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系統識別號 U0002-3006201714383100
中文論文名稱 應用於筆記型電腦裝置之多頻段天線(LTE/WLAN/GPS)
英文論文名稱 Multi-band Antenna for Notebook Computers(LTE/WLAN/GPS)
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 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 吳裕德
研究生英文姓名 Yu-Te Wu
學號 704440030
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-06-14
論文頁數 73頁
口試委員 指導教授-丘建青
委員-李慶烈
委員-錢威
中文關鍵字 印刷式倒F型  LTE  WLAN  GPS  筆記型電腦 
英文關鍵字 PIFA antenna  LTE  WLAN  GPS  Notebook computers 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本文利用印刷式倒F型天線來進行設計多頻段天線,其中頻率包含LTE WLAN & GPS頻率,應用於14吋筆記型電腦的環境與架構內。本天線設計頻率為0.7 GHz~5 GHz,其可使用的頻段將包含LTE系統與WLAN兩種不同系統,並符合業界知名品牌電腦無線網路規範,並以電流分佈及天線場型等分析數據,了解該天線在於環境的變化性與差異性,加以分析比對。
而本文所設計的天線在放置在14吋筆記型電腦裡,可克服筆記型電腦複雜的環境對天線效能的影響,進而提升天線輻射效能,並將LTE操作頻率範圍低頻(698 MHz~960 MHz)與高頻(1710 MHz~2690 MHz)、WLAN操作頻率範圍(2.4 GHz~5.8 GHz)與GPS操作頻率範圍(1575 MHz & 1602 MHz) 整合於單一支天線。由於天線是平行於接地面與筆記型電腦的螢幕(LCD),因此容易在兩平行面間產生電容效應,使得電流分佈聚集在接地面與筆記型電腦的螢幕上,無法分佈在天線的輻射體上。此論文利用印刷式倒F型天線在接地平面有一短路接點,進而消除兩平行面間,所產生的電容效應,使電流能夠平均在輻射體上,進而提升其輻射效能。本文所設計天線實際測試總輻射功率值與天線資料吞吐量皆可達到業界知名品牌標準。
英文摘要 In this paper, the multi-band printed inverted F antennas are presented for the 14-inch notebook computer. The frequency of the antenna is set from 0.7GHz ~ 5GHz, which includes the long term evolution (LTE) system, wireless local area network (WLAN) and global positioning system (GPS). The current distribution and antenna radiation field for different environments are analyzed to meet the wireless network specifications of industry-renowned brand notebooks.

The antenna is put in a 14-inch notebook to test its performance for the complex notebook layout and the environment. The antenna is designed to operate for low frequency band (698 MHz~960 MHz) and high frequency band (1710 MHz~2690 MHz) of the 4 generation LTE, WLAN (2.4 GHz~5.8 GHz), and GPS (1575 MHz & 1602 MHz). Because the antenna is parallel to the ground plane and liquid-crystal display (LCD) screen of the notebook, the capacitor effect is induced on the planes. As a result, the electric currents are accumulated on the LCD plane instead of the antenna. By setting the short point on the planes, the radiation performance of the antennas is improved. The total radiation power and throughput for the antennas have been tested by the experiments. It is shown that the designed multi-band printed inverted F antennas can meet the requirement for notebooks.
論文目次 目錄
第一章 概論..................................................................................................P.1
1.1研究動機與目的...............................................................................P.1
1.2文獻探討...........................................................................................P.2
1.3內容大綱...........................................................................................P.3
1.4無線通訊使用頻段...........................................................................P.5
第二章 縮小化與寬頻天線研製與分析......................................................P.7
2.1 概述.................................................................................................P.7
2.2 印刷式倒F型天線........................................................................P.8
第三章 多頻段天線(LTE/WIFI/GPS).......................................................P.17
3.1 天線結構介紹與技術原理說明....................................................P.17
3.2模擬結果與分析..............................................................................P.21
3.3模擬結果與分析討論......................................................................P.31
第四章 應用於筆記型電腦設計理論........................................................P.33
4.1概述..................................................................................................P.33
4.2筆記型電腦各品牌規範..................................................................P.34
4.3天線幾何結構圖..............................................................................P.42
4.4天線效能實測符合業界標準..........................................................P.55
4.5天線LTE TRP實測符合業界標準.....................................................P.62
4.6天線WLAN實測符合業界標準........................................................P.64
4.7天線GPS實測....................................................................................P.69
第五章 結論................................................................................................P.70
參考文獻......................................................................................................P.71
圖目錄
圖2.1單極天線與倒L型天線結構圖..............................................................P.9
圖2.2倒L型天線的數入阻抗與倒內近似公式圖. ......................................P.10
圖2.3倒F型天線演化過程............................................................................P.11
圖2.4印刷式倒F型天線參數結構圖............................................................P.12
圖2.5印刷式倒F型天線傳輸線近似模型....................................................P.13
圖2.6微帶天線幾何結構電場分佈...............................................................P.14
圖2.7 λ/4短路型微帶天線的電流...................................................................P.14
圖2.8典型的倒F形天線架構.....................................................................P.16
圖2.9不同高度h對倒F形天線頻寬.............................................................P.16
圖3.1 2.4 GHz印刷式倒F型天線.................................................................P.17
圖3.2 2.4 GHz反回損耗圖(Return Loss)………………...…………...…... P.18
圖3.3 2.4G電流圖..........................................................................................P.18
圖3.4應用於筆記型電腦天線設計流程圖...................................................P.20
圖3-5 14吋筆記型電腦天線擺放圖...........……….......................................P.21
圖3-6天線俯視圖........………………………………...................................P.22
圖3-7改變Type1 Z1參數表……………………...…...................................P.23

