串列馈入式阵列天线之研制.PDF

第一章、研究內容與方法 在這篇論文中第二章主要是說明微帶線性極化天線( linear polarized microstrip antennas)和隙孔耦合天線(Aperture coupled antenna)的理論和製 作的方法，在後半部將介紹陣列天線( Array antennas)的理論，在論文的三、四 章將結合微帶天線和隙孔耦合天線的 基本原理來製作成陣列天線。 在第三章的部份是介紹隙孔耦合陣列天線 ，利用一分三的功率分配器串接三 組子陣列，達到功率分配的效果，因量測的結果不如預期，本人使用數學軟體模 擬天線陣列中的功率分佈和相位分佈，分析陣列因子，找出造成旁波束程度 (side-lobe level)變差的成因。在隙孔耦合陣列天線的主題中討論了相位造成 陣列因子的變化，在數學軟體中得到了證明，使用了一分三的功率分配器，因為 相距四倍波長，只要頻率偏移中心頻 將造成很大的相位差只要一分三的功率分配 器的相位沒有控制好，饋入到這三組子陣列中 ，將使得量測的結果中的旁束波程 度(side-lobe level)變得很差，造成量測結果不如預期。 在第四章的主題是介紹線性極化陣列 天線的製作和將面臨隨著天線數量增 多，而發生各個天線功率分配不均的問題 ，能量會集中在前面的部份，在後方所 分到的能量微乎其微，而造成天線的增益下滑 ，為了說明這個現象，在論文中， 使用不同特性阻抗的微帶線 ，當做行波陣列天線 （traveling wave array antenna） 的饋入網路，藉由模擬軟體，得到饋 入到每一個天線的功率，來計算出整體的陣 列因子，再求得模擬的場型和增益，比較了一段式饋入和二段式饋入的陣列天線 的功率分佈、增益大小和饋入天線的效率 ，而量測結果如模擬預期是使用了二段 式不同特性阻抗主線饋入方法，讓各個天線的功率能分均的分配其中，並且有效 提高天線的效率，使得 50歐姆上的負載能量能減少，在 12.2GHz~12.8GHz 頻寬 內能有較大且一致的天線增益，比起其它一段 式天線，在增益上有很大的改進， 達成天線頻寬內，天線增益不會下降太快的目的。 -1- 第二章、理論 2.1 天線基本概念 在 無線通訊系統中，天線扮演傳送與接收電磁能量的角色，主要功能有二： 一是做為阻抗轉換裝置，用以匹配傳輸線與自由空間（free space），使電磁能 量做最有效的傳遞。其次是天線可以將能量集中，導引到所需的方向，同時壓制 其他方向的發射量到最低以獲得最大的增益或傳播距離，並減少不必要的干擾與 被天擾的機會，滿足各種不同的應用。 一般線天線的物理特性如天線的尺寸、長度、厚度與形狀等，這些物理特性 會影響天線的場型( Pattern)、波束寛(Beamwidth)、極化(Polarization)、駐波 比(SWR)、回復損失(Return loss)與增益。各種不同的天線本身有其特性，而不 同的應用，有不同的環境狀況，因而 對天線有不同的特性需求，如何將兩者相對 應，是天線設計的重要因素。 天線將電磁能量向自由空間輻射時， 其功率密度的分佈情形，就是所謂的天 線場型 （Antenna pattern ） 。天線場型代 表空間各 方向相 對的 功率比值 ，可 視 為空間的功率譜（Power spectrum ），主波束（Main beam）代表照射功率較強 的區域,旁波束則是功率較弱的範圍。實際天線 場型是三度空間，但是為了方便 觀察，通常是以水平與垂直，或者方 位與俯仰兩個主切面來呈現場型大致的立體 形狀。 當 一個天線在發射或接收時，整個球面所有角度的功率大小都一樣時，稱為 全向性 （Isotropic）天線 ，全向性天線代表平均輻射強度的情形 ，其指向性為 1 或 0dB ，是 天線指向性 （Directivity）的參考值 。天線指向性定義為最大輻射強 度與平均輻射強度的比值,假設天線場型為 p( θ,ψ) ，天線