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系統識別號 U0002-2707201015163000
中文論文名稱 平面倒L/F天線饋入方式的比較研究
英文論文名稱 Investigation of Feeding Methods for the Inverted L/F antennas
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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 陳曦
研究生英文姓名 Hsi Chang
學號 697440369
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-07
論文頁數 86頁
口試委員 指導教授-李慶烈
委員-李慶烈
委員-陳一鋒
委員-丘建青
中文關鍵字 倒L天線  寄生  偏移饋入 
英文關鍵字 offset-fed  ILA 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 近幾年來,行動通訊網路一直是無線通訊最廣泛的應用,伴隨著網路世界的快速發展,網路已成為應用軟體重要的搭載平台,而由固定寬頻網路發展出無線區域網路,乃是非常重要且關鍵的一步,它能使消費者可連接(access)的網路區域延伸涵蓋任何角落。不需網路線只需透過無線行動裝置即可上網,然而,在這些輕巧的行動裝置中,天線要如何整合至電子產品,則需要設計上的巧思,其中縮小天線的面積尺寸為重要的關鍵技術。
本論文首先探究基本的倒L天線結構的特性,比較原先饋入方式之實部阻抗及虛部阻抗等差異性,提出利用偏移饋入的方式,改善ILA於原基頻(1.8GHz)處的阻抗不匹配問題,但依舊保有ILA天線低剖面、體積小等先天上的優點,此一方式和傳統倒F天線(IFA)的概念完全不同。
接著,從接地面上,引進幾種不同幾何形狀的耦合strip,用來增加上述偏移饋入天線的可應用頻率範圍,以達成雙頻天線的設計,並進一步探究此類天線的特性,與原有天線之反射損耗、實部阻抗及虛部阻抗等進行比較,逐步利用耦合strip的變化來達成雙頻模態的設計目標。
最後,本論文探討了改動傳統倒F天線饋入位置的影響。模擬結果顯示,單純的移動倒F天線饋入位置,可以大幅度的移動其中心頻率,且可維持良好的阻抗匹配,這是相當有趣的現象且有其實用價值。
英文摘要 In recent years, mobile communication network has been the most widely used wireless application, along with the rapid development of the Internet world wide web. Nowadays, network has become an important platform to carry various software application. Furthermore, the development of wireless LAN out of the fixed broadband networks is a very important and critical step, which enables consumers to access network almost from any place. No need for the cable can one access the network via simply the wireless mobile devices. However, with these compact mobile devices the antenna should be
carefully integrated, which requires design ingenuity. Among which, technologies to reduce the antenna size are important ones .
In this thesis the characteristics of the basic inverted L antenna are examined first. As a good comparison of the original inverted L antenna, an offset-fed inverted L antenna is proposed to improve the ILA, for which the impedance mismatch problem at the fundamental frequency (1.8GHz) is resolved, but still retain the low profile, small size and other inherent advantages of the ILA antenna. The offset-fed approach is is entirely different from the design concept of the traditional inverted F antenna (IFA).
Then, associated with the ground surface, the introduction of several coupling strips of different geometrical shape is employed to increase available frequency range for the offset feed antenna. The goal is to achieve the dual-band antenna design. By exploring the characteristics of such antennas, the return loss, the real part of impedance and imaginary impedance of the original antenna were carefully compared, by which the uses of coupled strip are tested with the aim of dual-band design.
Finally, the paper investigate effect of changing the feeding position of the traditional inverted F antenna. Simulation results show that by simply changing the feeding position the resonant frequency can be substantially moved around, while a very good impedance matching is maintained, which is quite interesting and of practial use.
論文目次 中文摘要.........................II
英文摘要........ ................ IV
第一章 序論...................... 1
1.1 研究背景................... 1
1.2 研究動機....................2
1.3 論文架構....................4

第二章 偏移饋入ILA天線的設計(一)........... 5
2.1 倒L天線(Inverted L Antenna,簡稱ILA)的原理.. 5
2.1.1倒L型天線與單極天線的特性比較..........6
2.1.2偏移饋入位置的倒L型天線.............9
2.2 ILA饋入點水平移動(改變L1)的探討........ 12
2.3 增加寄生元件Strip1以期雙頻應用.........18
2.4 引進寄生strip2 (高度H3)使其雙頻應用...... 21
2.5 增加寄生元件L4使其雙頻應用...........26
2.6 引進寄生strip4使其雙頻應用...........29

