系統識別號 | U0002-1909201615084700 |
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DOI | 10.6846/TKU.2016.00585 |
論文名稱(中文) | 一種新型漸變槽孔天線之設計 |
論文名稱(英文) | The Design of a Novel Tapered Slot Antenna |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 電機工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Electrical and Computer Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 104 |
學期 | 2 |
出版年 | 105 |
研究生(中文) | 陳盟崴 |
研究生(英文) | Meng-Wei Chen |
學號 | 602440207 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2016-07-19 |
論文頁數 | 71頁 |
口試委員 |
指導教授
-
李慶烈
委員 - 丘建青 委員 - 甘堯江 |
關鍵字(中) |
韋瓦第天線 槽線共振腔 三次仿樣曲線 漸變輪廓形狀 響應表面模型 田口優化法 |
關鍵字(英) |
Vivaldi Antenna Slot Line Cavity Cubic Splines Tapered Profile Response Surface Model Taguchi method |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本論文設計一種新型的漸變槽孔天線元件。首先,本論文針對微帶與slot line的transition結構進行設計,目標包括降低通帶(passband)的最低頻率fL,以及提供維持漸變槽孔天線所需的超寬頻阻抗頻寬;另外,針對天線元件,本論文不只考慮阻抗頻寬,還將考慮頻帶內的增益特性。 有關天線元件的尺寸考量,本論文提出幾種技巧來降低漸變槽孔天線的長度,但仍要能夠滿足低頻fL= 500MHz (或300MHz)要求;技巧之一是使用橢圓形(取代圓形)的slot line cavity,技巧之二是引進多段三次仿樣曲線(cubic spline)來建構漸變的輪廓形狀(tapered profile)。由於漸變輪廓形狀也會影響頻帶內的天線增益,因此,三次仿樣曲線同時也可用來調節通過頻帶內的增益特性。 |
英文摘要 |
This thesis conducts a design of an innovative tapered slot antenna element. At first, the transition of microstrip and slot line is designed, of which the goals include reducing the lowest frequency fL of the passband, and provide the required impedance bandwidth for the ultra-wideband slot antenna. In addition, for the antenna element, the thesis not only consider the impedance bandwidth, but also consider the gain characteristic in the passband. As the size of the antenna element is concerned, this thesis utilized several techniques to reduce the length of the tapered slot antenna, but with the requirement of low frequency fL = 500MHz (or 300MHz) being met; One technique is to use the oval slot line cavity, the second is the introduction of cubic splines to construct the tapered profile. Since the tapered profile also affects the antenna gain in the passband, and therefore, cubic splines also be used to adjust the gain characteristic of the passband. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
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 1 1.3 論文架構 5 第二章 韋瓦第天線設計 6 2.1傳統的韋瓦第天線 6 2.1.1韋瓦第天線的原理 7 2.1.2 饋入技術 9 2.2 指數漸變 10 2.2.1 漸變步階線模型 10 2.2.2 漸變傳輸線 11 2.2.3 曲線輪廓 13 2.3連續直交表的使用 14 2.4改良式田口最佳化法 17 第三章 應用改良式田口最佳化法於天線設計 20 3.1 簡介 20 3.2微帶-槽線過渡、槽線共振腔以及漸變輪廓的參數設計 21 3.2.1針對微帶-槽線過渡、槽線共振腔進行初始設計 21 3.2.2漸變輪廓為8段仿樣曲線之創新設計 28 3.2.3同時針對微帶-槽線過渡、槽線共振腔以及漸變輪廓的結構參數設計 31 3.3變更基板尺寸之設計 41 3.4漸變輪廓為3段仿樣曲線之創新設計 45 3.4.1漸變輪廓為3段仿樣曲線之設計 45 3.4.2同時加入基板尺寸與輪廓曲線之設計 51 第四章結論 69 參考文獻 71 圖目錄 圖2.1不同型態的TSA(a)指數(Vivaldi);(b)線性常數;(c)切線(Tangential);(d)指數常數;(e)拋物線;(f)步階常數;(g)線性;(h)破碎線性(Broken-linear) 6 圖2.2韋瓦第天線的漸變結構 8 圖2.3一個微帶到槽線的轉換 9 圖2.4步階的漸變曲率模型 10 圖2.5一個指數漸變形狀的輸入反射係數 12 圖2.6改良田口最佳化法流程圖 18 圖3.1雙過渡結構的示意圖 23 圖3.2第一次迭代的反射損耗 24 圖3.3第二次迭代的反射損耗 24 圖3.4第三次迭代的反射損耗 25 圖3.5第四次迭代的反射損耗 25 圖3.6第五次迭代的反射損耗 26 圖3.7優化後的雙過渡結構實體圖 26 圖3.8優化後的雙過渡結構之模擬與測量反射損耗圖 27 圖3.9優化後的雙過渡結構之模擬與測量透射損耗圖 27 圖3.10漸變輪廓由指數改以8段的三次仿樣曲線來設計之示意圖 30 圖3.11將微帶線向左折以進行饋入的示意圖 34 圖3.12第一次迭代的反射損耗—天線A 34 圖3.13第二次迭代的反射損耗—天線A 35 圖3.14第三次迭代的反射損耗—天線A 35 圖3.15第四次迭代的反射損耗—天線A 36 圖3.16第五次迭代(優化後)的模擬與測量之反射損耗—天線A 36 圖3.17優化後的三次仿樣曲線輪廓天線A結構之示意圖 37 圖3.18優化後的三次仿樣曲線輪廓天線A結構之實體圖 38 圖3.19優化後的傳統韋瓦第天線結構之示意圖 