饋入網路分析
2.4 應用於 /5.2 GHz 之雙頻偶極陣列天線
圖2.13 採用反相式饋入網路之雙頻偶極陣列天線結構圖。
圖 2.15 所示則為本設計天線之量測及模擬返回損失結果，模擬部份仍是利 用電磁模擬軟體Ansoft HFSS 所得到，其結果與實際量測非常吻合。在 2.4 GHz 頻段，以1.5:1 VSWR（14 dB return loss）定義頻寬可達到 105 MHz（2385～2490 MHz）；在 5.2 GHz 部份，1.5:1 VSWR 頻寬有 610 MHz（4840～5450 MHz），
圖2.14 如圖 2.13 之雙頻偶極陣列天線饋入網路結構及各項參數值。
兩者皆可符合系統頻帶之要求。此外，在返回損失圖中出現了許多額外的模態，
經過實驗及模擬證實大多為傳輸線間的耦合或本身的傳輸線模態所造成，並不具 有輻射的效果（輻射效率很低），因此對本設計之操作頻帶內的天線特性影響非 常小。
本天線之輻射場型如圖2.16 及 2.17 所示，圖 2.16 之量測頻率為 2450 MHz，
由於此頻段沒有使用陣列設計，因此在垂直切面的x-z 及 y-z 平面可以看出其指 向性較低，而在水平切面則呈現良好的全向性輻射；圖2.17 則是於頻率 5250 MHz
圖2.15 如圖 2.13 結構之雙頻偶極陣列天線之返回損失量測及模擬結果。
圖2.16 如圖 2.13 結構之雙頻偶極陣列天線量測輻射場型圖及增益值；f = 2450 MHz。
所量得之場型，可以發現在兩個垂直切面上的確具有陣列高指向性的效果，水平 切面上也同樣具有良好的全向性輻射，由場型上的表現可以驗證本天線之參數選 擇及饋入網路皆為符合需求之設計。另外在兩個頻段內的其他頻率所量得之輻射 場型也與圖4.16 及 4.17 非常相似。至於在增益方面，由於饋入網路的結構較先 前複雜，傳輸線段的數目也較多，因此造成較高的能量損耗使得增益有稍微下降 之現象，於2.4 GHz 頻段增益大約在 2.3 dBi 左右；5.2 GHz 頻段則於 3.7 dBi 附 近。
圖2.17 如圖 2.13 結構之雙頻偶極陣列天線量測輻射場型圖及增益值；f = 5250 MHz。
上述利用反相式饋入網路成功的製作出具有全向性輻射場型及高指向性的 雙頻偶極陣列天線，以下接著採用簡易式饋入網路來作設計，並比較其優劣性。
圖4.18 為使用簡易式饋入網路之偶極陣列天線結構圖，其整體架構與圖 4.13 雷 同，皆是在高頻段使用陣列設計而低頻段為單純一組偶極天線合成，但在饋入網 路部份則是以簡易式來取代，由圖中可看出其網路簡化許多，所需的傳輸線段數 目大為減少。此處我們將著重於討論兩種網路對於場型及增益的影響，因此不再 詳細介紹天線尺寸及網路參數，但基本上兩者的整體大小是相當接近的。
圖2.18 採用簡易式饋入網路之雙頻偶極陣列天線結構圖。
圖 2.19 所示為採用簡易式饋入網路之偶極陣列天線的返回損失量測結果，
在低頻部分頻寬以1.5:1 VSWR 定義有 95 MHz（2390～2485 MHz）；而高頻部分 在此設計中則有約1 GHz 的頻寬（5090～6095 MHz），不但可滿足 5.2 GHz 的頻 帶，而且也涵蓋了5.8 GHz 頻帶。高頻方面雖具有寬頻特性，但在場型上卻出現 了一些問題。如圖2.20、2.21 及 2.22 分別是在 2450 MHz、5250 MHz 及 5800 MHz 三個頻率所量得之輻射場型。比較高頻部分的圖 2.21 及 2.22，可看出兩者的場 型於垂直切面上變化非常大，指向性完全不同，圖 2.21 中輻射束徑寬較大，而 圖2.22 則束徑寬較窄且在 è = ±50o有一明顯的輻射零點，推測其可能原因有二：
一是陣列天線的最佳天線間距是與波長相關（約 0.8λ0），而當天線的頻寬增加 時，相對於頻帶內波長的變化也增加，導致最佳陣列效果無法表現在整個頻帶 內；二是如前文所述此種饋入網路在輸出埠功率及相位的控制上較為困難，常會 有上下輸出埠功率不等或相位不同等情況發生，因此會出現在 5.8 GHz 及 5.2 GHz 場型於垂直切面指向性差異較大的情形，同時在兩者的增益上也會有些微 差距，分別為4 dBi（5.8 GHz）及 3.5 dBi（5.2 GHz）。另外，由三個頻帶的垂直
圖2.19 如圖 2.18 結構雙頻偶極陣列天線之返回損失量測結果。
圖2.20 如圖 2.18 結構之雙頻偶極陣列天線量測輻射場型圖及增益值；f = 2450 MHz。
切面也能發現最強輻射方向並不是朝向水平方向，而是略微向下偏移（è＞90o），
這也是由於相位及功率不等所造成。而此饋入網路的優點是使用了較少的傳輸線 作設計，可以降低網路部分的能量損耗，因此也得到在2.4 GHz 頻帶較為提升之 增益值，大約為 3.0 dBi；而高頻部份沒有明顯增益增加是因為並沒有達到最佳 陣列效果。
圖2.21 如圖 2.18 結構之雙頻偶極陣列天線量測輻射場型圖及增益值；f = 5250 MHz。
上述利用兩種不同饋入網路所設計之偶極陣列天線在各項天線特性上的比 較如表4.4 所列：簡易式饋入網路天線具有在高頻方面頻寬較大以及在低頻方面 增益略為提高之優點，而其餘在場型及高頻增益等天線特性上則是以反相式饋入 網路的天線設計較佳，雖然兩者互有優缺點，但在以場型訴求及設計難易度等整 體考量上來說仍是以反相式網路天線稍優。
圖2.22 如圖 2.18 結構之雙頻偶極陣列天線量測輻射場型圖及增益值；f = 5800