第四章 內嵌天線射頻模組設計
4.4 整體天線模組模擬結果
利用 HFSS 電磁模擬軟體，在此模組中設５個埠，第一個埠是由上層接地面指 向倒Ｆ天線的火線，其他四個埠分別設在兩個濾波器的兩端，模擬出來為一個 s5p 檔，圖4.27 是濾波器的頻率響應，由於有利用接地灌孔做隔絕，所以結果與前面相
似，圖 4.28 是天線的輸入損耗，圖４.30 是天線個個切面的增益場型，表４.2 為天 線增益的最大值與平均值。前幾節分析的隔絕性問題後，利用接地遮蔽灌孔將天線 與被動電路隔絕，使的整體模擬的結果與個別模擬的結果幾乎相同。
5GHz Antenna T/R
Diversity Switch 5GHz
BPF
5GHz LPF
Additional Diversity
Antenna
• LTCC Module
5GHz Antenna T/R
Diversity Switch 5GHz
BPF
5GHz LPF
Additional Diversity
Antenna
• LTCC Module
圖4.1 內嵌天線模組系統方塊圖
4.5cm 5cm
Ground
6cm
4.5cm 5cm
Ground
6cm
圖4.2 模擬內嵌天線模組的 FR4 版尺寸
5.4mm
7.2mm 5.4mm
7.2mm
(a)
Antenna Switch
Filter Antenna Switch
Filter
(b)
圖4.3 模組三維尺寸與電路位置
1
Vc1 Vc2
ANT1 ANT2
RX
Vc1 Vc2
ANT1 ANT2
RX
Antenna 2
HWS411
LPF BPF
TX RX
Vc1
Vc2 Antenna 2
HWS411
LPF BPF
圖4.5 模組腳位與開關電路腳位對應圖
圖4.6 半波長偶極天線電流分布圖
(a)
(b)
圖4.7 鏡像原理等校模型(a)垂直電流等校模型(b)水平電流等校模型
接地面 訊號饋入點
L型天線
接地面 訊號饋入點
L型天線
圖4.8 L 型單極天線
接地面 訊號饋入點
倒F型天線
L1 L2
接地面 訊號饋入點
倒F型天線
L1 L2
圖4.9 倒 F 型天線
圖4.10 倒 F 型天線的等效傳輸線模
L2 L1
Port
L2 L1
Port
x z
y
L2 L1
Port
L2 L1
Port
x z
y
圖4.11 模組內嵌倒 F 型天線結構圖
圖4.12 電磁模擬內嵌天線輸入損耗圖
圖4.13 模組內嵌倒 F 型天線三維輻射場型圖
(a) X-Z 平面之輻射電場
(b) Y-Z 平面之輻射電場
(c) X-Y 平面之輻射電場 圖4.14 倒 F 型天線各切面之幅射電場
頻率 切面及電場方向 最大值 平均值
5.20GHz X-Z E-total 2.88 -0.04
5.20GHz X-Z E-phi 1.77 -2.08
5.20GHz X-Z E-theta 0.09 -6.71
5.20GHz Y-Z E-total 0.02 -4.9
5.20GHz Y-Z E-phi -5.69 -11.40
5.20GHz Y-Z E-theta -0.05 -9.17
5.20GHz X-Y E-total 4.32 -0.72
5.20GHz X-Y E-phi 4.3 -0.77
5.20GHz X-Y E-theta -17.1 -22.8 單位：dBi 表4.1 模組內嵌倒 F 型天線各切面模擬的幅射增益整理
(a)
(b)
(c)
(d)
圖4.15 模組內電路和天線間遮蔽接地面的四種不同走線
圖4.16 原始天線與不同接地遮蔽面間的反射損耗比較
圖4.17 模組內帶通濾波器三維走線
圖4.18 模組內單一帶通濾波器模擬結果
圖 4.19 模組內低通濾波器三維走線圖
圖4.20 模組內單一低通濾波器接地灌孔較遠之模擬結果
圖4.21 模組內單一低通濾波器接地灌孔較近之模擬結果
圖4.22 模組內單一低通濾波器接地兩側接地灌孔之模擬結果
圖4.23 帶通與低通一起模擬的三維示意圖
圖4.24 模組內帶通與低通濾波器各埠之隔絕性
圖4.25 單一低通濾波器和低通加帶通一起模擬的頻率響應比較
圖4.26 單一帶通濾波器和低通加帶通一起模擬的頻率響應比較
(a) 低通濾波器
(b) 帶通濾波器
圖4.27 整體模組濾波器模擬結果
圖4.28 整體模組天線反射損耗模擬結果
(a) X-Z 平面之輻射電場
(b) Y-Z 平面之輻射電場
(c) X-Y 平面之輻射電場 圖4.29 整體模組天線輻射增益場型
頻率 切面及電場方向 最大值 平均值
5.20GHz X-Z E-total 3.2 0.01
5.20GHz X-Z E-phi 2 -2.03
5.20GHz X-Z E-theta 1.3 -6.85
5.20GHz Y-Z E-total 0.23 -4.64
5.20GHz Y-Z E-phi -4.79 -8.14
5.20GHz Y-Z E-theta -0.86 -10.3
5.20GHz X-Y E-total 3.13 -1.23
5.20GHz X-Y E-phi 3.13 -1.32
5.20GHz X-Y E-theta -14.5 -22.8 單位：dBi 表4.2 模組內嵌型天線整體模擬各切面模擬的幅射增益整理