600MHz
meander-line ant
FeedGround Ring
Substrate
直徑0.6λ30cm
模擬分析開單環結果，本節對0.6 波長接地面開單環，調整變化環寬度由 0.5cm
～9.5cm 中央圓形連續平面直徑變化為：0.5cm 環寬中央圓直徑為 27cm、1.5cm 環 寬中央圓直徑為25cm、、、9.5cm 環寬中央圓直徑為 9cm。隨著中央圓形連續平面 減小共振頻率隨著上升，如同前節開環越多中央圓心越小共振頻率越高。由開多環 與開單環調整環寬的模擬分析我們可以觀察到，中央圓形連續平面直徑大小會影響 到共振頻率。在表(4-2-2-1) 中環寬 0.5cm～9.5cm 往圓心方向擴大共振頻率則由 611MHz 上升到 628MHz。
開單環調整環寬對天線增益影響：609MHz 小型彎曲天線在 0.6 波長接地面上開 單環不同環寬環增益變化為：0.5cm 環 1.73 dBi、1.5cm 環 1.58 dBi、、、8.5cm 環 1.71 dBi、9.5cm 環 0.92 dBi。開單環對天線增益都有提升效果直到環寬 9.5cm 中央 圓直徑為9cm，增益與傳統 0.6 波長連續接地面差異不大僅增加 0.16dBi，單環效果 最佳為3cm 環與 4.5cm 環增益分別為 2.18dBi 與 2.12dBi 增益增加 1.42dBi。4.5cm 環 中央圓直徑為19cm(約 0.38λ)與開多環最佳效果 3 環中央圓直徑為 20cm(約 0.4 λ)。以上比較可知對天線增益來說開環到 0.4 波長位置應是最佳位置，超過 0.4 波 長越接近天線增益提升效果越差。
開單環調整環寬對輻射場型影響：609MHz 小型彎曲天線在 0.6 波長傳統連續接 地面上，輻射場型最大輻射方向點是在θ＝600。觀察XZ、YZ Co-pol 環輻射場型圖 (4-2-2-2～4-2-2-7)對 0.6 波長接地面開單環環不同寬度環輻射場型變化為；環寬 0.5cm、1.5cm、3cm、4.5cm 環輻射場型與傳統連續接地面相似，最大輻射方向點是 在θ＝600。環寬6.5cm 最大輻射方向點θ＝600，但輻射強度下降接近傳統接地面最 大增益值，輻射場型角度開始向θ＝900以上擴大增加。環寬8.5cm、9.5cm，最大輻 射方向變的不明顯分佈在θ＝600 ~ 1300之間，因輻射角度擴大使的增益值與傳統接
地面接近。
由以上模擬分析與開多環的模擬，我們觀察到相同的現象就是：輻射場型的開 展、增益提升效果下降、共振頻率偏移是因中央圓形連續平面縮小所致。上節中開3 環中央圓形連續平面直徑20cm(0.4λ)，增益提升最大、共振頻率偏移量小 3MHz (0.4%)，本節開單環環寬 4.5cm 中央圓形連續平面直徑 19cm(0.385λ)增益提升接近 最大共振頻率偏移量小4MHz (0.65%)。所以我們得到一個結論，只要將小型彎曲天 線中央圓形連續平面直徑維持在0.4λ以上則對小型彎曲天線的輻射場型最大輻射 方向與共振頻率幾無影響。換句話說我們可以在接地面0.4λ～ 0.6λ間重新設計改 良以提升天線增益且對天線原始特性改變最小。若以 2.4GHz 小型彎曲線圖(3-2-1) 在0.4λ～ 0.6λ間開單環環寬 4.5mm(0.036λ)環間距 2mm，增益為 2.62dBi 共振頻 率 2.43GHz 相較於傳統接地面增益 1.34dBi 增加 1.28dBi，共振頻率偏移 0.02GHz 甚 小，與上述600MHz 小型彎曲線相同都有擴大接地面積及增益提升效果。(2.4GHz 小 型彎曲線開單環環寬4.5mm 輻射場型圖參閱附錄圖 A-28~33)
600MHz Small
(MHz) 609MHz 611MHz 612MHz 617MHz 613MHz 619MHz 624MHz 628MHz
