宽频阵列天线之研究-昆山科技大学.PDF

寬頻陣列天線之研究 計畫主持人 蔡崇洲 崑山科技大學電腦與通訊系 摘 要 隨著無線通訊產業的快速發展，無線通訊服務的品質日趨 提升，這使得無線通訊系統更 加重視效率及效能。如何控制天線輻射場型，讓天線的輻射特性能夠更加完美，並創作出更 具有實用價值的天線設計作為提升無線通訊系統效率之基本工作。 微帶天線已廣泛應用於商業用途與軍事用途上。且微帶天線具重量輕、低側高之優點， 同時可依附在任何物體的表面，與傳統天線相較之下，較不影響物體的外觀。而改變微帶天 線其金屬片形狀，我們可得到不同的輻射場型和極性，同時可裝設在任何彎曲表面。因此， 其應用將可日益廣泛。然而，微帶天線的最大缺點就是低增益和較窄的頻寬，這就是研究微 帶天線要如何克服這些缺點來達到通訊的要求。 本專題藉由IE3D軟體和 HFSS的操作下， 進而了解微帶天線的一些基本特性與相關設計。 一、緒論 1-1 天線基本原理 天線就像是連結管道，能把電路板等各種電路的射頻訊號轉換為電磁波，以便在無線鏈 路發射機與接收機之間的傳輸介質上傳送，或是將電磁波轉換為射頻訊號給電路使用。 因為天線是向空間輻射電波的元件。首先，利用電波在空間中傳送特性來說明波的傳輸。 電波是伴隨電場和磁場的橫波。橫波是對波行進方向，在垂直方向，將波的振幅振動的波， 就像音波那樣，在與行進方向同方向，使波變位的波叫做縱波。 電波是用光速 c在真空中傳播，設頻率為 f ，則其波長λ的關係表示式，如下 c λ (m) (式1.1.1) f 8 其中 c 3 ×10 m / s ， f的單位為 Hz ， λ的單位為 m 。 偶極 ( dipole ) 天線是一種基本且常見的天線形式，根據傳輸線原理，當一兩端為開 路的傳輸線，若從中點饋入而傳輸線的長度為二分之ㄧ波長時，會對中點所饋入的信號產生 駐波共振，在天線上電流呈現正弦波電流分佈，如圖1。 圖 1 偶極天線電流分布圖 π λ 其電流分佈方程式：I (Z ) I m [β( − Z )] ， Z ≤ ( 式 1.1.2) 4 4 1 2π 其中β ， I m 為電流的最大值。 λ π cos[( )cos ] −jkr θ I e o 2 再經由將電流積分可得到其電場與磁場 Eθ jη [