第二章 基本理論及特性
2.3 洩漏波模態激發電路
2.4 單一導體帶狀洩漏波天線的理論及特性
這個頻率的傳播常數都超越了 (1.0003)和 (1.0001)表面波模態。因此必需 等到4.5GHz後圖2-7: 單一導體正規化洩漏模態傳播特性圖
圖2-8為單一導體帶狀洩漏波天線俯視圖，天線部分如同上述，天線寬
圖2-9: 單一導體帶狀洩漏波天線反射損耗模擬圖
圖2-10為單一導體帶狀洩漏波天線在10GHz輻射場型，圖2-10(a)為單一導體 帶狀洩漏波天線在10GHz Eplane的輻射場型，稍有不對稱的現象是在於饋入結構 的不對稱造成的，Eplane切面上，最大的增益為8.15dBi，圖2-11(b)為單一導體帶 狀洩漏波天線在10GHz Hplane的輻射場型，最大增益為8.17dBi，則可以看出單 一導體帶狀洩漏波天線輻射場型在end-fire方向。
圖2-11為單一導體帶狀洩漏波天線在11GHz輻射場型，圖2-11(a)為單一導體 帶狀洩漏波天線在11GHz Eplane的輻射場型，最大的增益為8.46dBi，圖2-11(b) 為單一導體帶狀洩漏波天線在11GHz Hplane的輻射場型，最大增益為8.16dBi，
(a)
(b)
圖2-10: 單一導體帶狀洩漏波在10GHz的輻射場型模擬圖(a)Eplane (b)Hplane
(a)
(a)
(b)
圖2-12: 單一導體帶狀洩漏波在12GHz的輻射場型模擬圖(a)Eplane (b)Hplane
第三章 扇狀輻射場型單一導體帶狀洩漏波天線陣列
（Single-conductor Strip Leaky-wave Antenna Array with Sectored Radiation Pattern）
本章介紹由單一導體帶狀洩漏波天線以扇狀排列的天線陣列，使得天線的輻
圖3-1: 二元天線陣列排列方式示意圖
8 degree 10 degree 12 degree 14 degree 16 degree Max Gain(dBi) 12.45 12.38 10.38 8.23 8.12
HPBW 17° 17 ° 15 ° 23 ° 23° 表3-１: 11GHz二元天線陣列在xy平面的輻射場型資料
8 degree 10 degree 12 degree 14 degree 16 degree Max Gain(dBi) 13.16 13.30 12.53 9.63 8.64
HPBW 18° 18 ° 15 ° 19 ° 22° 表3-2: 12GHz二元天線陣列在xy平面的輻射場型資料
(a)
3.1.2 四元天線陣列分析
8 degree 10 degree 12 degree 14 degree 16 degree Max Gain(dBi) 15.59 13.35 10.57 8.47 6.96
表3-3: 11GHz四元天線陣列在xy平面的輻射場型資料
8 degree 10 degree 12 degree 14 degree 16 degree Max Gain(dBi) 15.16 14.51 9.76 8.28 7.16
表3-4: 12GHz二元天線陣列在xy平面的輻射場型資料
(a)
3.1.3 功率分配器
圖3-7為一分四功率分配器，繼上述的一分二功率分配器，前級再做一個一 分二功率分配器，使得能量從埠1進入，能量均分成四份，圖3-8為一分四功率分 配器S參數模擬圖，在所需頻段仍然有在 10dB− 以下，而 ， ， ， 在
頻段中為 ~ dB，可以看出能量確實有四等分，且誤差不大。
S
21S
31S
41S
51−6.2 −6.7
圖3-7: 一分四功率分配器
3.1.4 模擬與實作量測
綜合上述所說，結合功率分配器與天線的部分，圖3-9為二元天線陣列俯視
圖，圖中左邊的小圓點即為張角的虛擬圓心，圓心到天線的距離為150 。圖
3-10是二元天線陣列反射損耗模擬圖，頻寬從 到1 ，圖3-11為二元
天線陣列11GHz輻射場型，最大增益為 13.88 ，場型在yz方向仍然維持在 end-fire方向，圖3-12為二元天線陣列12GHz輻射場型，最大增益為14.55dBi。
(a)
(a)
(b)
圖3-12 二元天線陣列12GHz輻射場型模擬圖
圖3-13為四元天線陣列俯視圖，張角為10度，圖中黑色圓點為當初設計 的虛擬圓心，虛擬圓心到天線距離為150mm。圖3-14為四元天線陣列反射損耗模 擬與量測圖，虛線部分是模擬結果，而實線部分是量測結果，可以看出量測出來 的反射損耗在10.5~13GHz並沒有如模擬般的在-10dB以下，因此在下一個小節 中，將再針對反射損耗的部分再做改善，而圖3-15為四元天線陣列11GHz輻射場 型，實際量測最大增益為12dBi，圖3-16為四元天線陣列12GHz輻射場型，實際 量測最大增益為11.9dBi。
圖3-13: 四元天線陣列俯視圖
圖3-14 四元天線陣列反射損耗模擬與量測圖
