具有縮小化及頻帶阻隔的超寬頻平面槽孔天線之研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

具有縮小化及頻帶阻隔的超寬頻平面槽孔天線之研究

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 97-2221-E-151-011- 執 行 期 間 ： 97 年 08 月 01 日至 98 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立高雄應用科技大學電子工程系 計 畫 主 持 人 ： 詹正義 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：王家鴻 碩士班研究生-兼任助理人員：嚴仁河 碩士班研究生-兼任助理人員：段志豪 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢

中 華 民 國 98 年 09 月 19 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫

▓ 成 果 報 告

□期中進度報告

具有縮小化及頻帶阻隔的超寬頻平面槽孔天線之研究

計畫類別：█個別型計畫 □整合型計畫

計畫編號：NSC 97-2221-E-151-011

執行期間：97 年 8 月 1 日至 98 年 7 月 31 日

計畫主持人：

詹 正 義

計畫參與人員：

王家鴻、嚴仁河、段志豪

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：

▓

精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

▓

出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年

▓

二年後可公開查詢

執行單位：

國立高雄應用科技大學電子系

中 華 民 國 九十八 年 九 月 三十 日

1

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

具有縮小化及頻帶阻隔的超寬頻平面槽孔天線之研究

A Study on Compact and Band-Notched Planar Ultra-Wideband Slot Antennas

計畫編號：NSC 97-2221-E-151-011

執行期限：97 年 8 月 1 日至 98 年 7 月 31 日

主 持 人：詹 正 義 國立高雄應用科技大學電子系

計畫參與人員： 王家鴻 國立高雄應用科技大學電子系碩士班

嚴仁河 國立高雄應用科技大學電子系碩士班

段志豪

國立高雄應用科技大學電子系碩士班

E-Mail: jyjan @cc.kuas.edu.tw 一、中文摘要： 在先前的研究計劃裡，已經研究且提 出超寬頻的槽孔平面天線設計，但是在執 行計劃研究中發現，在實際應用到產品商 業化上時，有一些缺點則需要進一步去考 慮和改進，這些缺點包括了天線大小問題 及在超寬頻段內實際應用時會與現有無線 通訊系統使用頻段衝突問題等，其中槽孔 結構的超寬頻天線，在槽孔本身其面積決 定了天線所占大小，又在輻射的槽孔本身 需加以改變槽孔結構以造成能避開現有無 線通訊系統使用頻段，這些都是值得再進 一步改進與克服的問題，因此在本計劃研 究中進一步提出針對解決這些問題的重要 相關研究與設計。 由於從先前的研究計劃後發現，使用 槽孔結構的超寬頻天線，在天線縮小化和 頻帶阻隔的設計技術上，與使用的槽孔結 構有關，在天線大小方面，有的槽孔結構 並不一定適合將其縮小化，而在頻帶阻隔 方面，有的槽孔結構並不一定適合做某些 頻帶阻隔之技術，而且不同的槽孔結構， 這些又有其不同設計方式，因此綜合言 之，提出一種具有縮小化及頻帶阻隔的超 寬頻平面槽孔天線設計是很重要的，在本 計劃研究中，我們將提出選擇適合將天線 縮小化且頻帶阻隔的超寬頻槽孔平面天線 設計，使其操作頻寬可操作在 3.1 至 10.6 GHz 範圍外，而且能達到實際應用到產品 商業化上之目的。 關鍵詞：超寬頻通訊系統，槽孔天線； Abstract

In the previous project, a study of planar Antennas has been proposed for the application as ultra-wideband devices by using configurations of printed slot antennas. In this study, it is found that some of problems need to be considered and improved for commercial applications in practice. They are the problems including antenna size and the conflictions with other wireless communication systems. Typically, ultra-wideband planar slot antennas have their antenna sizes determined by their structures of slots. And they are easy to cover with other communication systems because of operating in this widespread bandwidth. Therefore it is worthy for us to propose and study to resolve these problems in this project.

After the study from the previous project, it is shown that the techniques of compact antenna design and band-notched design is truly concerned with the used slot geometries. For example, some slot geometries are not suitable to be miniaturized

in order for the compact antenna design. As for band-notched designs, there are many kinds of techniques to reject any interference such as wireless LAN at 5-6 GHz. But some of them could be not suitable for other structures of slot antennas. Furthermore, various slot geometries have their different techniques to design for both compact and band-notched antennas. Accordingly, a study on compact and band-notched planar ultra-wideband antennas with their suitable slot configurations is important. In this project, compact and band-notched planar ultra-wideband antennas are proposed. It is hoped that they can not only operate in the bandwidth from 3.1 to 10.6 GHz, but also can be as suitable as commercial products in practice.

