基板為 FR4 之環形單饋入圓極化微帶天線

為了改善阻抗匹配的問題，本論文將採用將內圓環短路的方式，降低天線內 部的阻抗[6]，使得天線可以直接利用探針饋入做匹配，而避免大幅增加天線整 體的尺寸。同時配合使用橢圓形的微帶天線來產生圓極化的輻射場型[7]，設計 出適用於 GPS 系統的圓極化天線。

圖 3-31 所示為環形單饋入圓極化微帶天線的結構圖與設計時所需使用的各 項參數。同時，表 3-5 為使用 FR4 當做基板時，設計環形單饋入圓極化天線之參 數值。

圖 3-31、環形單饋入圓極化微帶天線結構圖與各項參數

參數名稱 尺寸大小（mm）

由圖 3-33，環形微帶天線 S 參數實作有往低頻頻飄的現象，模擬時的頻寬 約為 1555MHz ~ 1639MHz，而實作量測 S 參數的頻寬約為 1535MHz ~

1620MHz，一樣有達到設計需求的操作頻率。從圖中可以發現，實作時的兩個共 振頻率分開得更遠了，所以可能會影響到圓極化的優劣。同時觀察圖 3-30，不論 模擬或實作量測，均在 1.576GHz 有圓極化的現象產生。

圖 3-33、基板為 FR4 之環形微帶天線的 S 參數模擬與量測比較圖

圖 3-34、基板為 FR4 之環形微帶天線的 Smith Chart 模擬與量測比較圖

從圖 3-35 知，環形微帶天線的軸比（axial ratio）在實作上與 S 參數同樣有 往低頻頻飄的現象，模擬時 3dB 的頻寬約為 1557MHz ~ 1633MHz，而實作量測 頻寬約為 1535MHz ~ 1615MHz。

圖 3-35、基板為 FR4 之圓形微帶天線的軸比（axial ratio）模擬與量測比較圖

@1.576GHz

圖 3-36、基板為 FR4 之環形微帶天線的場型（pattern）模擬圖

@1.585GHz 圖 3-37、基板為 FR4 之環形微帶天線的場型（pattern）量測圖

由圖 3-36 與 3-37，模擬時在天線主波束（main beam）方向的兩個垂直增益 分別為-1.21dBi 與 -1.68dBi，而實作量測時在天線主波束（main beam）方向的 兩個垂直增益約為-4.03dBi，大約比模擬掉了 3dBi 左右。

（a）1540MHz（dBi） （b）1560MHz（dBi）

（c）1580MHz（dBi） （d）1600MHz（dBi）

圖 3-38、YZ 切面輻射場型量測圖

（a）1540MHz（dBi） （b）1560MHz（dBi）

（c）1580MHz（dBi） （d）1600MHz（dBi）

圖 3-39、XZ 切面輻射場型量測圖

3.2.2 基板為高介電常數（ε_r =37）之陶瓷材料

接下來要介紹的環形微帶天線為利用陶瓷材料設計而成的，不過此時將基板 也設計成環狀，讓整個天線外形看起來就是一個環形。理論基礎皆與前述的一 樣，只是將基板大小縮小，使環形微帶天線整個外形就是環形的天線。

圖 3-40 為陶瓷材料環形微帶天線整體架構圖與設計時所需的各項參數。同 時，表 3-6 為使用高介電質（ε_r =37）陶瓷材料當做基板時，設計環形單饋入圓 極化天線之參數值。

圖 3-40、陶瓷材料環形單饋入圓極化微帶天線結構圖與各項參數

參數名稱 尺寸大小（mm）

R 10.55 H 4 a 10.05 b 2 F 2.7 ratio 0.996

介電常數（ε_r） 37

損耗正切（loss tangent） 0.0018

表 3-6、基板為陶瓷材料所設計之環形單饋入圓極化微帶天線的參數值

圖 3-41、基板為陶瓷材料之環形微帶天線的 S 參數模擬圖

由圖 3-41 知，環形微帶天線模擬的 S 參數頻寬約為 1574MHz ~ 1580MHz。

並且由圖 3-42 可知，環形微帶天線模擬的軸比（axial ratio）的頻寬約為 1574MHz

~ 1582MHz。

圖 3-42、基板為陶瓷材料之環形微帶天線的 Smith Chart 模擬圖

圖 3-43、基板為陶瓷材料之環形微帶天線的軸比（axial ratio）模擬圖

由圖 3-44 知，環形微帶天線模擬之輻射場型模擬圖在天線主波束（main beam）方向的兩個垂直增益大小約為-1.38dBi 與-2.95dBi。

@1.576GHz

圖 3-44、基板為陶瓷材料之環形微帶天線的場型（pattern）模擬圖