(a)
(a)
(b)
圖3-16 四元天線陣列12GHz輻射場型
10dB
圖3-18 重新調整後的單一導體洩漏波天線反射損耗模擬圖
圖3-19 重新調整後的單一導體洩漏波天線在Eplane輻射場型
3.2.2 功率分配器的改進
圖3-21 一分二功率分配器S參數模擬圖
圖3-23 一分四功率分配器S參數模擬圖
圖3-24為一分八功率分配器，長度為84.5mm，圖3-25為一分八功率分配器的 S參數模擬圖，在頻段中
S
11在−17.5dB，因為由多級的功率分配器組合而成，因 此在各級的匹配誤差下，S
11無法達到−20dB以下，而從圖中也可以看出至 至重疊在一起，在頻段中介於
S
21S
91 −9.3dB到 10.2dB− ，證實能量均分成八等分。圖3-25 一分八功率分配器的S參數模擬圖
3.2.3 八元素單一導體洩漏波天線陣列模擬與實作
圖3-26為八元素單一導體洩漏波天線示意圖，尺寸為為 336mm 256mm× 。
圖3-26 八元素單一導體洩漏波天線示意圖
圖3-27為八元素單一導體洩漏波天線陣列反射損耗，頻寬從8.68 到 共 。圖3-28為八元素單一導體洩漏波天線陣列在11GHz的輻射 場型，圖3-28(a)為在xy方向的輻射場型，可以觀察到在xy平面上的場型確實呈現 扇型，實際量測最大增益為9.07dBi，主波束的Ripple介於4dBi至9.07dBi，Ripple 差距為5.07dB，若以Ripple的最小值4dBi為波束寬的基準，則八元素天線陣列的
GHz 14.78GHz 6.10GHz
圖3-27 八元素單一導體洩漏波天線反射損耗
(a)
(a)
(b)
圖3-29 八元素單一導體洩漏波天線陣列在12GHz輻射場型(a)xy平面(b)yz平面
3.3 十六元素單一導體洩漏波天線陣列
3.3.1 功率分配器
繼3.2.2一分八功率分配器，前級再多接一個一分二的功率分配器使其成為一 分十六功率分配器，圖3-30為一分十六功率分配器示意圖，圖3-31為圖3-30為一 分十六功率分配器反射係數，在頻段中都在-18dB以下。因為其長度的設計已經 超過虛擬圓心，因此在功率分配器彎曲了一個角度，使其天線能保有同個圓心。
圖3-30 一分十六功率分配器示意圖
3.3.2 十六元素單一導體洩漏波天線陣列的實作量測
圖3-33 十六元素單一導體洩漏波天線陣列反射係數量測圖
(a)
(b)
圖3-34 十六元素單一導體洩漏波天線在11GHz輻射場型(a)xy平面(b)yz平面
(a)
第四章 結論
參考文獻
[1] W. L. Stutzman and G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, 2nd ed. New York:
Wiley, 1998.
[2] D.M. Pozar, Microwave Engineering, 2nd ed. New York: Wiley, 1998.
[3] A. A. Oliner and K. S. Lee, “The naturne of the leakage from higher-order modes on microstrip line,” in Proc. IEEE MTT-S Int. Microwave SYmp. Dig., Baltimore, 1986, pp. 57-60.
[4] A. A. Oliner, “Leakage from higher modes on microstrip line with application to antenna,” Radio Sci., vol. 22, no. 6, pp. 907-912, Nov. 1987.
[5] W. C. Hong, T. L. Chen, C. Y. Chang, J. W. Sheen and Y. D. Lin “Broadband tapered microstrip leaky-wave antenna,” IEEE Trans. Antennas and Propagation., vol. 51, pp.1922-1928, Aug. 2003.
[6] W. C. Hong, Y. D. Lin, “Single-conductor strip leaky-wave antenna,” IEEE Trans.
Antennas and Propagation., vol. 52, No. 7, July 2004.
[7] R. N. Simons, R. Q. Lee, and T. D. Perl, “Non-planar linearly tapered slot antenna with balanced microstrip feed,” in Proc. IEEE, AP-S Int. Symp. Dig., 1992, pp.
2109-2112.n