Keywords ： Ultra-wideband system, Slot antenna; 二、緣由與目的： (1)本研究計畫之背景 超寬頻(UWB)技術早在 1960 年代時， 已經開始有科學家針對脈衝式微波的特性 進行研究，一直到1979 年科學家開始研究 時域電磁學，並在1980 年才將技術應用在 通訊雷達方面，之後，1989 年美國國防部 提出超寬頻技術，並在1990 年正式成立超 寬頻計劃，主要是針對軍事上雷達、定位 系統通訊技術開發，在2002 年美國聯邦通 訊委員會(FCC)正式通過發佈超寬頻技術 使用法規，也正式多年內一直被視為軍用 的技術，現在即將在各種商業化產品中出 現廣泛的應用，因此距離超寬頻產品商業 化發展腳步也就越來越近，其中INTEL 早 在1995 年已經投入相當多的研究在超寬頻 技術上，只是當時都是在實驗室階段，不 過隨著時序進入2003 年，在 IEEE 802.15.3a 會議中已經有超過23 個提案是針對超寬頻 規則標準化議題。 簡單說，超寬頻技術的發展，傳輸速 度可達400~500Mbps，大約 15 英尺短距離 內憑藉著有其高速傳輸與低消耗電的特 性，而為了迎合高傳輸速率及低消耗電時 代的來臨，無論是應用在多媒體內容、高 畫質電視影像、3D 視訊與無線線上遊戲都 因將超寬頻技術商業化，而能提供足夠頻 寬以進行短距離無線傳輸的樂趣，未來應 用在各種無線傳輸的商業產品與高速傳輸 領域上，其發展自不可言喻。 由於印刷電路與微波集成技術的成熟 發展，加上各種微波低損耗介質材料的出 現，一些不同且實用的印刷微帶天線就陸 續地被設計來，這些印刷微帶天線設計都 具有共同的一些優點，那就是具有平面結 構、質量輕、體積小、低姿勢、製造容易 且成本低，又可與單石微波積體電路整合 在一起，並可輕易的附著在任意表面等。 因而印刷天線本身結構具有體積小、低姿 勢、製造容易且成本低之優點，使得其在 配合超寬頻技術應用上，也佔有很重要的 地位，故在本計劃裡，吾將依IEEE 11.15.3a 訂定標準，針對印刷天線其應用在超寬頻 技術頻段的操作設計上，使用低成本之 FR4(相對介電係數較低)為天線結構的基 底，提出此延續計劃以深入做研究與實 驗，進一步將超寬頻的槽孔平面天線設 計，設計為一種具有縮小化及頻帶阻隔的 超寬頻平面槽孔天線為最終目地。 (2)本研究計畫之目的 一般而言，超寬頻系統的操作頻寬與 中心頻率比必需大於 25%以上，舉例而 言，假設超寬頻系統的操作中心頻率為 4GHz，則其相對的頻寬至少有 1GHz，若 以IEEE 11.15.3a 訂定超寬頻系統標準，多 頻 段 OFDM (Multiband Othogonal Frequency Division Multiplexing)將可用頻 譜則定為3.1 至 10.6 GHz 範圍，因此以配 合未來超寬頻商業化市場設備開發，提出 一種使用除了具有平面結構、質量輕、體 積小、低姿勢、製造容易且成本低以外， 而設計一個可以操作在超寬頻頻段的天 線，具有縮小化與頻帶阻隔的商品化之超 寬頻槽孔平面天線，是本計劃案主要目的。 自美國FCC 於 2002 年 2 月 14 日發佈 超寬頻的Report & Order 至今，距離商業 化發展的腳步也越來越近，因此吸引很多 國際系統大廠的積極參與。由於超寬頻無 線通訊依分析有著其較佳技術優勢：1. 以

