3-1 使用 HFSS 模擬軟體
本研究是使用電磁模擬軟體 HFSS 來做輔助工具，參考圖 3-1[9]，HFSS 軟 體能模擬在真實環境中的測量，所以我們利用此軟體先來模擬的天線架構以及隔 離度之研究，最後再以較佳的數據實作。
圖 3-1 HFSS 電磁模擬軟體示意圖
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頻率 3.1~10.6GHz(±100MHz)
場型 全向性
30 (a)
(b)
圖 3-4 (a)天線效率(b)天線增益
3 4 5 6 7 8 9 10
78 84 90
Efficiency(%)
Frequency(GHz)
3 4 5 6 7 8 9 10
2 3 4 5
peak gain(dBi)
Frequency(GHz)
31 (a)
(b) (c)
圖 3-5 天線 2D 輻射場型(a)XZ-plan(b)YZ-plan(c)XY-plan。
-20
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圖 3-6 與圖 3-7 為天線間距頻率響應圖，決定天線間距為 9.5mm。圖 3-7 可 以看出間距 9.5mm、31.5mm 的 S11在-10dB 以下，間距 1.5mm 時，天線 S11在 6~7GHz 會在-10dB 以上，不能符合超寬頻天線規格，圖 3-7 間距逐漸加大到 31.5mm，S21的值會減少，然而若是天線間距為 31.5mm，整個尺寸會顯得相當 大。
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(a) (b)
(c) (d)
圖 3-8 天線架構相位圖(a)移動相位接地面無連接圖(b)移動相位接地面連接圖(c) 不移動相位接地面沒有連接圖(d) 不移動相位接地面連接圖。
在文獻[9]中提出移動相位差能改變抑制干擾效果，本研究對此方法做一比 較並且探討在接地面有無連接是否對於 S11、S21會產生影響
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3-3 隔離方式
在 2-5 節有提到幾種不同的隔離方式，而本研究則是使用覆蓋導電碳漿材料，
在天線不同位置及不同面積去做一探討，並且使用電磁模擬軟體 HFSS 去做模擬，
最後再得到較佳值進行實作。
3-3-1 不同導電率的影響
首先覆蓋在正面微帶線圖 3-17(a)，改變覆蓋導電碳漿不同的導電率之後利 用電磁模擬軟體 HFSS 比較。導電碳漿參數值為表 3-3。
表 3-3 導電碳漿參數值
導電碳漿比例 導電率 薄膜平均厚度
30wt% 3.8 S/m 0.0574 mm 40wt% 10.24 S/m 0.0653 mm 50wt% 15.76S/m 0.07 mm 60wt% 38.4 S/m 0.074 mm
表 3-3 中導電碳漿及導電銀漿比例是本身加上樹脂比值重量百分比，例:導 電碳漿比例 30%則樹脂比例則為 70%。
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圖 3-11 為不同導電率的導電碳漿覆蓋在微帶線的 S11頻率響應圖，從圖得知 導電率增加，頻率在 3.1~10GHz 時 S11都能達到-10dB 以下。
圖 3-12 為不同導電率的導電碳漿覆蓋在微帶線的 S21頻率響應圖，由得知導 電率逐漸增加對於 S21抑制越好，在導電率 38.4 S/m 時頻率 5~10GHz 都能達到 -20dB 以下。
圖 3-13 為覆蓋導電率 38.4 的輻射效率，覆蓋後與沒覆蓋效率比較後得知有 覆蓋雖然有抑制效果，但在效率是不良好。
圖 3-14 電流分布圖(b)得知在未覆蓋材料，訊號由箭頭處饋入則右邊天線會 有電流干擾，再覆蓋材料圖(d)(e)中右邊的電流大小會有變弱的趨勢，可知此導 電碳漿材料是能夠吸收訊號，而導電率 38.4S/m 天線電流上減少的電流比導電率 3.8S/m 天線電流多，在導電碳漿材料的電流大小圖可知導電率 38.4s/m 電流比導 電率 3.8S/m 大，因此說明在 S21導電率 38.4S/m 抑制效果最佳，又可推斷覆蓋材 料在吸收訊號時也將原本饋入的能量減少，造成輻射出訊號量減少，因此輻射效 率變差。
圖 3-15 為導電碳漿導電率 38.4s/m 的 2D 場型圖，跟圖 3-4 相比能量會較小
，而場型、增益又跟效率有相關，因此可得知覆蓋材料後效率會降低。
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39 (a)
(b)
圖 3-13 導電率在 38.4S/m(a)天線效率(b)天線增益
3 4 5 6 7 8 9 10
25 30 35 40 45 50
Efficiency(%)
Frequency(GHz)
3 4 5 6 7 8 9 10
0.8 1.0 1.2 1.4
peak gain(dBi)
Frequency(GHz)
40
(a) (b) (c)
(d) (e)
圖 3-14 電流分布圖(a)天線電流大小(b)未覆蓋材料(c)導電碳漿電流大小(d)導電 率 3.8S/m(e)導電率 38.4S/m
41 (a)
(b) (c)
圖 3-15 天線 2D 輻射場型(a)XZ-plan(b)YZ-plan(c)XY-plan。
-30
42
3-4 不同覆蓋位置的影響
在 3-3 不同導電率的影響最佳值為 38.4S/m，因此實驗將利用導電率 38.4S/m 覆蓋在 10 種不同位置探討各種抑制效果。
(a) (b) (c)
(d) (e) (f) 圖 3-16 不同覆蓋位置(a)微帶線正面(b)微帶線背面(c)正面天線輻射體(d)背面天
線輻射體(e)覆蓋在微帶線間(f)覆蓋在輻射體線間