39 圖3.20五次迭代的模擬之反射損耗—傳統韋瓦第天線 40 圖3.21第一次迭代的反射損耗—天線B 42 圖3.22第二次迭代的反射損耗—天線B 42 圖3.23第三次迭代的反射損耗—天線B 43 圖3.24第四次迭代的反射損耗—天線B 43 圖3.25第五次迭代的反射損耗—天線B 44 圖3.26第一次迭代的反射損耗—天線C 47 圖3.27第二次迭代的反射損耗—天線C 47 圖3.28第三次迭代的反射損耗—天線C 48 圖3.29第四次迭代的反射損耗—天線C 48 圖3.30第五次迭代的反射損耗—天線C 49 圖3.31優化天線C的結構圖 50 圖3.32第一次迭代的反射損耗—天線D 55 圖3.33第二次迭代的反射損耗—天線D 55 圖3.34第三次迭代的反射損耗—天線D 56 圖3.35第四次迭代的反射損耗—天線D 56 圖3.36第五次迭代的反射損耗—天線D 57 圖3.37優化後天線結構實體圖 57 圖3.38優化後天線結構示意圖 58 圖3.39優化後的天線D之模擬與量測反射損耗值 59 圖3.40五次迭代的模擬之反射損耗—放大之傳統韋瓦第天線 59 圖3.41放大且優化後的傳統韋瓦第天線結構之示意圖 60 圖3.42天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(0.3GHz) 61 圖3.43天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(0.7GHz) 61 圖3.44天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(1.1GHz) 62 圖3.45天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(1.1GHz) 62 圖3.46天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(1.9GHz) 63 圖3.47天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(2.3GHz) 63 圖3.48天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(2.6GHz) 64 圖3.49天線D的H-plane(X-Y平面)的輻射場型模擬結果(3GHz) 64 圖3.50天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(0.3GHz) 65 圖3.51天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(0.7GHz) 65 圖3.52天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(1.1GHz) 66 圖3.53天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(1.5GHz) 66 圖3.54天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(1.9GHz) 67 圖3.55天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(2.3GHz) 67 圖3.56天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(2.6GHz) 68 圖3.57天線D的E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(3GHz) 68 表目錄 表2.1 直交表OA(18,5,3,2) 16 表3.1 直交表OA(54,18,3,2) 33 表3.2三次仿樣曲線輪廓天線A的各結構參數 38 表3.3 直交表OA(27,11,3,2) 46 表3.4 直交表OA (27,13,3,2) 54 表3.5優化後的天線D之各結構參數 54 |
參考文獻 |
參考文獻 [1] P. J. Gibson, “The Vivaldi aerial” , Proceedings of the 9th European Microwave Conference, 1979, pp. 103-105. [2] R. Janaswamy, D. H. Schaubert, and D. M. Pozar, “Analysis TEM mode linearly tapered slot antenna” ,Radio Science, Vol. 21, 1986, pp. 797–804. [3] R. Q. Lee and R. N. Simons, “Effect of Curvature on Tapered Slot Antennas” ,Antennas and Propagation Society International Symposium, AP-S. Digest, Vol. 1, 1996,pp. 188-191. [4] Adrian T.Sutinjo and Edwin Tung, “The Design of A Dual Polarized Vivaldi Array’’, Microwave Journal,Sep 2004,09 [5] J. P. Weem, Z. Popovic, and B. M. Notaros, “Vivaldi antenna arrays for SKA” , Antennas and Propagation Society International Symposium, Vol.1, 2000, pp. 174-177. [6] R. Rajaraman, “Design of a Wideband Vivaldi Antenna Array for the Snow Radar” ,Master thesis, The University of Kansas, India, 2004. [7] Alexander N. Sharp, Ross Kyprianou, “Vivaldi antennas: Wideband Radar Antennas Simulation and reality’’, 2007 IET International Conference on Radar Systems, pp.1-5 [8]Homayoon Oraizi,Shahrokh Jam, “Optimum Design of Tapered Slot Antenna Profile,” IEEE Transactions on Antennas and Propogation ,Vol.51,No.8,August 2003 [9]G. Taguchi, S. Chowdhury, and Y. Wu, Taguchi's Quality Engineering Handbook, John Wiley & Sons Inc., NJ, 2005. [10]C. Weng, F. Yang, and A. Z. Elsherbeni, Electromagnetics and Antenna Optimization using Taguchi's Method, Morgan & Claypool Publishers, CA, December 2007. |
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