極低的耗電量。3.具較精準的定位功能，因 而其與傳統無線通訊技術比較上有其技術 優勢。再者，目前才正由軍用設備開發轉 進商用化市場的時間階段，在整體從政府 開放無線通訊業務來看，有如下時間關鍵 機會值得注意：1. 國際上僅只有少數廠商 或學者投入開發。2. 發揮國內無線通訊在 未來超寬頻的研發優勢。其中包括晶片與 模組開發、即時定位系統研發，天線或感 應器研發生產等。 綜合以上，為了配合未來政府在超寬 頻無線通訊的策略，因應未來超寬頻無線 通訊的商用化，在前提之天線研發上，依 詳細分析考量下，其佔著極重要角色。因 此在本研究計劃中，為推動超寬頻技術， 配合國家未來在無線通訊新年代的新政策 實施，邁入新的無線通訊年代，提出在天 線設計上希望以能符合IEEE 11.15.3a 訂定 標 準 為 考 量 ， 研 究 一 種 能 配 合 IEEE 11.15.3a 訂定標準而具有縮小化與頻帶阻 隔的商品化之超寬頻槽孔平面天線，以達 到未來能操作應用在超寬頻無線通訊的產 品設備上是為最主要目的。 (3)本研究計畫之重要性 近幾年來政府為配合經濟成長，力促 高科技產業發展，並加速電信自由化腳 步，各種通訊業務不只是受矚目一環，而 且在從一九九九年年底正式開放民營至 今，在無線通訊的各種相關研究與產品開 發到實際的應用上，近年來變化很快，因 此預期很快可見到超寬頻商用化產品的推 出，政府為了抓住無線科技產業的商機， 當然推動研發的腳步不能怠慢，甚至於在 新一代的超寬頻無線通訊研發上也是。因 此估計從政府開放無線通訊業務以來，將 可見到生活對使用無線通訊的依賴與偏 重，因此可預期未來印刷微帶天線在實際 應用上，除了目前藍牙通訊及無線區域網 路的應用外，下一步在超寬頻無線通訊的 應用，佔有非常重要的角色。 最可貴的是在整個計劃的研製之有關 的技術，可提供學生在超寬頻無線通訊的 天線設計理論及應用上，逐步循序有所了 解，並且學生能由本研究計畫實例，開始 了解在微波通訊系統中之超寬頻無線通 訊，設計之天線其功用及重要性。相對地 對於往後本系在天線與傳輸實驗室的建立 和學生研究上人力之培訓，無論是對正在 推動的超寬頻無線通訊的產業或超寬頻技 術培育上，預定可提供實際的幫助，更具 體的充實未來本系在天線與傳輸實驗室的 應用。也由於此計劃是考量應用在個人具 有行動操作在超寬頻的商業化市場設備開 發，預期未來能與產商結合，配合國科會 與教育部，達到吸引產業合作為目的。 三、結果與討論： 本計劃天線設計主要是利用槽孔平面 印刷天線具有寬頻操作的特性，選擇此種 天線做為應用在超寬頻的平面印刷天線之 研究，在各種文獻之研究結果中，發現以 寬調節段之微帶線饋入的槽孔平面印刷天 線可達到更寬頻的操作，因此在本計畫中 採用具有寬調節段之微帶線饋入方式，以 能期望達到超寬頻的操作，又由於超寬頻 頻帶(3.1 ~ 10.6 GHz)範圍內，存在著 5 GHz (5.150 ~ 5.350、5.725 ~ 5.875)無線區域網路 WLAN 使用頻帶，無線區域網路系統與超 寬頻通訊之間，會因為頻帶重疊而產生通 訊信號上互相干擾，特別是具有高功率的 窄頻系統訊號，對超寬頻通訊系統接收器 影響甚劇，因此需要抑制阻隔無線區域網 路在超寬頻通訊系統操作頻帶所產生的訊 號干擾。在此研究計畫中，提出了兩種具 有帶拒頻帶應用在超寬頻的平面槽孔印刷 天線之研究(如圖一和圖八所示)。為配合 此天線設計能達到縮小化而不佔面積，這 兩種天線結構因此考慮使用倒扇形和六角 形槽孔天線結構，其中在使用具有寬調節 段之微帶線饋入方式下，這兩種天線整體 面積皆可設計為 30×30 mm2_{，使其適合應} 用於超寬頻無線通訊。 在圖一中是提出一種為具有帶拒頻帶 之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔天線結構設 計，其結構是使用具有寬調節段之50 歐姆 微帶饋入線饋入至倒扇形槽孔之平面印刷 天線，為設計上方便，如圖一示此倒扇形