圖 3-17 為不同覆蓋位置的 S11頻率響應圖，在不同覆蓋位置 S11都達到-10dB 以下，圖 3-18 為不同覆蓋位置 S21頻率響應圖，在圖得知覆蓋在圖 3-16(b)(e)位 置時 S21在-15dB 以上，圖 3-16(f)在 8~10GHz 時 S21在-15dB 以上，因此對於此 三種位置不去做選擇，圖 3-16(a)(c)(d)S21都能達到-15dB 以下。圖 3-19 得知圖 3-16(a)(c)(d)效率及增益並不理想，因此在 3-5 章節會探討面積改變對於效率、增 益的改變。
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3-5 不同覆蓋面積的影響
在 3-4 得知結果覆蓋在位置圖 3-16(a)(c)(d)對於 S21都能達到-15dB 以下，但 對於效率、增益並不理想，因此在此章節去改變面積探討效率及增益的變化。
圖 3-20(a)為固定 h 改變 w 示意圖，圖 3-20(b)為固定 h 改變 w 時 S11頻率響 應圖，從圖中得知對於改變 w 在 S11時都能達到-10dB 以下，圖 3-21 為固定 h 改 變 w 時 S21頻率響應圖，由圖中得知在 w=18mm 時 S21都在-15dB 以上，w=26、
22mm 時 S21在 9~10GHz 在-15dB 以上，w=50、42、34mm 時 S21都能達到-15dB 以下。
圖 3-22 為固定 h 改變 w 效率及增益圖，在圖 3-21 時得知在 w=50、42、34mm 時 S21能達到-15dB 以下，但在圖 3-22 中得知 w=50、42、34mm 的效率並不良好，
因此不選擇此覆蓋面積。
圖 3-23(a)為固定 w 改變 h 示意圖，圖 3-23(b) 為固定 w 改變 h 時 S11頻率響 應圖，圖中得知 h=9、6mm 時 S11在 4GHz 會在-10dB 以上，h=3mm 時 S11在 10GHz 會在-10dB 以上，圖 3-24 為固定 w 改變 h 時 S21頻率響應圖，圖中得知 h=3 時 S21在 4~5.5GHz 及 10GHz 會在-15dB 以上，h=12、9、6mm 時 S21在 3~10GHz 都能達到-15dB 以下，其中又以 h=12mm 最佳。
圖 3-25(a)為天線效率，圖中得知 h 減少對於效率則會增加，因此可以得知 覆蓋在微帶線的面積會對於效率有相對關係。
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在改變覆蓋微帶線的導電碳漿面積後接下來就是要去比較改變導電碳漿覆 蓋輻射體的面積，而改變的示意圖參考 3-26。
(a) (b)
(c)
(d)
圖 3-26 輻射體面積改變(a)無碰觸接地面(b)有碰觸接地面(c)固定 h 改變 w(d)固定 w 去改變 h。
w h
h
w w
h
h
w
w h
w
h
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圖 3-26(a)(b)為覆蓋在輻射體時有及無碰觸接地面，圖 3-27 為覆蓋在輻射體 時有無碰觸接地面 S 頻率響應圖，圖中得知在 S11圖 3-26(a)(b)在 3~10GHz 都達 到-10dB 以下，在 S21時圖 3-26(a)在 3~10GHz 都在-15dB，圖 3-26(b)5~10GHz 則 都能達到-20dB，因此有碰觸接地面在 S21會比沒有碰觸接地面較好。
圖 3-26(c)為覆蓋在輻射體固定 h 改變 w 示意圖，圖 3-28 為固定 h 改變 w 時 S11圖，在 3~10GHz 都能達到-10dB 以下，圖 3-29 為固定 h 改變 w 時 S21圖，
w=10mm 時 10GHz 在-15dB 以上，w=50、38、26、14 時 3~10GHz 都能達到-15dB 以下。
圖 3-30 為固定 h 改變 w 的天線效率及增益圖，圖中得知在 w=14、10mm 效 率比 w=50、38、26 都好，但是 w=10mm 在 S21沒有比 w=14mm 來的好。
圖 3-31 w=14 為固定 w 值改變 h 時 S11頻率響應圖，都能達到-10dB 以下，
圖 3-32 為固定 w 值改變 h 時 S21頻率響應圖，h=16.5mm 在 4GHz 時 S21會達到 -22dB 較 h=13.5、10.5、7.5 好。
圖 3-33 為固定 w 值改變 h 時天線效率增益圖，圖中可知 h=16.5mm 在 7~8GHz 會有較好的效率，則 w=14mm、h=16.5mm 則為此面積改變最佳值。
圖 3-34 為 w=14mm、h=16.5mm 往右邊移動，直到完全覆蓋單支天線 S11頻 率響應圖，在 3~10GHz 都能達到-10dB 以下，圖 3-35 為為 w=14mm、h=16.5mm 往右邊移動 S21頻率響應圖，圖中得知覆蓋兩隻會比覆蓋單隻 S21來的更佳，覆 蓋單隻 S21在 3~10GHz 都在-15dB 以上。
圖 3-36 為 w=14mm、h=16.5mm 的 2D 輻射場型圖，從圖中得知在 3GHz、
5GHz 會有全向性輻射。
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圖 3-27 覆蓋在輻射體時有無碰觸接地面頻率響應圖
3 4 5 6 7 8 9 10
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
S-parameter
Frequency(GHz) a(S11)
b(S11) a(S21) b(S21)
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58 (a)
(b) (c)
圖 3-36 天線 2D 輻射場型(a)XZ-plan(b)YZ-plan(c)XY-plan。
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