第三章 偏移饋入ILA倒L天線應用的設計(二) ....... 33
3.1 偏移饋入ILA天線(2.4G)簡介........... 33
3.2 倒L天線水平部份L總長之比較.......... 37
3.3 引進一倒L形的寄生strip使成雙頻........ 41
3.4 引進一形狀q的寄生strip使成雙頻........ 46
3.5 引進矩形的寄生strip使成雙頻.......... 49
3.6 天線輻射場型模擬與實測............ 54

第四章 移動饋入位置的探討........... ... 59
4.1 倒F天線饋入位置的移動測試........ ...59
4.2 倒F天線的饋入點向下移動......... ...66
4.2.1倒F天線的饋入點向下移動........... ... 66
4.2.2 降低高度H並向下移動倒F天線饋入位置........ 74

第五章 結論......................82

參考文獻........................ 84


圖目錄

圖 2.1倒L型天線的示意圖..................5
圖 2.2單極天線被彎曲(Bend)成倒L型天線的示圖........7
圖 2.3不同高度H與彎曲長度L1的倒L型天線之反射損耗模擬圖.. 7
圖 2.4不同高度H與彎曲長度L1的倒L型天線的輸入阻抗圖.... 8
圖 2.5 (a)傳統饋入的倒L天線之結構圖,(b)偏移饋入的倒L天線之 結構圖....................... 10

圖 2.6 傳統ILA與偏移饋入的ILA之反射損耗模擬圖...... 11
圖 2.7偏移饋入的ILA之實測與模擬反射損耗圖的比較..... 11
圖 2.8傳統ILA與偏移饋入的ILA之輸入阻抗圖.........12
圖 2.9 改變饋入點位置的偏移饋入ILA天線圖結構示意圖.. 14
圖 2.10移動饋入點位置L1(4mm至9mm)的偏移饋入ILA之反射損耗
模擬圖..........................15

圖 2.11移動饋入點位置L1(8mm至11mm)的偏移饋入ILA之反射損耗
模擬圖..........................15

圖 2.12針對偏移饋入ILA,L1分別為4mm和9mm的模擬與實測反
射損耗圖的比較......................16

圖 2.13移動饋入點位置L1(4和9)的偏移饋入ILA輸入阻抗圖...17
圖 2.14偏移饋入ILA伴隨寄生strip1(高度H2)的天線結構示意
圖.......................... . 19

圖 2.15改變高度H2對偏移饋入ILA伴隨寄生strip1的天線之反射損耗
模擬圖比較................... .... 20

圖 2.16改變距離d1對偏移饋入ILA伴隨寄生strip1的天線之反射損耗模擬圖比較...................... .20

圖 2.17針對偏移饋入ILA伴隨寄生strip1的天線,令d1=1mm且
H2=5mm的實測與模擬之反射損耗圖比較............21

圖 2.18引進寄生strip2的偏移饋入ILA天線結構示意圖.....23
圖 2.19引進寄生strip2的偏移饋入ILA天線,改變間距d3對應的反射
損耗模擬圖比較(固定H3=5mm)...............24

圖 2.20引進寄生strip2的偏移饋入ILA天線,改變高度H3對應的反射
損耗模擬圖比較(固定間距d3=0.5mm)............24

圖 2.21針對引進寄生strip2的偏移饋入ILA天線,其實際量測與模擬之反射損耗模擬圖.................... 25

圖 2.22針對引進寄生strip2的偏移饋入ILA天線,當高度H3不同時對
應的之輸入阻抗圖.....................25

圖 2.23引進寄生strip3(長度L4)的偏移饋入ILA天線結構示意
圖............................27

圖 2.24針對引進寄生strip3的偏移饋入ILA,改變長度L4對應的反射
損耗模擬圖........................28

圖 2.25針對引進寄生strip3的偏移饋入ILA,改變長度L4對應的輸入阻抗圖......... ................ 28

圖 2.26引進寄生strip4(寬L5、高H2)的偏移饋入ILA天線結構示意
圖............. .............. 30

圖 2.27針對引進寄生strip4(固定寬L5=2、d2=3) 的偏移饋入ILA,
改變長度H2對應的反射損耗模擬圖..............31

圖 2.28引進寄生元件strip4,改變長度d2之反射損耗模擬圖.. 31
圖 2.29 d2=2mm及H2=0.5mm之模擬與實測反射損耗模擬圖... 32
圖 2.30引進寄生strip4,改變長度d2所對應輸入阻抗圖.... 32
圖 3.1將尺寸縮小後的偏移饋入ILA(2.4G)天線的兩者結構圖示意圖............................34