槽孔其對應角是90 度，又在這個寬調節段 之50 歐姆微帶饋入線設計當中，我們選擇 使用植入一個半圓環形槽孔來濾除無線區 域網路頻帶，並利用在圖一之θ、W 與 g 參數的變化，來選擇調整濾除所不需要的 頻帶，當參數θ = 176°、W = 1.4 mm、g = 0.2 mm 時，能有最佳的電壓駐波比與頻寬， 其結果可參見圖二所示，具有帶拒頻帶之 超寬頻平面印刷倒扇形槽孔天線之電壓駐 波比其實驗與模擬比較圖，藉由 HFSS 高 頻模擬軟體工具，從圖中可清楚看出實驗 與模擬結果相符且其超寬頻頻帶中之無線 區域網路使用頻段已被抑制，其帶拒頻帶 包含5.2 GHz 與 5.8 GHz 頻段之 WLAN 頻 段，其中改變參數θ能有效的將頻帶鎖定在 所需的範例內，θ角度越大時能濾除越低的 頻帶(因角度越大共振路徑越長之故)，當θ 角度控制在 172° ∼ 188°時，能將濾除頻帶 控制在4.2 GHz ~ 6.2 GHz 範圍內，如圖三 所示；若改變參數 g 則能有效調整所需帶 拒頻帶寬度，g 越小相對頻寬也就越小，如 圖四所示，當 g = 0.2 mm 時能有最小頻 寬；而改變參數W 則能有效提升電壓駐波 比的大小，當 W 越大其電壓駐波比值越 大，如圖五所示。圖六為具有帶拒頻帶之 超寬頻平面印刷倒扇形槽孔天線之遠場場 型圖，其中在帶拒頻帶的中心頻率時，我 們發現原本由槽孔所激發出之電場被植入 帶拒槽孔所取代，可清楚看出倒扇形槽孔 內無電場激發，也因如此，在帶拒頻帶中 心頻率 5540 MHz 頻段時增益與場型皆可 受到抑制。因此在其帶拒中心頻率 5.54 GHz 其增益值約-7 dBi (如圖七所示)。 圖一、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線之幾何結構圖. 圖二、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線之電壓駐波比實驗與模擬比較圖. 圖三、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線θ參數變化比較圖. 圖四、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線g 參數變化比較圖. 圖五、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線W 參數變化比較圖.

圖六、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線之輻射場型圖. 圖七、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷倒扇形槽孔 天線之增益圖. 另外，在本計劃中，提出一種為具有 頻帶阻隔之超寬頻平面印刷六角形槽孔天 線結構設計（如圖八所示），其結構是使 用具有寬調節段之50 歐姆微帶饋入線饋入 至六角形槽孔之平面印刷天線，其中由文 獻知，菱形槽孔之平面印刷天線會具有寬 頻操作的特性，因此在此天線設計中，提 出將菱形槽孔截成六角形槽孔之設計，其 所截高度是 5 mm，此時能達到超寬頻操 作，又在這個寬調節段之50 歐姆微帶饋入 線設計當中，在此天線設計中我們選擇使 用植入具有簡單ㄇ形槽孔設計來濾除無線 區域網路頻帶，其中在ㄇ形槽孔截角處進 一步加入一對不對稱圓形槽孔，當調整此 不對稱圓形槽孔其半徑各取為 1.6 mm 與 1.9 mm 時能有效得到最佳電壓駐波比與頻 寬，濾除無線區域網路頻帶，其 HFSS 模 擬與實驗結果可參見圖九所示，為具有帶 拒頻帶之超寬頻平面印刷六角形槽孔天線 之電壓駐波比其實驗與模擬比較圖，從圖 中可清楚看出實驗與模擬結果相符且其超 寬頻頻帶中之無線區域網路使用頻段已被 抑制阻隔，其帶拒頻帶包含5.2 GHz 與 5.8 GHz 頻段之 WLAN 頻段，圖十為具有帶拒 頻帶之超寬頻平面印刷六角形槽孔天線之 遠場場型圖，其中在帶拒頻帶的中心頻率 時，我們發現原本由槽孔所激發出之電場 被植入帶拒槽孔所取代，可清楚看出六角 形槽孔內無電場激發，也因如此，在帶拒 頻帶中心頻率 5740 MHz 頻段時增益與場 型皆可受到抑制。因此在其帶拒中心頻率 5.74 GHz 其增益值約-8 dBi (如圖十一所 示)。其中參考的曲線是未植入簡單ㄇ形槽 孔與不對稱圓形槽孔時之天線增益值。 圖八、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷六角形槽孔 天線之幾何結構圖.

