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聖約翰科技大學 產學合作計畫補助案 研究成果報告 題目:PHS訊號量測暨射頻通訊電路之研製 3/5） 單位: 電腦與通訊工程系 職級: 副教授 姓名: 范俊杰 繳交日期: 97年 3 月 30 日 執行時間: 97年5月1日至98年4月30日 摘要 本期（第三期）研究主要是:1.持續PHS通訊訊號量測，2.完成功率分配器之製作，本計劃所設計之 T 接面功率分配器頻率範圍在2.4 GHz至2.5 GHz，其可被應用在無線區域網路 WLAN 802.11 b/g 及WiMAX。T 接面功率分配器是一種簡單的三端埠網路。本論文分別設計了一分二及一分四二種T 接面功率分配器，一分二T 接面功率分配器 在2.45 GHz量測之數值約為-32.5dB，頻寬涵蓋工作頻率2.4 GHz~2.5 GHz，和在2.45 GHz時模擬與量測值各別約為-3.5dB。一分四T 接面功率分配器在2.45 GHz 所量得之數值約為-35dB， 至在2.4 GHz 至2.5 GHz 頻段，量測值大約為-7.2dB 至-7.5dB。關鍵字: T 接面功率分配器、WLAN、WiMAX、頻寬。 …………………………………….………1 目錄 …………………………………………….………………… 2 1、前言 …………………………………………………………………………3 2、設計原理 ………………………………………………………………… 3 2-1一分二 T 接面功率分配器模擬與量測 ……………………………一分四 T 接面功率分配器模擬與量測 ………………………………………………………………………………………………………9 4、參考文獻 ……………………………………………………………………9 前言 陣列天線具有高的天線增益及高的指向性的特性，適合應用於無線網路WLAN及WiMAX 基地台天線。而陣列天線中的功率分配器扮演了將天線接收下來的訊號合併為一路，以及將訊號平均分為多路到天線傳送出去，因此功率分配器必須是低損耗且能平均的將功率分配到每一級的天線。現今最普遍且最成熟的功率分配器結構，為威爾金森（Wilkinson）功率分配器，其結構有著四分之一波長複數倍的傳輸線，和電阻器所組成，用在中低功率傳輸。因為結構本身有電阻器，對於多埠的功率組合電路，會有著較複雜的設計考量。因此採用T接面功率分配器。 設計原理 本篇論文所設計之 T 接面功率分配器如圖1，T 接面功率分配器是一種簡單的三端埠網路，可以將一路進去的信號分為二路出去，也可以將二路進來的信號，功率合併由第三路送出去，且任何種類的傳輸線都可以實現這種分波器。T 接面功率分配器可以做任一比例的功率分配；但是因為在接面中三個路徑的交接面，沒有辦法同時對每一個埠匹配，所以在各輸入和輸出端間的隔離效果會大幅降低。在輸出埠的阻抗不一定相等於輸入埠，因此對於後續電路的連接上，需再經過阻抗轉換，以達到阻抗匹配。 圖1 T 接面功率分配器 T 接面功率分配器的運作原理可由圖1來說明，能量由埠（port）1饋入經過功率分配器在埠2和埠3各得到一半的能量。其阻抗匹配原理，在分歧處用兩段四分之ㄧ波長且阻抗為的傳輸線，來做阻抗轉換。從埠1往下看入之阻抗要等於。埠2和埠3傳輸線的阻抗為，從埠2和埠3 端往埠1看，經過四分之ㄧ波長且阻抗為的傳輸線後，其阻抗值轉換成為。所以在分歧處往左和往右看入的阻抗和各為，並聯之後阻抗為，剛好符合埠1往下看入之阻抗要等於，來達到阻抗匹配，其中為波在介質中傳播的波長。此 T 接面功率分配器，因為埠2和埠3 的傳輸線阻抗為，故可直接在埠2和埠3後增加電路，不需再經過阻抗轉換器，來做阻抗匹配，以降低後續電路整體的設計複雜度。 2-1 一分二 T 接面功率分配器模擬與量測 圖2為一分二 T 接面功率分配器的設計尺寸，功率分配器的工作中心頻率設計在2.45 GHz，主要決定工作頻率的尺寸為，其長度為2.45 GHz四分之一波長；並以FR4 基板當作設計的材料，介電係數為4.4，厚度為1 mm。其中 1.88 mm為微帶線50Ω的寬度， 0.98 mm為微帶線70.7Ω的寬度， 17 mm為決定工作頻率長度為四分之一波長， 17 mm為輸入端微帶線長度， 14 mm為輸出端微帶線長度， 12 mm為功率分配器寬度調整。 圖2 一分二 T 接面功率分配器尺寸 圖3 一分二 T 接面功率分配器實體圖 圖4 一分二 T 接面功率分配器模擬與量測結果 圖5 一分二 T 接面功率分配器模擬與量測結果 在圖4中，在2.45 GHz 模擬之數值約為-40dB，量測之數值約為-32.5dB，頻寬涵蓋工作頻率2.4 GHz~2.5 GHz，饋送進功率分配器能量的反彈量很低，代表能量幾乎都饋送進電路。在圖5 中，和在2.