圖 3.2偏移饋入ILA(2.4G)天線之反射損耗模擬圖....... 35
圖 3.3偏移饋入ILA(2.4G)天線(圖3.1(b))的實測與模擬反射損耗
圖................... ........ 35

圖 3.4偏移饋入ILA(2.4G)天線(圖3.1)之輸入阻抗圖.....36
圖 3.5針對偏移饋入ILA(2.4G)天線(圖3.1(b)),改變饋入位置L1對應的之反射損耗模擬比較圖................37

圖 3.6改變L2總長之倒L天線圖示意圖............ 39
圖 3.7改變總長度L之反射損耗模擬圖............ 40
圖 3.8針對偏移饋入ILA,當其長度L為15mm及20mm的實測與模擬
反射損耗圖....................... 40

圖 3.9針對偏移饋入ILA,當其長度L分別為15、30mm之輸入阻圖 41
圖 3.10引進一倒L形的寄生strip(高度H2與寬度G2)的偏移饋入
ILA天線的結構示意圖................... 42

圖 3.11為引進寄生strip並改變其間距d2所對應的反射損耗之比較 (固定H2=5mm和G2=2.5mm),w/o strip為原偏移饋入ILA....43

圖 3.12改變間距d2所對應的反射損耗模擬圖比較....... 44
圖 3.13為當d2=3mm、H2=5mm且G2=2.5mm時,此偏移饋入ILA天線
的實測反射損耗與模擬圖比較................44

圖 3.14引進寄生strip 前後輸入阻抗的差異比較圖...... 45
圖 3.15間距d2分別為1mm和3mm的輸入阻抗圖........ 46
圖 3.16具形狀q的寄生strip(改變高度H3)之偏移饋入ILA天線
結構的示圖.................... 47
圖 3.17針對一具形狀q的寄生strip之偏移饋入ILA天線,改變高度H3
所對應的反射損耗模擬圖.............. 48
圖 3.18針對一具形狀q的寄生strip之偏移饋入ILA天線,H2分別為 1mm與4mm(固定G2=3mm)的輸入阻抗圖............48

圖 3.19具矩形寄生strip(改變d3)之偏移饋入ILA天線的結構示意
圖............................50

圖 3.20針對具矩形寄生strip之偏移饋入ILA天線,改變間d3(3mm-4mm) 所對應的反射損耗模擬圖............... 51

圖 3.21針對具矩形寄生strip之偏移饋入ILA天線,改變間距
d3(4.5mm-5.5mm) 所對應的反射損耗模圖....... 52
圖 3.22針對具矩形寄生strip之偏移饋入ILA天線,改變間距
d3(5.1mm-5.3mm) 所對應的反射損耗模擬圖...... 52
圖 3.23針對具矩形寄生strip之偏移饋入ILA天線,當d3分別為3mm
與5.2mm之反射損耗圖................53
圖 3.24(a) d3=3mm,(b) d3=5.2mm實體雙頻天線圖...... 54
圖 3.25 d3=3mm和d3=5.2mm模擬與實測反射損耗圖.......54
圖 3.26 d3=3mm,H-plane(X-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@2.45GHz)........................55

圖 3.27 d3=3mm,H-plane(X-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@5.85GHz)........................55
圖 3.28 d3=3mm,E-plane(Y-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@2.45GHz)........................56
圖 3.29 d3=3mm,E-plane(Y-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@5.85GHz)........................56

圖 3.30 d3=5.2mm,H-plane(X-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@2.45GHz) ........ ...............57
圖 3.31 d3=5.2mm,H-plane(X-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@5.15GHz) .. .....................57
圖 3.32 d3=5.2mm,E-plane(Y-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@2.45GHz) . ......................58
圖 3.33 d3=5.2mm,E-plane(Y-Z平面)模擬與實測之輻射場型圖(@5.15GHz) .......................58

