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圖1-10 用於光子傳輸器的漸進式開槽天線示意圖[24]

圖 1-11 透鏡天線[25]

由於毫米波頻段下,天線輻射直進性相當高,接收區域亦相對狹 窄,此時就必須仰賴不同的天線技術,如「點對點無線連結系統」需 提供定點間專用數據傳輸,而且為了降低使用功率以及避免干擾,通

常會使用高增益的天線與平面電路系統整合。此次我們是將光子傳輸 器設計於 W 頻段,適用於短距離高功率傳輸(如室內無線通訊系統 架設),故在設計上亦需選取一高指向性天線於系統前端作為整合與 運用。

就高增益天線而言,可選取之天線相當多樣化,包括漸進式開槽 天線(Tapered slot antenna)(圖1-10)、透鏡天線(Lens antenna)(圖 1-11)、陣列天線(Array antenna)、八木宇田天線(Yagi-Uda antenna)

以及號角天線(Horn antenna)…等,以下分別敘述之。

漸進式開槽天線即為日本 NTT 在研究資料傳輸時所使用的天線

(圖1-10)[24],由於漸進式開槽天線在毫米波頻段下對於基板厚度 相當敏感,當基板越厚時,基板所儲存之能量也會越多,此意謂製程 所使用基板不可太厚,否則表面波將對天線之輻射場型產生嚴重影 響。

在毫米波頻段中使用漸進式開槽天線,若天線設計未經妥善處 理,將會使得輻射場型不再集中於一點,反而有可能會使輻射主束

(Main beam)分裂,而且漸進式開槽天線原理乃採用緩阻抗匹配,

設計上必須以漸進方式將開口擴大至半波長以上,所以會使得整體光 子傳輸器的面積過於龐大,因此我們未採用此種天線。

圖1-12 八木宇田天線[26]

透鏡天線則亦屬於高增益天線,其可將輻射能量聚焦於一點,再 將能量送出,但由於透鏡天線之體積過於龐大,在毫米波頻段下甚至 較主動原件大上數萬倍,所以積體化困難,其次為造價昂貴,不符系 統成本,故不予選取。

陣列天線設計時,採用多個單一相同天線恰當排列,在遠場中將 功率合併,雖然可使得整體天線增益增加,但如此一來,整體天線面 積一樣會變得太龐大,不符合製程趨勢。

在進行多番比較與考量下,此次系統是選取與號角天線(圖1-13)

結合之功率計波導(WR-10)作為整合與應用,由於號角天線之饋入 端為一波導管架構,必須引入一平面電路與波導管轉接器作為銜接。

所以做法是採用準八木宇田天線(圖1-12)[26]作為波導管激發源,

因為與上述天線相比,準八木宇田天線尺寸可以做得比較小,在模擬 與製程上也較容易實現,並且相當適用於積體化。

圖1-13 號角天線

傳統八木宇田天線為了使得指向性上升,必須加上多個 director 引導天線之H 平面更加集中(End-fire),使得增益上升。然而此次設 計純粹為一波導管與平面電路轉接器,因此不需如傳統設計上加入 director 亦可將電磁能量耦合至矩形波導管中,如此既可使得轉接器 最佳化時間大幅縮減,在製程上也更易實現。