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系統識別號 U0002-1701201321103700
中文論文名稱 LTE手機多天線設計與量測
英文論文名稱 Design and Measurment of Multi-Antenna in LTE Cellphone
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 101
學期 1
出版年 102
研究生中文姓名 李柏宏
研究生英文姓名 BO-HONG Li
學號 798440078
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-12-19
論文頁數 63頁
口試委員 指導教授-李揚漢
委員-趙亮琳
委員-范俊杰
中文關鍵字 LTE  天線  隔離度  MIMO  手機 
英文關鍵字 LTE  Antenna  Isolation  MIMO  Smartphones 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本論文主要研究長期演進技術LTE(Long Term Evolution)多天線系統,應用於LTE智慧手機上,本文主要分為三個部分;首先,LTE天線應用於手機上必須評估多天線擺放可行性,才有助於實現放置手機內,第二;設計並實現可操作在LTE Band 40 2300 MHz-2400 MHz天線,並加以改善隔離度以及量測天線各種特性,第三;實際量測LTE天線測試傳輸速率,並探討MIMO LTE多天線系統應用於手機上結論分析。

本文以市面上4.3英吋常見智慧手機當作一個參考大小,在有限空間裡放入8支TD-LTE Band 40頻段天線,在手機大小空間裡擺放多支LTE天線,會使得天線與天線之間距離相當靠近,造成減少多路徑(multi-Path)效應、基頻信號處理困難、傳輸速率變低等…本文主要探討多天線設計應用,並加以改善天線之間隔離度(Isolation),避免天線在資料傳輸造成互相干擾(Interference),以提高實體層傳輸率,實現LTE多天線系統應用於手機上。
英文摘要 This research aims to investigate the application of the LTE (Long Term Evolution) of multi-antenna system on LTE Smartphones. The thesis is divided into three parts. a.) The evaluation of the practicability on the placement of the LTE antenna on Smartphones. b.) Design and implement the LTE antenna for Band 40 frequency 2300 MHz to 2400 MHz while improving the antenna isolation and measuring the LTE antenna performance. c.) Measure the LTE antenna throughput and analyze the application of the MIMO LTE antenna on Smartphones. With a 4.3 inch Smartphone as the referent size, placing 8 pieces of TD-LTE Band 40 antenna closely usually causes multi-path effect and low throughput issue. Thus, the main focus of the study is to improve the antenna isolation and reduce interference. The results of the thesis can be used for the Multi-antenna design
on Smartphones.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 III
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
1. 第一章 介紹 1
1.1 概述 1
1.2 研究動機 2
1.3 文獻參考 4
1.4 章節概要 5
2. 第二章 LTE 多天線手機設計概念 8
2.1 概述 8
2.2 天線設計 9
2.2.1天線設計流程 9
2.2.2偶極天線設計規格 11
2.3 半波偶極天線 12
2.3.1半波偶極天線架構 12
2.3.2偶極天線設計 14
2.4 天線模擬分析與討論 15
3. 第三章 LTE 多天線手機實作與實現 24
3.1 概述 24
3.2 天線製作 24
3.3 天線量測與參數分析 26
3.4 分析與討論 36
4. 第四章 LTE 多天線手機傳輸量測 38
4.1 概述 38
4.2 量測系統 38
4.2.1測試方法 38
4.2.2測試軟硬體介紹 41
4.3 Throughput 測試結果 41
4.4 分析與討論 56
5. 第五章 結論 59
5.1 結論 59
5.2 未來展望 59
參考文獻 61

圖目錄
圖2.1 天線設計流程 10
圖2.2 手機天線以環狀式方式擺放示意圖 12
圖2.3 半波偶極天線簡易構造圖 12
圖2.4 偶極天線電流分佈圖 13
圖2.5 半波偶極天線RCL等效電路 14
圖2.6 半波偶極天線幾何圖以及尺寸標示 16
圖2.7 天線背後金屬片尺寸及位置 18
圖2.8 微調天線背後金屬片不同尺寸S11諧振頻率 18
圖2.9 模擬單支天線場型增益 19
圖2.10 模擬三支天線相鄰位置圖 20
圖2.11 模擬三支相鄰天線共振頻帶與隔離度 20
圖2.12 天線電流分布圖 20
圖2.13 ANT1天線場型增益 21
圖2.14 ANT2天線場型增益 21
圖2.15 ANT3天線場型增益 21
圖2.16 ANT1與ANT6 X、Y、Z座標示意圖 22
圖2.17 ANT1 天線輻射場型 23
圖2.18 ANT6天線輻射場型 23
圖3.1 半波偶極LTE天線尺寸實際圖 25
圖3.2 模擬手機尺寸和LTE天線側邊黏貼實際圖 25
圖3.3上方及下方和黏貼LTE天線位置實際圖 26
圖3.4 ANT_1未增加天線背後金屬片匹配反射損失S11 27
圖3.5 ANT_2未增加天線背後金屬片匹配反射損失S11 27
圖3.6 增加天線背面金屬貼紙 28
圖3.7 S11為ANT_1天線背後增加銅箔貼紙匹配天線反射損失 29
圖3.8 S22為ANT_2天線背後增加銅箔貼紙匹配天線反射損失 29
圖3.9 ANT_1與ANT_2天線背後增加金屬片隔離度 30
圖3.10 為ANT_1 VSWR 在1.3~1.7之間 30
圖3.11 ANT_2 VSWR 在1.5~1.8之間 31
圖3.12 S11為ANT_1反射損失 32
圖3.13 S22為ANT_8反射損失 32
圖3.14 ANT_1與ANT_8隔離度 32
圖3.15 3D無反射實驗擺放相對X、Y、Z座標軸定義 34
圖3.16 Antenna-XZ plane 34
圖3.17 Antenna-YZ plane 35
圖3.18 Antenna-XY plane 35
圖3.19 模擬與實測比較 37
圖4.1測試環境B3停車場 39
圖4.2 Intel6300 PCI-E Card實體照 40
圖4.3測試平台 41
圖4.4 模擬手機水平擺放 42
圖4.5模擬手機垂直擺放 42
圖4.6天線編號 42
圖4.7 水平擺放30公尺Down-link測試結果 44
圖4.8 水平擺放30公尺Up-link測試結果 45
圖4.9 水平擺放30公尺Bi-directional測試結果 46
圖4.10 水平擺放60公尺Down-link測試結果 47
圖4.11 水平擺放60公尺Up-link測試結果 48
圖4.12 水平擺放60公尺Bi-directional測試結果 49
圖4.13 垂直擺放30公尺Up-link測試結果 50
圖4.14 垂直擺放30公尺Up-link測試結果 51
圖4.15 垂直擺放30公尺Bi-directional測試結果 52
圖4.16 垂直擺放60公尺Down-link測試結果 53
圖4.17 垂直擺放60公尺Up-link測試結果 54
圖4.18 垂直擺放60公尺Bi-directional測試結果 55

表目錄
表2.1 為LTE FDD使用頻段以及使用國別 8
表2.2 為LTE TDD 使用頻段以及使用國別 9
表2.3 調查201~2012年4.3吋主流手機尺寸 11
表2.4不同天線面積共振頻率與天線增益 17
表3.1 相鄰天線隔離度總表 33
表3.2 天線增益總表 36
表4.1 天線排列組合表 43
表4.2 垂直擺放30公尺處與2dBi偶極天線比較 56
表4.3 垂直擺放60公尺處與2dBi偶極天線比較 57
表4.4 水平擺放30公尺處與2dBi偶極天線比較 57
表4.5 水平擺放60公尺處與2dBi偶極天線比較 58

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