圖九、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷六角形槽孔 天線之電壓駐波比實驗與模擬比較圖. 圖十、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷六角形槽孔 天線之輻射場型圖. 圖十一、具有帶拒頻帶之超寬頻平面印刷六角形槽 孔天線之增益圖. 四、成果自評： 在本研究計畫中如預期提出了使用槽 孔平面印刷天線的結構，設計應用在超寬 頻具有縮小化的槽孔平面印刷天線，而達 成預期研究目標。在本計劃中主要發現以 使用寬調節段之50 歐姆微帶饋入線饋入的 一個倒扇形和六角形槽孔平面印刷天線， 會達到超寬頻的操作，其中又在這個寬調 節段之50 歐姆微帶饋入線設計當中，我們 選擇使用植入一個半圓環形槽孔或簡單ㄇ 形槽孔其具有不對稱圓形槽孔時，可濾除 無線區域網路頻帶，以抑制阻隔包含 5.2 GHz 與 5.8 GHz 頻段之 WLAN 頻段，達到 頻帶阻隔目的，而且在此計畫之天線設計 中，為配合此天線設計能達到縮小化而不 佔面積，這兩種天線結構因此考慮使用倒 扇形和六角形槽孔天線結構，使得這兩種 結構天線整體面積皆可為 30×30 mm2，適 合應用於超寬頻無線通訊之短距離設備 上。因此我們可以發現上述天線設計之操 作頻寬不僅有超寬頻的特性，其結構也具 備了簡單創新、製作容易且成本低廉等優 點，是一個具有在學術及產業界上研究價 值。 由整體計劃研究結果，從此計劃與以 前計劃中研究得到的各種不同應用在超寬 頻裝置的平面印刷天線結構，發現若選擇 使用單極或PIFA 平面印刷結構，做為應用 在超寬頻裝置具有頻帶阻隔的平面印刷天 線，在設計上會較容易達到目的，且此種 設計之天線其尺寸大小較不佔空間，只要 原因是由於單極天線是可操作在四分之一 波長，但是若選擇使用槽孔平面印刷結 構，其面積佔約可縮小至寬 3 公分長 3 公 分(參考圖一與圖八)，因此進一步研究能更 縮小化之相關技術，將是另一種在研究上 可行的方式。 五、參考文獻

[1] S.W. Su, K.L. Wong, C.L. Tang, “Band-notched ultra-wideband planar monopole antenna, ＂ Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 44, pp. 217-219, Jan.

2005.

[2] S.W. Su, K.L. Wong, F.S. Chang, “Compact printed ultra-wideband slot antenna with a band- notched operation, ＂ Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 45, pp. 128-130, Apr. 2005. [3] C.Y. Huang, S.A. Huang, C.F. Yang,

“Band-notched ultra-wideband circular slot antenna with inverted c-shaped parasitic strip,＂Electronics Letters, Page. 891-892, 2008.

[4] W.S. Chen, Y.H Yu, “ CPW-fed Rhombic Antenna With Band-reject Characteristic for UWB Applications,＂ Microwave Journal, Vol.11, no. 50, pp. 102-110, 2007.

[5] Wen-Shan Chen, Mao-Kai Hsu,“The design of a band-rejected cross semi-elliptic monopole antenna for UWB applications, ＂ Microwave Journal, Vol.4, no. 50, pp.116-124, 2007.

[6] C.H. Luo, C.M. Lee, W.S. Chen, C.H. Tu, and Y.Z. Juang, “ Dual band-notched ultra-wideband monopole antenna with an annular CPW-feeding structure, ＂ Microwave Optical Technol. Lett., Vol.10, no.49, pp. 2376-2379, 2007.

[7] H.D. Chen, J.N. Li, Y.F. Huang, “Band-notched ultra-wideband square

slot antenna,＂Microwave and Optical Technology Letters, vol. 48, no. 3, pp. 2427-2429, 2006.

[8] T. Dissanayake, K.P. Esselle, “Prediction of the Notch Frequency of Slot Loaded Printed UWB Antennas,＂ IEEE Antennas and Propagation, Vol. 55, Page. 3320-3325, 2007.

