林怡成臺灣大學：電信工程學研究所楊忠智Yang, Chung-ChihChung-ChihYang2007-11-272018-07-052007-11-272018-07-052006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/58667對數週期偶極天線屬於一種具有平穩增益和寬廣頻寬的線性極化天線。本論文就對數週期偶極天線平面化的設計架構加以論述。不同於傳統的對數週期偶極天線，此天線饋入方式是利用夾心帶線結構將能量傳輸到天線前端並產生一組差動訊號饋入偶極陣列。 在這篇論文中，我們使用共面波導結構轉接此平面化對數週期偶極天線，設計出在1.7GHz -11GHz的工作頻寬內，天線平均增益為6dBi，交叉極化隔離達到15dB，front-to-back ratio也達到15dB的天線，並且實際製作電路板量測天線表現與模擬結果作比較。The log-periodic dipole antenna is a linearly polarized frequency independent antenna of moderate gain. In this thesis, we describe the design of the printed planar log periodic dipole antenna. The feeding technique of this antenna is different from the tradition log periodic dipole antenna. It utilizes stripline geometry transmit energy to the small end of the antenna and excites a differential signal to feed dipole array. In this thesis, we use coplanar waveguide geometry to transfer this printed planar log periodic dipole antenna. We design the antenna with average gain around 6dBi, cross-polarization isolation around 15dB, and front-to-back ratio around 15dB in 1.7-11GHz bands. We manufacture the PCB actually and measure the antenna performances to compare with the results of simulation.目錄 第一章 簡介………………………………………….….…1 1.1 研究動機和目標…………………………………..…….1 1.2 章節概要………………………………….…….……….2 第二章 對數週期偶極天線 ……………………….……...3 2.1 前言………………………………………………….…..3 2.2 設計參數及基本概念……………………………….…..3 2.3 對數週期偶極天線平面化的參數修正及饋入技巧…..11 第三章 對數週期偶極天線實現在FR4板之研製………17 3.1 平面化對數週期偶極天線……………………………..17 3.1.1 天線結構圖…………………………………………………..17 3.1.2 模擬結果……………………………………………………..18 3.1.3 共面波導結構………………………………………………..18 3.2 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線…………….27 3.2.1 天線結構圖……………………………………….………….27 3.2.2 模擬和量測結果………………………………….………….27 3.3 參數分析………………………………………………..39 3.3.1 比例關係τ…………………………………………………..39 3.3.2 間距因子σ…………………………………………………..39 3.3.3 偶極寬度W………………………………………………….39 3.3.4 天線前端傳輸線的線寬Wd2、WS2………………………….40 3.3.5 天線前端開路結構的挖槽寬度Wgap1……………………….40 3.4 傳輸路徑造成的能量損耗……………………...………..48 第四章 對數週期偶極天線實現在RO4003板材之研製..50 4.1 對稱結構之平面化對數週期偶極天線………………...50 4.1.1 天線結構圖……………………………………………………50 4.1.2 模擬結果………………………………………………………51 4.2 板厚不對稱之平面化對數週期偶極天線……………...60 4.2.1 板厚不對稱的阻抗匹配………………………………………60 4.2.2 模擬結果………………………………………………………60 4.2.3 共面波導結構…………………………………………………60 4.3 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線……………...64 4.3.1 完整天線結構圖………………………………………………64 4.3.2 模擬結果………………………………………………………64 4.4 傳輸路徑造成的能量損耗……………………………...78 第五章 結論……………………………………………….80 參考文獻………………………………………………….......81 附圖目錄 第二章 圖2.1 偶極陣列的排列方式………..………………………………………………7 圖2.2 交錯連接的饋入方式……..…………………………………………………7 圖2.3(a) 饋入線上的電壓分佈……………………………………………………..8 圖2.3(b) 饋入線上的電流分佈……………………………………………………..8 圖2.4 不同的τ對應於α所得主動區頻寬Bar……..……………………………..9 圖2.5 在不同的τ和σ所得到的指向性曲線……..………………………………9 圖2.6 對數週期偶極天線的輸入阻抗在對數頻率點所表現的週期性變化…....10 圖2.7 在不同的τ和α所求得出的平均電阻Ro……..………………………….10 圖2.8 傳統對數週期偶極天線用同軸線的饋入方式……..……………………..14 圖2.9 平面化對數週期偶極天線和饋入結構圖……………..…………………..14 圖2.10(a) 在AA'平面上入射電壓波（V+ mode）的電位差和電場分佈………..15 圖2.10(b) 在AA'平面上反射電壓波（V- mode）的電位差和電場分佈………...15 圖2.10(c) 在AA'平面上總和的電位差和電場分佈……………………………….15 圖2.10(d) 在AA'平面上(a)和(b)利用重疊法的原則得到(c)的結果……………...15 圖2.11(a) 側觀圖上入射波的電流流向……………………………………………16 圖2.11(b) 側觀圖上反射波的電流流向……………………………………………16 第三章 圖3.1 平面化對數週期偶極天線結構圖……….…………………...……………19 圖3.2 共面波導結構圖............................................................................................20 圖3.3 平面化對數週期偶極天線的Return loss圖……..…………..……………21 圖3.4 平面化對數週期偶極天線的增益圖……………………...……………….21 圖3.5 3GHz輻射場型圖……………………………………….………………….22 圖3.6 4GHz的輻射場型圖…………..…………………………………………..22 圖3.7 5GHz的輻射場型圖………..……………………………………………..23 圖3.8 6GHz的輻射場型圖………..……………………………………………..23 圖3.9 7GHz的輻射場型圖…………..…………………………………………..24 圖3.10 8GHz的輻射場型圖……..………………………………………………..24 圖3.11 9GHz的輻射場型圖……..………………………………………………..25 圖3.12 10GHz的輻射場型圖……………………………………………………..25 圖3.13 11GHz的輻射場型圖……..