圖 4.1使ILA結構轉換成傳統的IFA天線結構的示意圖(改變饋入位置
L1)........................60

圖 4.2針對IFA天線,改變L1(10~22mm) 所對應的反射損耗模擬圖............................61

圖 4.3針對IFA天線,改變L1(2mm~10mm)所對應的反射損耗模擬
圖............................62

圖 4.4針對IFA天線,改變長度L1(6mm~10mm) 所對應的反射損
耗模擬圖......................63
圖 4.5針對IFA天線,改變長度L1(1mm~5mm) 所對應的反射損耗模
擬圖........................64
圖 4.6針對IFA天線,改變長度L1=2mm,在4.55GHz(Phase=0°)時所
對應的電流向量圖..................65
圖 4.7針對IFA天線,改變長度L1=10mm,在4.0GHz(Phase=90°) 所
對應的電流向量圖..................65
圖 4.8針對IFA天線,改變長度L1=20mm,在2.29GHz(Phase=0°) 所
對應的電流向量圖..................66
圖 4.9饋入點向下移動的IFA天線(改變L1)結構之示意圖... 68
圖 4.10針對饋入點向下移動的IFA天線,改變L1(10mm~22mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 69
圖 4.11針對饋入點向下移動的IFA天線,改變L1(2mm~10mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 70
圖 4.12針對饋入點向下移動的IFA天線,改變L1(6mm~10mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 71
圖 4.13針對饋入點向下移動的IFA天線,改變L1(1mm~6mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 71
圖 4.14針對IFA天線,改變長度L1=2mm,在4.57GHz(Phase=0°) 所
對應的電流向量圖................. 72
圖 4.15針對IFA天線,改變長度L1=10mm,在3.99GHz(Phase=90°)
所對應的電流向量圖................ 72
圖 4.16針對IFA天線,改變長度L1=20mm,在2.29GHz(Phase=0°)
所對應的電流向量圖................ 73
圖 4.17降低高度H後的IFA天線(改變L1)天線之結構示意圖.. 75
圖 4.18針對降低高度H後的IFA天線,改變L1(10mm~22mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 76
圖 4.19針對降低高度H後的IFA天線,改變L1(10mm~2mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 77
圖 4.20針對降低高度H後的IFA天線,改變L1(10mm~6mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 78
圖 4.21針對降低高度H後的IFA天線,改變L1(6mm~1mm)所
對應的反射損耗模擬圖............... 79
圖 4.22針對IFA天線,改變長度L1=2mm,在4.4GHz(Phase=0°) 所
對應的電流向量圖................. 80
圖 4.23針對IFA天線,改變長度L1=11mm,在4.36GHz(Phase=90°)
所對應的電流向量圖................ 80
圖 4.24針對IFA天線,改變長度L1=20mm,在2.38GHz(Phase=0°) 所
對應的電流向量圖................. 81

表目錄

表 2.1 虛部為零,實部與共振頻率隨高度H改變時之對照表...9
表 2.2 改變餽入點位置的偏移饋入ILA天線各參數長度.... 14
表 2.3 偏移饋入ILA伴隨寄生strip1的天線結構各參數長度.. 19
表 2.4 引進寄生strip2的偏移饋入ILA天線之各參數長度(改變
H3)...... ................ 23
表 2.5 引進寄生strip3的偏移饋入ILA天線各參數長度.... 28
表 2.6 引進寄生strip4的偏移饋入ILA天線各參數長度.... 30
表 3.1 將尺寸縮小後的偏移饋入ILA(2.4G)天線各參數長度.. 34
表 3.2 倒L天線各參數長度................ 39
表 3.3 引進一倒L形的寄生strip(高度H2與寬度G2)的偏移饋入
ILA天線各參數對應數據.............. 43
表 3.4 具形狀q的寄生strip(改變高度H3)之偏移饋入ILA天線
之各參數長度. ................. 47
表 3.5 具矩形寄生strip(改變d3)之偏移饋入ILA天線各參數長
度............ ........... 52
表 4.1 使ILA結構轉換成傳統的IFA天線(改變L1)之各項長度參
數........................61
表 4.2 針對IFA天線,改變長度L1(10~22mm)所對應頻寬...62
表 4.3 針對IFA天線,改變長度L1(1~10mm)所對應頻寬... 63
表 4.4 饋入點向下移動的IFA天線(改變L1)的各項長度參數. 68
表 4.5 針對饋入點向下移動的IFA天線,改變長度L1(10~22mm)所
對應的頻寬....................69
表 4.6 針對饋入點向下移動的IFA天線,改變長度L1(1mm~10mm)
所對應的頻寬...................70
表 4.7 降低高度H後的IFA天線(改變L1)之各項參數.....76
表 4.8 改變長度L1 (10~22mm)所對應的頻寬..... .. 77
表 4.9 改變長度 L1 (1~10mm)所對應的頻寬.........78
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