水平極化彎曲單極天線結構如圖(3-3-1),天線高度2.6cm(0.22λ)、寬度 3.5cm(0.29 λ)、導體總長 11cm(0.93λ) 、導體線徑 2mm,3 折彎曲尾端負載電容 220pF。而彎 曲尾端負載電容有助益於阻抗匹配S11由不匹配提升到-22dB,並大幅改善彎曲天線 操作頻寬由1% 提升到 11.6%如圖(3-3-2)達到與直線單極天相同-10dB 阻抗頻寬。
但負載電容使電流路徑縮短也使操作頻率由2.09GHz 上升到 2.53GHz。天線負載電 容與未負載電容特性比較如表(3-3-1)。天線負載電容與未負載電容輻射場型圖
(3-3-3 ~ 3-3-5),兩者輻射場型差異不大,在 XZ 、YZ 剖面可觀察到天線最大輻 射方向為θ = 0 度亦就是 Z 軸方向。
在不同接地面積對水平極化天線影響方面,當圓形接地面直徑從0.6λ增加到 4 λ,水平極化彎曲單極天線增益在7.62dBi~8.1dBi 間變化,僅在 2λ直徑接地面時 輻射場型出現連波現象增益下降(表3-2-2),所以可觀察到水平極化彎曲單極天線
並未因接地面積加大而對增益有所助益;反過來說就是水平極化的單極天線並不在 意接地面大小。如將以上水平極化彎曲單極天線置於邊長2.5 波長(30cm ×30cm)大 矩形接地面其共振頻率為2.55GHz,增益為 6.91dBi 與各大小圓形接地面增益相去不 遠。(2.55GHz 水平極化彎曲單極天線 2.5 波長大矩形接地面天線輻射場型圖請參閱 附錄)
圖(3-3-1)2.53GHz 彎曲單極天線(0.6λ 圓形接地平面)結構圖
共振頻率 增益(dBi)
input impedance
R + jX(Ω)
頻寬(- 10dB) 接地面直徑 Hpolmeander-line 2.09GHz 7.14dBi 4.7 + j13.7 20MHz (1%)
0.6λ (8.6cm) Hpol
meander-line with
C=220pF
2.53GHz 7.62dBi 57.7 - j11 295MHz (11.6%)
0.6λ (7.1cm) 表(3-3-1)水平極化彎曲單極天線負載電容與未負載電容特性參數表
Ground 直徑 7.1cm
H=2.6cm W=3.5cm
C=220pF Y
Z
X
-25 -20 -15 -10 -5 0
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
Frequency(GHz)
S11(dB)
2.09G meander-line
2.53G meander-line with C=220pF
圖(3-3-2)水平極化彎曲單極天線負載電容與未負載電容頻寬比較圖
-50 -40 -30 -20 -10 0 10
-180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180
Deg
Gain(dBi)
2.53G meander-line with C=220pF co-pol 2.09G meander-line co-pol
2.53G meander-line with C=220pF cross-pol 2.09G meander-line cross-pol
圖(3-3-3)2.53GHz 負載電容彎曲天線與 2.09GHz 彎曲天線 XZ 面輻射場型圖
-50
2.53G meander-line with C=220pF co-pol 2.09G meander-line co-pol
2.53G meander-line with C=220pF cross-pol 2.09G meander-line cross-pol
圖(3-3-4)2.53GHz 負載電容彎曲天線與 2.09GHz 彎曲天線 YZ 面輻射場型圖
2.53G meander-line with C=220pF co-pol 2.09G meander-line co-pol
2.53G meander-line with C=220pF cross-pol 2.09G meander-line cross-pol
圖(3-3-5)2.53GHz 負載電容彎曲天線與 2.09GHz 彎曲天線 XY 面輻射場型圖
3.4、 接地面積對彎曲、直線單極及水平極化彎曲天線增益之影響小結
由3-2 、3-3 兩節中對於圓形接地面直徑由 0.6 波長到 4 波長大小變化對 2.4GHz 直線單極、600MHz 2.4GHz 小型彎曲單極、2.53GHz 水平極化彎曲單極探討,可很 清楚觀察到垂直極化天線增益與接地面面積成正比,對於水平極化天線增益則無幫 助。而在共振頻率方面接地面積變化不管對垂直極化天線或水平極化天都無影響。另外於3-2 節中另一觀察到 2.4GHz 直線單極、2.4GHz 小型彎曲天線兩者與 L.J. Ying 雙頻彎曲天線分析[8]的研究發表,小型彎曲天線與直線單極天線特性參數相似,結 果是相契合的。