4.3 16 個天線陣列增益比較

在負載上至少還有 10%的功率沒有利用到，讓天線陣列的效率降低，功率無法有 效的應用，在本單元中使用了 16 個天線，讓饋入天線網路的效率增加，天線增 益達到 16.5dBi，若扣除微帶線的損失，將與理論值很接近，利用五種天線做比 較，分別是饋入線特性阻抗 25 歐姆、40 歐姆、70 歐姆和二段式特性阻抗 25 歐 姆、40 歐姆，結構如圖（4.3.1）~(4.3.2)所式，最後一隻天線是以二段式特性 阻抗為基楚，改變負載的匹配，減少負載上的功率，讓增益有更顯著的增加，量 測到的Ｓ參數如圖（4.3.3）~(4.3.7)所示，與上一單元一樣，使用Ｍicrowave office 軟體，模擬五種饋入網路的 S 參數，如圖（4.3.8）所示，由模擬出來的 Ｓ參數中，取出 12.5GHz 的饋入天線端的能量，繪出五種饋入方法的饋入天線的 功率分佈圖，如圖(4.3.9)所示，最後量測五種天線的場型，分別量測 12.2GHz

～12.8GHz 的和頻率點的天線場型，並且記錄它的最大增益值，繪出如圖（4.3.10）

天線增益比較各種不同的饋入網路。

在圖(4.3.9)和(4.3.10)中，一段式特性阻抗中 25 歐姆它的負載上的功率為 -11.36dB 與其它的天線做比較，它遺留在負載上的功率是最多的，造成效率變 差，因而天線增益也變差，但是比起 40 歐姆和 70 歐姆的饋入線，還是有它的優

圖(4.3.1) 由上至下為 25 歐姆和 40 歐姆一段式傳輸線的饋入天線

圖(4.3.2) 由上至下為 70 歐姆一段式傳輸線饋入天線和 25 歐姆、40 歐姆 二段式傳輸線的饋入天線

圖(4.3.3) 25 歐姆傳輸線饋入天線的反射損失和插入損失

圖(4.3.4) 40 歐姆傳輸線饋入天線的反射損失和插入損失

圖(4.3.5) 70 歐姆傳輸線饋入天線的反射損失和插入損失

圖(4.3.6) 25 歐姆、40 歐姆二段式傳輸線饋入天線的反射損失和插入損失

圖(4.3.7) 25 歐姆、40 歐姆調整負載匹配，二段式傳輸線饋入天線的反射 損失和插入損失

圖(4.3.8) 25 歐姆、40 歐姆 16 個天線饋入端模擬情形

圖(4.3.9) 饋入天線的功率分佈圖比較各種不同的饋入網路

圖(4.3.10) 天線增益比較各種不同的饋入網路

上，他的饋入天線的效率為 31.8%，在負載上的能量為-11.36dB，在饋入線上的 損失有將近 60%，相當的驚人，造成的原因可能是功率從負載上反射或是饋入到 天線產生的反射，正好與進入的功率相位相差 180˚，造成功率相互抵消，使得效 率降低，進而讓天線增益下滑，另一種可能是能量由主線耦合時，大小其實也主 導了損失的多寡，若把主饋入線表示成如圖(4.3.12)所示，能量饋入到主線的效 率可以是一個等比級數和的累加，若分析它的耦合與能量饋入效率的影響，並且 假設二段傳輸線的損失為”L”，其值為 0.935，而耦合量”C”愈大則效率愈好，反 之”C”愈小則效率愈差，在主線的損失也就愈大，如圖(4.3.13)所示，在這個曲 線中”L”的數值愈小，也就是傳輸線的損失愈大，曲線的斜率會變大，饋入線的 效率與耦合量的變化量也會增加，所以在本次主線 25 歐姆的饋入的天線中，因 為它的耦合量是最少的，所以造成在傳輸線上的損失較大。

broadside direction

Antenna gain in (-14.7 / 20)

}

=20log 10⎡⎣ ⎤ ×⎦ 16 +6.5dBi

16 elements simulation and measurement result at 12.5GHz

Gain (dBi)

Return loss(S11) (dB)

Insertion loss(S21) (dB)

Average power form the 16 elements antenna (simulation result) (dB)

Antenna array feed network efficiency

Zo=25ohm(simulation) 13.39 -18.85 -11.36 -17.18 31.8%

Zo=25ohm(measurement) 13.4 -12.96 -11.18 Na Na

Zo=25&40ohm Low S21(simulation)

16.53 -11.32 -19.2 -14.04 63%

Zo=25&40ohm

Low S21(measurement)

16.27 -11.32 -21.76 Na Na

圖(4.3.11) 量測與模擬各種傳輸線對增益、效率、平均功率的比較表