圖3-8改變Type X1參數表……..……………...............……......................P.23
圖3-9改變Type Y1參數表………………………...........……....................P.23
圖3.10(a) 3D模擬天線圖……………………..…………………………… P.24
圖3.10(b) 2D模擬天線圖………….……………………………………… P.24
圖3.11(a)700 MHz電流圖……………..…………………………………...P.25
圖3.11(b)800 MHz電流圖………….…………...………………………… P.26
圖3.11(c)900 MHz電流圖……………..…………………………………P.26
圖3.12(a)1400 MHz電流圖………………………………………………P.27
圖3.12(b)1700 MHz電流圖…………...…………………………………P.27
圖3.12(c)2100 MHz電流圖………………………………………………P.28
圖3.13(a)2400 MHz電流圖………...………...…………..………………P.28
圖3.13(b)5200 MHz電流圖………...…….……….……..………………P.29
圖3.13(c)5800 MHz電流圖…………………………….…...……………P.29
圖3.14(a)1575 MHz電流圖…………...………...…...……...……………P.30
圖3.14(b)1602 MHz電流圖………………….……...……...……………P.30
圖3-15天線設計參數圖…………….…………..……...……...…………P.31
圖3-16天線尺寸圖………………….……………..……...……...…………P.31
圖3-17 模擬VSWR與實測天線VSWR…….………………….…………P.32
圖4.1天線實題樣式……………….……………………...………………P.43
圖4.2 (a) LTE 頻段……………………….……………...………………P.44
圖4.2 (b) WLAN 頻段…………………………………...………………P.44
圖4.2 (c) GPS 頻段……………………….…………...…………………P.45
圖4.2 (d) LTE、WLAN & GPS(700M~5G)頻段…………………………P.45
圖4.3 SATIMO chamber架構圖……………………...….………………P.46
圖4-4 本文天線實際量測SATIMO chamber………......……………P.47
圖4.5 704MHz 2D場型圖……….…………………………….…………P.49
圖4.6 806MHz 2D場型圖……….…………………………….…………P.49
圖4.7 821MHz 2D場型圖……….…………………………….…………P.50
圖4.8 824MHz 2D場型圖……….…………………………….…………P.50
圖4.9 900MHz 2D場型圖……….…………………………….…………P.51
圖4.10 915MHz 2D場型圖……….……………………………...………P.51
圖4.11 1425MHz 2D場型圖……….…………………………….………P.52
圖4.12 1710MHz 2D場型圖……….…………………………….………P.52
圖4.13 1850MHz 2D場型圖……….……………………………………P.53
圖4.14 1920MHz 2D場型圖……….………………………….…………P.53
圖4.15 2300MHz 2D場型圖……….…………………………….………P.54
圖4.16 2515MHz 2D場型圖……….………………………….…………P.54
圖4.17 B品牌LTE電壓駐波比(VSWR)規範……………….……..……P.61
圖4.18 B品牌WLAN電壓駐波比(VSWR)規範……………...…….…..P.61
圖4.19 SATIMO Chamber示意圖………………………………………..P.63
圖4.20實機測試環境………………………………………………...…..P.63
圖4.21 Chariot的基本組成………………………………………………P.65
圖4.22 Throughput(吞吐量)測試環境圖…………………………...……P.66
圖4.23實際資料流通率系統之環境圖…………………………..………P.66
圖4.24實機測試環境……………………………………………….………P.67
圖4.25實測GPS…………………………………………………….………P.69
圖4.26實測GPS CN值……………….…………………………….………P.69
表目錄
表1.1 4G(LTE)頻段…………………………………………………...……P.5
表1.2表1-2 GPS頻段………………………………………………………P.6
表1.3無線區域網路使用頻段與規範………………………….…………P.6
表2-1天線比較表………………………………………….…….…………P.8
表3-1天線參數表…………………………………………...….…………P.22
表4.1 A品牌LTE低頻(700MHz~900MHz) 增益值規範.…..…………..P.35
表4.2 A品牌 LTE高頻(1700MHz~2600MHz) 增益值規範.………..….P.36
表4.3 A品牌 JP LTE(1400MHz~1500MHz) 增益值規範.……….…..…P.37
表4.4 A品牌 GPS(1560MHz~16100MHz) 增益值規範.…………..…...P.37
表4.5 A品牌WLAN(2400MHz~5800MHz) 增益值規範.……...……….P.38
表4.6 LTE (700MHz~2600MHz) 總輻射功率規範………...………........P.38
表4.7 A品牌品牌 802.11n 2.4G(40M) T-put 規範.…………..…………P.39
表4.8 A品牌品牌 802.11ac 5G(80M) T-put 規範.…………..……...…P.39
表4.9 B品牌LTE低頻700 MHz~900 MHz電壓駐波比、天線效率及增益值規範…………………………………………………….……….………P.40
表4.10 B品牌LTE高頻1700MHz~2600MHz) 電壓駐波比、天線效率及增益值規範……………………….……………………………….………P.40
表4.11 B品牌 JP LTE(1400MHz~1500MHz) 電壓駐波比、天線效率及增益值規範……………………….…………………………………….……P.41
表4.12 B品牌 GPS(1560MHz~16100MHz) 電壓駐波比、天線效率及增益值規…………………….…………………………………….……………P.41
表4.13 B品牌(2400MHz~5800MHz) 電壓駐波比與增益值規範…...…P.42
表4.14實測3D增益值(Gain)數據…………..……………………………P.48
表4.15 A品牌LTE低頻(700MHz~900MHz)比較表……………..…...…P.56
表4.16 A品牌LTE高頻(1700MHz~2600MHz)比較表…..………...……P.57
表4.17 A品牌 JP LTE(1400MHz~1500MHz)增益值………………....…P.58
表4.18 A品牌GPS(1560MHz~16100MHz)增益值…....................…...…P.58
表4.19 A品牌WLAN(2400MHz~5800MHz)比較表….....................……P.59
表4.20 A品牌LTE低頻(700MHz~900MHz)比較表…………….....……P.59
表4.21 B品牌LTE高頻(1700MHz~2600MHz)比較表….................……P.59
表4.22 B品牌JP LTE(1400MHz~1500MHz)增益值……………….....…P.60
表4.23 B品牌GPS(1560MHz~16100MHz)增益值………………...……P.60
表4.24 B品牌WLAN(2400MHz~5800MHz) 增益值…………….…..…P.60
表4.25 LTE (700MHz~2600MHz) 總輻射功率….................................…P.64
表4.26 2.4G 40MHz T-put Data….......................................................……P.68
表4.27 5G 80MHz T-put Data…..........................................................……P.68