……………………………………………….26 圖3.14 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線圖……………………………..28 圖3.15 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的Return loss圖……………..29 圖3.16 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的增益圖……………………..29 圖3.17 3GHz的輻射場型圖………………………………………………………30 圖3.18 4GHz的輻射場型圖………………………………………………………31 圖3.19 5GHz的輻射場型圖………………………………………………………32 圖3.20 6GHz的輻射場型圖………………………………………………………33 圖3.21 7GHz的輻射場型圖………………………………………………………34 圖3.22 8GHz的輻射場型圖………………………………………………………35 圖3.23 9GHz的輻射場型圖………………………………………………………36 圖3.24 10GHz的輻射場型圖………..……………………………………………37 圖3.25 11GHz的輻射場型圖………..……………………………………………38 圖3.26 參數分析的結構參考圖……………………………………………………41 圖3.27 不同τ的Return loss響應圖………………………………………………41 圖3.28 不同τ的增益響應圖………………………………………………………42 圖3.29 不同τ在9GHz的輻射場型圖……………………………………………42 圖3.30 不同σ的Return loss響應圖………………………………………………43 圖3.31 不同σ的增益響應圖……………………………………………………..43 圖3.32 不同σ在8GHz的輻射場型圖……………………………………………44 圖3.33 不同W的Return loss響應圖…………………………………………….44 圖3.34 不同W的增益響應圖………………………...……………………….….45 圖3.35 不同Wd2的Return loss響應圖…………….…….…..………………….45 圖3.36 不同Wd2的增益響應圖…………………….…….…..………………….46 圖3.37 不同Wd2在9GHz的輻射場型圖………………………………………..46 圖3.38 不同Wgap1的Return loss響應圖………….……………………………...47 圖3.39 不同Wgap1的增益響應圖………………….…………….………………..47 圖3.40 back-to-back結構…………………………………………………….……49 圖3.41 back-to-back結構的模擬和量測比較……………..…….…………….….49 第四章 圖4.1 平面化對數週期偶極天線結構圖………..………………………...…….52 圖4.2 平面化對數週期偶極天線的Return loss圖……………..………………53 圖4.3 平面化對數週期偶極天線的增益圖………..……………………………53 圖4.4 1.7GHz增益的輻射場型圖……………..………………………………...54 圖4.5 2GHz增益的輻射場型圖………………………..……...………………...54 圖4.6 3GHz增益的輻射場型圖……………………..………...………………...55 圖4.7 4GHz增益的輻射場型圖……………..………………...………………...55 圖4.8 5GHz增益的輻射場型圖……………………………..…...……………...56 圖4.9 6GHz增益的輻射場型圖……………..………………...………………...56 圖4.10 7GHz增益的輻射場型圖………..……………………...………………...57 圖4.11 8GHz增益的輻射場型圖………..……………………...………………...57 圖4.12 9GHz增益的輻射場型圖………..……………………...………………...58 圖4.13 10GHz增益的輻射場型圖……………………………...………………...58 圖4.14 11GHz增益的輻射場型圖……………………………...………………...59 圖4.15 天線前端和尾端的兩個參考面…………………………………………..61 圖4.16 板厚不對稱之平面化對數週期偶極天線結構圖………………………..62 圖4.17 板厚不對稱之平面化對數週期偶極天線的Return loss圖……………..62 圖4.18 板厚不對稱之平面化對數週期偶極天線的增益圖……………………..63 圖4.19 共面波導結構轉接近似帶線圖…………………………………………..63 圖4.20 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的結構圖……………………..65 圖4.21 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的Return loss 圖…………….66 圖4.22 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的增益圖……………………..66 圖4.23 1.7GHz增益的輻射場型圖……………………………………………….67 圖4.24 2GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….68 圖4.25 3GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….69 圖4.26 4GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….70 圖4.27 5GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….71 圖4.28 6GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….72 圖4.29 7GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….73 圖4.30 8GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….74 圖4.31 9GHz增益的輻射場型圖……...………………………………………….75 圖4.32 10GHz增益的輻射場型圖…….....……………………………………….76 圖4.33 11GHz增益的輻射場型圖…….....……………………………………….77 圖4.34 back-to-back結構圖……………………………………………………….79 圖4.35 back-to-back結構的模擬和量測比較……………………………………79 表格目錄 第三章 表3.1 平面化對數週期偶極天線設計參數.............................................................18 表3.2 共面波導轉接近似帶線的參數整理………………………………………18 表3.3 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的設計參數……………………27 表3.4 參數分析的整理……………………………………………………………40 第四章 表4.1 平面化對數週期偶極天線設計參數............................................................51 表4.2 板厚不對稱之平面化對數週期偶極天線設計參數整理……………...….61 表4.3 共面波導轉接近似帶線的參數整理………………………………………61 表4.4 共面波導饋入平面化對數週期偶極天線的參數整理……………………643807242 bytesapplication/pdfen-US對數週期偶極天線log-eriodic dipole antennathesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/58667/1/ntu-95-R93942066-1.pdf