第四章 實現高隔離度的雙天線
4.1 高隔離度的雙天線使用阻抗匹配消除耦合法
4.1.2 高隔離度雙天線模擬與量測 (縮小化)
在此小節我們將會把天線的尺寸縮小，改良上一小節的天線使之實用性提 高，改良方法就是把上一小節的天線折疊讓天線也同樣共振在相同的頻率，電 流所走的路徑亦是四分之一波長，只是將原形的單極天線做彎曲，整體的天線 架構如圖 4.8所示，圖4.2(b)為去耦合網路與匹配網路之放大圖，此天線建構在 FR4 0.8mm的基版上各個天線尺寸參數如下所示：L=60mm、W=Wg =22mm、
La=20mm 、 Wm=1.5mm 、 L1=10mm 、 Lm=4mm 、 Lm2=7.5mm 、 Lm3=9.5mm 、 Lm4=3.5mm，未加上去耦合網路以及匹配網路的S參數如圖 4.9 所示，圖 4.10表 示的是加上去耦合網路的S參數圖。
整體的電路與上一小節不同的是匹配網路，S 參數大致上是相同然而在史 密斯圖上的阻抗值會略有不同，將會導致匹配也有一點差異性；另外消除耦合 網路也會有些許的不同由式子(3-7a)可知不同的天線，耦合量與相位大小將會影 響傳輸線θ的長度與集總元件 B 的大小，由式子(3-10a)與(3-10b)可以發現α 值 也就是雙天線之間的耦合量大小包含相位大小，會影響此架構的解亦就是 B 與
γ 。
Port 1 Port 2
Via hole Lump element Lm
Wm Lm2 Lm3 Lm4
L
W Wg
Lg
L1
Port 1 Port 2
Via hole Lump element
Port 1 Port 2
Via hole Lump element Lm
Wm Lm2 Lm3 Lm4
L
W Wg
Lg
L1
Lm
Wm Lm2 Lm3 Lm4
L
W Wg
Lg
L1
(a) Layout 圖 (b) 阻抗匹配消除耦法 圖4.8 高隔離度雙天線 (縮小化)
Scattering Parameter (dB)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
Frequency (GHz)
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
Low Isolation Dual-Antennas
Return loss (Simulated result) DB S[1,1]andS[2,2]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Simulated result)
Scattering Parameter (dB)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
Frequency (GHz)
-30 -25 -20 -15 -10 -5
0
Low Isolation Dual-Antennas
Return loss (Simulated result) DB S[1,1]andS[2,2]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Simulated result) 圖4.9 低隔離度雙天線之 S 參數圖 (縮小化)
Frequency (GHz)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-40 -30 -20 -10 0
Decouple
Scattering Parameter (dB)
Return loss (Simulated result) DB S[1,1]andS[2,2]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Simulated result) Frequency (GHz)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-40 -30 -20 -10 0
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-40 -30 -20 -10 0
Decouple
Scattering Parameter (dB)
Return loss (Simulated result) DB S[1,1]andS[2,2]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Simulated result) 圖4.10 去耦合低隔離度雙天線之 S 參數圖 (縮小化)
Frequency (GHz)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-40 -30 -20 -10 0
Scattering Parameter (dB)
High Isolation Dual-Antennas
Return loss (Simulated result) DB S[1,1]andS[2,2]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Simulated result) Frequency (GHz)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-40 -30 -20 -10 0
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-40 -30 -20 -10 0
Scattering Parameter (dB)
High Isolation Dual-Antennas
Return loss (Simulated result) DB S[1,1]andS[2,2]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Simulated result) (a) 高隔離度雙天線模擬結果
Frequency (GHz)
High Isolation Dual-Antennas
Scattering Parameter (dB)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-30 -20 -10 0
-25 -15 -5
Return loss (Measured result) DB S[1,1]]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Measured result) DB S[2,2]] Return loss (Measured result)
Frequency (GHz)
High Isolation Dual-Antennas
Scattering Parameter (dB)
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
-30 -20 -10 0
-25 -15 -5
Return loss (Measured result) DB S[1,1]]
DB S[2,1]andS[1,2] Isolation (Measured result) DB S[2,2]] Return loss (Measured result)
(b) 高隔離度雙天線量測結果
圖4.11 高隔離度雙天線之 S 參數圖 (縮小化)
圖4.12a~c與4.13a~c為天線各個平面的場型的量測值，其中XY平面與ZX平 面都有使天線場型達到偏移的效果。首先把信號由Port 1 饋入，我們先觀察XY 平面發現此時的天線場型是往-X方向偏；再把訊號往Port 2 饋入，在這個情況之 下天線場型是往+X方向偏移，造成的原因與前一小節相同表 3-2 將會把天線各 平面的平均增益值表示出來，縮小型天線的增益平均值比前一小節小，這是因 為天線縮小化會有部分的電流抵銷掉所以造成天線的輻射降低，但是我們也可 以利用開關的切換來達成天線場型的互補，圖4.11為模擬與量測的S參數圖在我 們所需要的頻段之下，隔離度都有在-10dB以下其中被動元件只有某幾種值，所 以造成縮小化的S21參數無法與S11重疊，因為計算出來的元件值與實際上有的元 件值略有差異，才會有這個情況發生。
Port 1 Port 2 XY-左半平面 -1.2659dB -9.3528dB XY-右半平面 -8.9237dB -1.8335dB XY-全平面 -3.588851dB -4.1359dB ZX-上半平面 -8.1801dB -5.994dB ZX-下半平面 -3.5089dB -4.758dB ZX-全平面 -5.2446dB -5.3322dB
表4.2 高隔離度雙天線之增益平均值 (縮小化)
X
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
X
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
-35-30-25-20-15-10-5 0 5 -35
4.2 高隔離度的雙天線使用散射係數交換法