參考文獻 [1] Caso, Roberto, et al. "Wideband integrated H-PIFA antenna for DVB-T and WiMAX applications." Antennas and Propagation (APSURSI), 2011 IEEE International Symposium on. IEEE, 2011.
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[7]I-Fong-Chen and Chia-Mei-Peng "Compact Modified Pentaband Meander-Line Antenna for Mobile Handsets Applications", IEEE ANTENNA AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 10, 2011
[8] K. L. Wong, Z. G. Liao, "Passive reconfigurable triple-wideband antenna for LTE tablet computer", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 63, no. 3, pp. 901-908, Mar. 2015.

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[10]Planar Compact Tablet Computer Monopole Antenna for 4G Mobile Communication System

[11] 詹詩怡,"The Application of Meander-Line Antenna to Mobile Communication"國立台灣科技大學碩士學位論文,1993年[16] C. A. Balanis, Antenna Theory analysis and design, John Wiley & Sons, 2005
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[13] Wei-Feng Lin,2014,Analysis and Verification for USB3.0 Platform Noise and Transmission distance,私立淡江大學碩士論文

[14] 陳彥佑,適用於無線網卡之新型天線設計,國立中山大學電機工程研究所碩士學位論文,

[15] http://www.antenna-theory.com/antennas/patches/pifa.php
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