增益(dBi) 0.76dBi 1.73dBi 1.58dBi 2.18dBi 2.12dBi 1.28dBi 1.71dBi 0.92dBi 相較傳統接
地平面增益 變化(dBi)
0.97dBi 0.82dBi 1.42dBi 1.36dBi 0.52dBi 0.95dBi 0.16dBi
共振頻率
表(4-2-2-1) 600MHz 小型彎曲天線開單環環寬度 0.5cm～9.5cm 天線特性比較表
-5
0.5cm_co 1.5cm_co
3cm_co 4.5cmGnd_co
6.5cmGnd_co 8.5cmGnd_co 9.5cmGnd_co conventional
圖(4-2-2-2)600MHz 小型彎曲天線接地面開單環不同環寬度 XZ 面 Co-Pol 輻射場型圖
0.5cm_x 1.5cm_x
3cm_x 4.5cm_x
6.5cm_x 8.5cm_x
9.5cm_x conventional
圖(4-2-2-3)600MHz 小型彎曲天線接地面開單環不同環寬度 XZ 面 Cross-Pol 輻射場型圖
-5
0.5cm_co 1.5cm_co
3cm_co 4.5cm_co
6.5cm_co 8.5cm_co
9.5cm_co conventional
圖(4-2-2-4)600MHz 小型彎曲天線接地面開單環不同環寬度 YZ 面 Co-Pol 輻射場型圖
0.5cm_x 1.5cm_x
3cm_x 4.5cm_x
6.5cm_x 8.5cm_x
9.5cm_x conventional
圖(4-2-2-5)600MHz 小型彎曲天線接地面開單環不同環寬度 YZ 面 Cross-Pol 輻射場型圖
-5
0.5cm_co 1.5cm_co
3cm_co 4.5cm_co
6.5cm_co 8.5cm_co
9.5cm_co conventional
圖(4-2-2-6)600MHz 小型彎曲天線接地平面開單環不同環寬度 XY 面 Co-Pol 輻射場型圖
0.5cm_x 1.5cm_x
3cm_x 4.5cm_x
6.5cm_x 8.5cm_x
9.5cm_x conventional
圖(4-2-2-7)600MHz 小型彎曲天線接地面開單環不同環寬度 XY 面 Cross-Pol 輻射場型圖
4.2.3 接地平面開上下對稱環上下環間為 FR4 介質設計方法與模擬分析
4.2.1 與 4.2.2 上兩節中我們探討對 0.6λ連續接地平面開多環與開單環調整寬度增 加接電地面電容，得到一個結論只要將小型彎曲天線中央圓形連續平面直徑維持在 最小0.4λ以上，在 0.4λ～ 0.6λ間作開環設計改變，對小型彎曲天線共振頻率與輻 射場型最大輻射方向幾無影響，但確可以提升天線增益。在本節中為了再增加接地 面電容效果，將接地平面開環延伸到 FR4 介質下開環，並引用前述開環特性在0.4λ
～ 0.6λ作設計改變，也就是最多開 3 環但為了比較中央圓形連續平面比 0.4λ小場 型特性，增加了開4 環。
接地平面開上下對稱環上下環間為1.6mm 厚 FR4 介質設計方法，接地面開環設 計方法如同開多環方式，以600MHz 小型彎曲天線為探討對象，環寬與環間距採 2：
1 比例，環寬 1cm、環與環間距 0.5cm，金屬平面外緣內縮 1 環間距 0.5cm，使金屬 平面直徑縮小為29cm 才開始開環，往內開環。FR4 下方環設計則在與接地面環對稱 位置開對應的環、天線結構如圖(4-2-3-1)。
Ring
Substrate
Y Z
X
Feed 600MHz meander-line ant
直徑 0.6λ30cm Feed
Ground Plane Ring
Substrate
模擬分析開上下對稱環結果，對0.6λ連續接地平面開 1～ 4 上下對稱環，共振 增益增加1.19dBi，由此可知環越多並不見得效果跟著增加。如與僅開接地面環相較 在最佳的2 與 3 上下對稱環反而比僅開接地面環增益小所以增加下方對稱環對多環