圖 4.7.11 U 型縫隙長度 Sloty 對 S 參數的影響
圖 4.7.12 U 型縫隙嵌入式微帶天線共振在 60GHz 場型
4.8 實作與量測
4.8.1 待測天線與量測環境簡介
下圖 4.8.1 是一般嵌入式微帶天線用來量測做比較，使用規格 1.85mm V band Anitsu 公接頭，透過同樣 1.85mm 大小的母母轉接頭，把訊號連結到安捷倫 E8361C PNA 系列微波網路分析儀量測待測天線的 S 參數，待測天線是由一個 L 型製具乘 載如圖 4.8.2，饋入火線中心 Pin 到 L 型載具高度差設計為 10mil，讓板材能夠剛好 放在火線到載具之間，之後再使用兩顆螺絲釘把天線和載具做固定。
圖 4.8.1 待測天線量測俯視圖 圖 4.8.2 待測天線量測側面圖
2D2
R= λ
下圖 4.8.3 為量測場型環境照片，由於校內並沒有量測 V band 無反射實驗室，
我們使用安捷倫 E8257D 信號產生器當作訊號來源，透過一台經由 50~75 GHz External Mixer 升頻過的頻譜儀做接收，量測原理是比較標準號角天線和待測天線 接收到的能量差，來計算待測天線的增益大小。
在操作頻率 60GHz 遠場範圍是 1.28mm(4.3)，測量時以 30 公分作為量測距離，
透過珍珠板製作旋轉平台和兩個不同極化所需載具如圖 4.8.4，旋轉待測天線量測 E Plane 與 H Plane 場型。
D: 天線孔徑的最大直線距離 (4.3) 根據射頻訊號在自由空間傳播功率損耗公式(4.4)得知，在 60GHz 時波只要傳 遞 30cm，能量損耗非常大至少會超過 57.5dB(理想狀態)，但是我們的天線載具離 平台相對距離較近(高度約 60GHz 的 20 個波長)，為了減少平台經反射後對場型的 影響，量測時將待測天線連同旋轉平台放置在吸波器(absorber)上，因此量測 60GHz 待測天線場型時可以將四周近似為無反射實驗室。
Loss(dB)=20log(4πdf /C) d:距離、f:頻率、C:光速 (4.4)
圖 4.8.3 場型量測環境示意圖
圖 4.8.4 左圖是量測 H-Plane 製具現場，右圖是量測 E-Plane 製具現場
4.8.2 量測結果與討論
圖 4.8.5 接地面共平面波導饋入微帶天線
圖 4.8.6 接地共平面波導饋入 U 型縫隙背腔式共振天線 上圖 4.8.5 是一般嵌入式微帶天線，因為製作在會有些許的誤差，實作出來 共振在 62GHz，比設計在中心頻 60GHz 稍微高頻了一些， 頻寬約 3GHz(5%)，為 了要改善頻寬窄的問題以達成 60GHz 寬頻帶高效能的需求，設計出 U 型縫隙背腔 示天線，本論文提出的背腔示天線 10dB 頻寬由圖 4.8.6，可涵括 57.2GHz 到 63.6 GHz，高達 6.3 GHz(10.4%)，運用兩種模態的共振方式，增加可操作的頻寬。
下圖 4.8.7 是 U 型縫隙背腔式共振天線實際大小顯示圖。
圖 4.8.7 U 型縫隙背腔式共振天線與中華民國一元硬幣大小相對圖
圖 4.8.8 嵌入式微帶天線量測場型圖
圖 4.8.8 為嵌入式微帶天線量測場型圖，左圖是模擬一般嵌入式微帶天線，
因為微帶線在 50 歐姆阻抗下火線寬度會超過 λg/4，能量經由微帶傳輸線饋入天線 容易邊傳遞邊輻射，而接地共平面波導(GCPW)饋入在高頻使用時，擁有低干擾和 穩定阻抗頻寬，因此本篇論文設計的嵌入式微帶天線或 U 型縫隙背腔式共振天 線，皆採用接地共平面波導做為饋入的傳輸線;由圖 4.8.9 之左圖可以看出訊號從 同軸接頭饋入 50 歐姆接地共平面波導，為了減少能量在傳輸線上面的損耗，訊號 從接頭饋入後經過一個波長開始做阻抗轉換到 105 歐姆，最後利用嵌入式找到最 好的匹配點。
量測嵌入式微帶天線在 60 GHz 時最大增益在 30o為 7.5dBi，因為表面波會在 板材邊緣產生干擾造成最大增益並不在 0o角，測量結果可以看出嵌入式天線的正 交極化(X-Po)和模擬相比大了許多，這是在量測正交極化時的接收訊號已在-60 dbm 到-70 dBm 之間，訊號大小和接收到的背景雜訊相比並不明顯。
圖 4.8.9 U 型縫隙背腔式共振腔天線實做與模擬圖
圖 4.8.10 U 型縫隙背腔式共振腔天線場型圖
上圖 4.8.9 為 U 型縫隙背腔式共振腔天線實做圖，板子上面的兩個洞是用來鎖 螺絲和載具做固定用，最小線寬、最小線距、孔徑大小及最短孔距為 4mil、4mil、
8mila 和 6mil。使用最小線距可以讓高阻抗的傳輸線火線變窄以減少傳輸衰減損 耗，而最小的孔徑及孔距能夠讓形成共振腔所需的金屬柱越密集。
圖 4.8.10 為 U 型縫隙背腔式共振腔天線場型圖，左邊是共振在 60 GHz 微帶 天線模態，右邊是共振在 62 GHz 背腔式共振腔模態，由左圖可以看出場型與模擬 結果相符，最大增益 8.4dBi 因為兩條磁流能量不相等而有所偏移;右圖背腔式共振 腔天線場型圖得知與模擬結果有些許差異，最大增益在 50o有 7.2dBi。
因為在量測過程中每次改變一種極化方向，需要對載具和標準號角天線的相 對位置重新定位，而待測天線與同軸接頭有沒有很好的接觸也會影響天線表現，
除此之外，在做手動旋轉時待測天線的中心點位置可能會有些許偏移，加上天線 製作過程會有±1mil 的誤差，以上種種因素造成模擬與實際量測的誤差，相信有機 會在高頻無反射實驗室量測本論文提出的共振腔天線的話，量測會與模擬結果更 相近吻合。