一、天線架構
此天線為前一章共面波導微帶天線的變型，相同使用 CPW 的方式來饋入微帶線，使 用 FR4 做基底，相關介面系數為 4.4，基板長為 B 寬為 A 厚度為 1mm，CPW 的饋入 線寬為 W，微帶線總長為 D，且饋入線端與兩旁接地間的距離相等各為 W1 及 W2，兩 旁 1/4 橢圓形接地面積已等距離挖 6 個長方型的孔，天線饋入線與接地的 gap 為 0.05mm，天線面積為 A x C，末端連接之金屬貼片形狀設計為一個棕櫚葉的形式，規 格詳見圖 3-1 與圖 3-2。
圖 3-1 天線結構示意圖 A
C
B
D
E1
N2
N1
E
N3 N4
W W1 W2 E2
Top radiator
Dielectric substrate
TOP Ground
hole Wave
Port
F G
H I
J K
L M
34
各項參數值
A＝40mm E2＝16mm W1＝0.05mm B＝60mm F－G＝30mm W2＝0.05mm C＝29mm H－I＝28mm N1=4mm D＝31mm J－K＝22mm N2=10X2mm E＝2mm L－M＝15mm N3=20X2mm E1＝2mm W＝1mm N4=25X2mm
圖 3-2 接地面挖孔超寬頻微帶各項參數表
二、天線模擬
以 HFSS 模擬此 CPW 超寬頻天線，經過模擬結果的反射損 S11 < -10dB（如圖 3-3），VSWR 駐波比小於 2=S11＜-9.54dB 如圖 3-3 之阻抗頻寬從 900MHz 到 5GHz，
皆能滿足超寬頻之規範，但在 1.5GHz 頻率點確高於-10dB，但仍可運用的頻率範圍 為手機、WiFi 及 UWB。圖 3-4 是天線工作在 900MHz 時候的輻射場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在-12dBi，圖 3-5 是天線工作在 1.8GHz 時候的輻射場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在-10dBi，圖 3-6 是天線工作在 2.4GHz 時候的輻射 場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在-6dBi，圖 3-7 是天線工作在 2.5GHz 時 候的輻射場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在-4dBi，圖 3-8 是天線工作在 3.0GGHz 時候的輻射場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在-4dBi，圖 3-9 是天 線工作在 3.5GHz 時候的輻射場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在-2dBi，圖 3-10 是天線工作在 4.2GHz 時候的輻射場型，其 YZ-plane 與 XZ-plane 之最大增益在 -2dBi，從 HFSS 模擬出來的結果與 GND 未挖洞的增益大致相同。
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圖 3-3 模擬半圓形接地面挖洞超寬頻天線反射損失圖(Return loss)
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
Freq [GHz]
-35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00
Curve Info Setup1 : Sweep1
Return Loss
dB
dB(S(HFSS模擬))
900MHz
36
圖 3-4 900MHz 模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
圖 3-5 1.8GHz 模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
(A) (B)
(C)
(A) (B)
(C)
37
圖 3-6 2.4GHz 模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
圖 3-7 2.5GH 時模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
(A) (B)
(C)
(A)
(C)
38
圖 3-8 3.0GHz 模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
圖 3-9 3.5GHz 模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
(A) (B)
(C)
(A) (B)
(C)
39
圖 3-10 4.2GHz 模擬出來的場型(A) XY - Pattern、(B) XZ - Pattern、(C) YZ - Pattern
三、天線量測
製作出實體之後進行量測，天線實體圖請參考圖3-11，其CPW變形天線基本參數 測試如圖3-12、3-13所示，阻抗頻寬小於-10dB頻率範圍從2.2GHz～6.4GHz、6.9G～
7.8GHz，其他頻率點都大於-10dB，2D及3D實際量測其天線擺放位置請參考圖3-14。
40
圖 3-11 GND 變形帶天線實體圖
圖 3-12 GND 變形帶天線回波損耗(綠線為 HFSS 模擬、藍線為實際量測)
10.00
dB
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
Freq [GHz]
-45.00 -40.00 -35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00
Return Loss
dB (模擬) dB (量測)
1.2
0.8 2.8 3.2 4.8 5.2 6.8 7.2 8.8 9.2
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圖 3-13 GND 變形帶天線 VSWR
圖 3-14 天線擺放位置
輻射場型圖請參考圖3-15到圖3-25，輻射場型量測的頻率分別為700MHz、
800MHz、900MHz、1700MHz、1800MHz、1.9GHz、2.4GHz、2.5GHz、3.0GHz、3.5GHz、
4.2GHz等11個頻率，從圖形看出11個頻率點的增益值都保持在0dBi附近，當頻率點超 過900MHz以上XY Plane場形開始明顯的變化，而在1700MHz、1800Mhz變化非常明顯。
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圖 3-15 天線頻率 700MHz 場形
圖 3-16 天線頻率 800MHz 場形
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圖 3-17 天線頻率 900MHz 場形
圖 3-18 天線頻率 1700MHz 場形
44
圖 3-19 天線頻率 1800MHz 場形
圖 3-20 天線頻率 1900MHz 場形
45
圖 3-21 天線頻率 2.4GHz 場形
圖 3-22 天線頻率 2.5GHz 場形
46
圖 3-23 天線頻率 3.0GHz 場形
圖 3-24 天線頻率 3.5GHz 場形
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圖 3-25 天線頻率 4.2GHz 場形
三維場形請參考圖3-26到圖3-33，天線效率（Efficiency）請參考圖3-34，Antenna Gain折線圖見圖3-35，從天線效率來看在GND變形的天線每一個頻率點皆有變差，尤 其是1.7GHz差異更是大從原本的45%掉至20%，有此可知GND的變化對天線的效率皆 會有影響，Antenna Gain增益表請參閱表3-36。
三維場形量測結果：
圖 3-26 800MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
(A) (B)
48
圖 3-27 900MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
圖 3-28 1800MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
(A) (B)
(A) (B)
49
圖 3-29 2400MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
圖 3-30 2500MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
(A) (B)
(A) (B)
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圖 3-31 3000MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
圖 3-32 3500MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
(A) (B)
(A) (B)
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圖 3-33 5500MHz 三維場形(A)實際量測圖形、(B)HFSS 模擬圖形
圖 3-34 天線效率（Efficiency）
(A) (B)
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圖 3-35 Antenna Gain 折線圖
圖 3-36 量測天線增益表 Unit:Efficiency (%), Peak Gain (dBi), Average Gain (dB)
四. 結果與討論
模擬時並無加入 SMA 接頭及實際接上 RF Cable 造成對天線的影響使得模擬跟 實際測量的結果有些差異，從圖 3-4 可以看出在 4GHz 之前的 Return Loss 比 GND 未開 hole 較差，只有 2GHz 到 4GHz 這段頻率的 S11 有<-10dB，從天線實際量測可 以知道在天線的 Gain 值與 GND 未挖孔來比較只有在 1700MHz 影響最為嚴重，由 此可得知 GND 挖孔對訊號幅射有絕對的影響。
Freq. MHz 700 800 900 1600 1700 1900 2100 2400 2500 3300 3400 3500 3600 4200
Eff. 34% 39% 49% 31% 20% 72% 64% 81% 86% 74% 70% 71% 70% 64%
Avg. Gain -4.67 -4.06 -3.07 -5.08 -7 -1.44 -1.93 -0.9 -0.67 -1.32 -1.52 -1.47 -1.56 -1.92
Peak Gain -0.17 0.831 1.949 0.13 -2.7 2.981 3.966 4.359 4.368 4.502 4.041 4.056 4.32 3.386
Ant.
53