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4-2 增加低頻共振臂之貼片天線

鑑於縮小天線整體尺寸,設計的構想上就以貼片共振出中(3.5 GHz)、高頻帶(5.8 GHz),然後再增加低頻共振臂使產生可共振出2.4 GHz頻帶的電流路徑,藉以達成縮減天線尺寸之目的。圖4-8為共振 出中(3.5 GHz)、高頻帶(5.8 GHz),未增加低頻共振臂的純貼片天線。

圖 4-8的天線設計方式,參考4-1節的參數調整比較,主要是由整體 天線的長度(L1 + L2)控制中頻共振點(3.5 GHz)。因為貼片天線本為寬 頻天線的形式,但是藉由貼片主體長度(L1)調整中、高頻間的隔離 度,使之不低於-10dB,再經由天線主體與接地平面距離(G)來調整 高頻位置以及中高頻的匹配程度。圖4-8 的模擬結果顯示,以純貼片 天線共振出 3.5 Ghz以及 5.8 GHz的方法確實可行。

4-8、以純貼片天線共振出 3.5GHz 及 5.8GHz 頻帶 (天線尺寸單位:mm)

但若是將圖4-8之天線直接增加低頻共振臂,對於整體的模擬S11

也會造成影響,中、高頻的 S11表現並不會像圖4-8 那麼完整。貼片 主體加上低頻共振臂後,仍須對天線的尺寸參數作一些微調,才能得 到接近 2.4 GHz、3.5 GHz及5.8GHz 三個設計的共振頻率點,以及可 接受的輸入返回損耗值,微調的方式同樣是參考 4-1節的參數調整比 較。增加低頻共振臂,並且適當調整尺寸參數後,其最後的尺寸設計 和模擬 S11如圖4-9 所示。

4-9、未加槽孔之最佳天線 (天線尺寸單位:mm)

由圖 4-9的S11模擬結果所示,雖其三個共振頻率都非常接近設 計需求的 2.4 GHz、3.5 GHz 及5.8 GHz,但是高頻的操作頻寬過大,

將使得接收過多的雜訊而不符合實際的設計需求。為此,採用的解決 方法是額外增加一個槽孔(slot)來帶拒掉非操作頻帶。不過額外增加一 槽孔,也會造成高頻的電流路徑增長,而讓高頻帶有往低頻偏移的情 況,為解決高頻頻偏問題,採用貼片主體長度增加1 mm (22.5 mm + 1 mm = 23.5 mm),而天線主體與接地平面距離減少1mm (2 mm – 1mm

= 1mm),在不改變整體天線長度,使中頻電流路徑不改變前提下,調

整天線主體與接地平面距離(G)所造成的 S11變化可參考4-1.3小節,

雖然增加一段低頻共振臂,但主要由貼片主體所控制的中、高頻,其 S11變化在 4-1節所探討的純貼片天線參數調整,仍具相當的參考價 值。圖4-10 即是增加槽孔後的最佳化天線,及其模擬S11圖。其槽孔

長度以式(4-1)計算[4]:

1 2

2 +

=

r notch

f L c

ε

(4-1)

其中fnotch為帶拒中心頻率,c為真空中光速;以帶拒中心頻率6.5 GHz

設計,所需之槽孔長度L為14 mm,經微調後,槽孔長為16 mm於此設 計達到所需之帶拒特性。模擬的S11顯示,不論是共振頻率點或頻寬,

與設計需求的符合度都很高。模擬共振頻率分別為低頻2404 MHz,, 頻帶2329~2474MHz,中頻3484MHz頻帶3102~4057 MHz,以及高頻 5764 MHz,頻帶5135~6086 MHz。

4-10、最佳化天線之尺寸 (單位:mm)

本文為貼片形式作基礎的天線,其貼片尺寸所造成的輸入返回損 耗變化在 4-1節中都有多方面的探討,由模擬的比較都能夠很清楚地 掌握尺寸改變造成的 S11變化趨勢。在4-2 節中,主要討論的是最佳

化天線不論在尺寸微調方面或是槽孔的寬度、長度變化所造成的變 化,藉此變化的趨勢來找尋最佳化的輸入返回損耗響應。

4-2.1 最佳化天線接地面長度與天線主體長度的互換

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