3.6 蛇形天線 18
圖 3.7 模擬與調整流程 19
圖 3.8 地面設置 20
圖 3.9 饋入面設置 21
圖 3.10 遠場設置 21
圖 3.11 目標解設置 22
圖 3.12 頻率範圍設置 22
圖 3.13 模擬結果與分析 23
圖 3.14 天線的反射損失圖 24
圖 3.15 2.58GHz的3D輻射場形圖 25
圖 3.16 史密斯圖 26
圖 3.17 2.58GHz的史密斯圖 26
圖 3.18 電場輻射平面圖 27
圖 3.19 XZ平面的電場輻射平面圖 28
圖 3.20 YZ平面的電場輻射平面圖 28
圖 3.21 電流分佈圖 29
圖 4.1 單極天線的示意圖 30
圖 4.2 2.65GHz天線長度的反射損失結果(S11) 32
圖 4.3 2.65GHz天線長度調整後的反射損失結果(S11) 32
圖 4.4 1.85GHz天線長度的反射損失結果(S11) 34
圖 4.5 1.85GHz天線長度調整後的反射損失結果(S11) 34
圖 4.6 0.88GHz天線長度的反射損失結果(S11) 36
圖 4.7 0.88GHz天線長度調整後的反射損失結果(S11) 36
圖 4.8 天線間距離變化示意圖 37
圖 4.9 載波聚合天線所使用的八面體模具 39
圖 4.10 內部電路初始長度的反射損失(S11) 40
圖 4.11 內部電路長度調整後的反射損失(S11) 40
圖 4.12 天線隔離度擺放角度 41
圖 4.13 八面體各擺設角度的隔離度 41
圖 4.14 內部2.65GHz天線以ABS八面體環繞的示意圖 42
圖 4.15 內部2.65GHz天線以ABS八面體環繞的反射損失(S11) 43
圖 4.16 內部2.65GHz天線以ABS八面體環繞長度調整後的反射損失 43
圖 4.17 載波聚合雙頻天線擺設示意圖 44
圖 4.18 載波聚合天線的反射損失(S11) 45
圖 4.19 內部天線的隔離度 45
圖 4.20 外部天線的隔離度 46
圖 5.1 天線間加入超材料的示意圖 48

表目錄
表 2.1 同頻連續載波聚合運作頻段表 5
表 2.2 跨頻非連續載波聚合運作頻段表 6
表 4.1 2.65GHz天線長度比較 33
表 4.2 1.85GHZ天線長度比較 35
表 4.3 0.88GHz天線長度比較 37
表 4.4 2.65GHz天線間距離與隔離度關係38
表 4.5 1.85GHz天線間距離與隔離度關係38
表 4.6 天線位置擺設角度比較 42
表 4.7 載波聚合天線的結果 46
參考文獻 [1]Li Yang, “A Novel Conformal RFID Enabled Module Utilizing Inkjet-Printed Antennas and Carbon Nanotubes for Gas-Detection Application,” IEEE Antennas and Wireless Propagation letters, vol. 8, pp. 653, (2009).
[2]Paulsen, J.A., Renn, M. ,Christenson, K. and Plourde, R., “Printing Conformal Electronics on 3D Structures With Aerosol Jet Technology,” Future of Instrumentation International Workshop (FIIW), Oct. 8-9,2012,pp. 1-4.
[3]A. Mashal, F. Gao, and S. Hagness, “Heterogeneous anthropomorphic phantoms with realistic dielectric properties for microwave breast imaging experiments,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 53, no. 8, pp. 1896–1902, (2011).
[4]M. Lazebnik, E. Madsen, G. Frank, and S. Hagness, “Tissue-mimicking phantom materials for narrowband and ultrawideband microwave applications,” Phys. Med. Biol., vol. 50, no. 18, pp. 4245,(2005).
[5]Burfeindt, M.J. , Colgan, T.J.,Mays, R.O.,Shea, J.D.,Behdad, N.,Van Veen, B.D. and Hagness, S.C., “MRI-Derived 3-D-Printed Breast Phantom for Microwave Breast Imaging Validation,” Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, Vol. 11,pp. 1610-1613,(2012).
[6]D. Gesbert, L. Haumonte, H. Bolcskei, R. Krishnamoorthy and A. j. Paulraj,“Technologies and performance for non-line-of-sight broadband wireless access networks,” IEEE Commun. Magazine, Apr. 2002, pp. 86-95.
[7]R. D. Murch and K. B. Letaief, “Antenna system for broadband wireless access, ”IEEE Commun. Magazine, Apr. 2002, pp. 76-83.
[8]3GPP TR 36.913, ‘Requirements for further advancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) (LTEAdvanced)’
[9]3GPP “Summary of LTE Advanced Requirements presented at the workshop”, REV-080058, (2008).
[10]3GPP “LTE-Advanced – LTE evolution towards IMT-Advanced Technology components”, REV-080030, (2008).
[11]3GPP “Technologies for LTE-Advanced from RAN1 Perspectives”, R1- 081828, May. (2008).
[12]3GPP, “Carrier Aggregation explained,” http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/101-carrier-aggregation-explained
[13]King, Ronold, Owyang,and Gilbert H., “An experimental study of the slot aerial and the three-element collinear array of slot aerials, ”IEE-Part C, pp. 216-227(1960)
[14]Shah, A.H. , Subramaniam, S. ; Selvaperumal, S.K. ; Shah, A. and Khan, S., “Design and analysis of a Tri-band G-shaped Monopole antenna for bandwith improvement for wireless applications of measurement parameters in MIMO environment, ” Smart Instrumentation, Measurement and Applications (ICSIMA), 2013 IEEE International Conference on, Nov. 25-27,pp. 1-6,(2013)
[15]Ping Hui, “Design of Intergrated Inverted F Antennas Made of Asymmetrical Coplanar stripline, ”APPLIED MICROWAVE & WIRELESS, Jan.(2002)
[16]Warren L. Stutzman and Gary A. Thiele, Antenna Theory and Design, Second Edition, John Wiley, New York, (1998)
[17]Petre, P. and Sarkar, T.K., “A planar near-field to far-field transformation using an equivalent magnetic current approach, ” Antennas and Propagation Society International Symposium, 1992. AP-S. 1992 Digest. Held in Conjuction with: URSI Radio Science Meeting and Nuclear EMP Meeting., IEEE, vol.3, June 18-25(1992) , pp. 1534-1537
[18]Elvis Pontes, Anderson Silva, Adilson Guelfi and Sergio Takeo Kofuji, E-Learning – Organizational Infrastructure and Tools for Specific Areas. InTech, Chapters published February 17, (2012)
[19]Yen-Liang Kuo and Kin-Lu Wong, “ Printed double-T monopole antenna for 2.4/5.2 GHz dual-band WLAN operations, ” Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol.51, issue. 9, Sep, pp.2187-2192.(2003)
[20]Chih-Chun Hsu , Ken-Huang Lin,Hsin-Lung Su,Hung-Hsuan Lin and Chin-Yih Wu, “Design of MIMO Antennas with StrongIsolation for Portable Applications, ” Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009. APSURSI '09. IEEE, June 1-5, pp. 1-4.(2009)
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2019-06-16公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2019-06-16起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信