[9] Jia-Yi Sze, C.I.G. Hsu, Jen-Yi Shiu, “ Small CPW-Fed Band-Notched Ultrawideband Rectangular Aperture Antenna,＂IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 7, Page. 513-516, 2008.

可供推廣之研發成果資料表

□ 可申請專利 ▓ 可技術移轉 日期：97 年 9 月 30 日

國科會補助計畫

計畫名稱：具有縮小化及頻帶阻隔的超寬頻平面槽孔天線之研究 計畫主持人： 詹 正 義 計畫編號： NSC 97-2221-E-151-011 學門領域： 電磁

技術/創作名稱

具有縮小化及頻帶阻隔的超寬頻平面槽孔天線之研究

發明人/創作人

詹 正 義 中文：本研究為一種微帶線饋入具有帶拒頻帶操作之超寬頻倒扇形 和似六角形寬槽孔天線，其中微帶線饋入線其饋入末端具有寬調節 段，並於矩形寬調節段內植入槽孔，當利用寬調節段內所植入半圓 環形槽孔和倒 U 形槽孔，可來抑制目前無線區域網路所使用的頻 段，其中植入的槽孔，能有效提升無線區域網路頻段的電壓駐波比 值，而達到具有頻帶阻隔之目的。 由實驗結果顯示，本項天線設計其超寬頻操作頻寬，含蓋了 UWB 操作之3.1 ~ 10.6 GHz 頻段，而其在 5 ~ 6 GHz 的帶拒頻帶中，其 帶拒的增益約有-8 dBi。

技術說明

英 文 ： Ultra-wideband band-notched microstrip-line-fed sector-invert and hexagon-like slot antennas are proposed. There are slots embedded in widen tuning stubs of microstrip feed lines in this design. As a half of circle slot and an inverse U-shaped slot embedded in widen tuning stubs, the frequency band of wireless local area network band can be rejected and they can improve to enhance the voltage standing wave ratio at the frequency band of WLAN.

From the measured results, the proposed antenna has an impedance bandwidth to cover the UWB frequency band. From measured results of antenna gain, the proposed antenna have the antenna gain of -8 dBi in the rejected band from 5 ~ 6 GHz.

可利用之產業

及

可開發之產品

適用在超寬頻系統的微帶線饋入具有帶拒頻帶操作之超寬頻倒扇 形和似六角形寬槽孔天線

技術特點

採用以微帶線饋入低姿勢平面結構之具有帶拒頻帶操作之超寬頻 倒扇形和似六角形寬槽孔天線，因此整體結構可以一次蝕刻製作完 成。由實驗結果顯示，本項天線設計的操作頻寬適合應用在UWB 之3.1 ~ 10.6 GHz 系統，而其在 WilessLAN 之 5 ~ 6 GHz 的帶拒頻 帶中，其帶拒的增益約有-8 dBi。 附件二

9

推廣及運用的價值

具有平面結構、質量輕、低姿勢、製造容易，具有帶拒頻帶在 WilessLAN 之 5 ~ 6 GHz 的操作，適用在 UWB 之 3.1 ~ 10.6 GHz 系 統。 ※1.每項研發成果請填寫一式二份，一份隨成果報告送繳本會，一份送 貴單位研發 成果推廣單位（如技術移轉中心）。 ※2.本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。 ※3.本表若不敷使用，請自行影印使用。

「13

th

International Symposium on

Antenna Technology and Applied

Electromagnetics (ANTEM/URSI 2009)」

出席國際會議報告

會議期間：二月十五日至十八日 報告者：國立高雄應用科技大學電子工程系 詹正義

（一） 參加會議過程與參加會議心得

參加此次國際會議是在二月十五日出發，會議的地點是

在加拿大班夫之

Banff Conference Centre 的 Max Bell 大樓舉

行，而住宿地點是選擇附近市區之

Banff Voyager Inn 旅館。

此次國際會議是從二月十五日至十八日，我在二月十五日當

地的星期日到達會場報到，並且確認由我報告之會場地點與

時間，其中

Oral 報告之會場地點為 Max Bell 之 252 室而時

間為二月十七日之

16:10 – 16:30，題目是 Microasrip-Line-Fed

Snail-Like Slot Antenna for Ultra-Wideband Operation，那天參

與我的

Oral 報告的討論學者非常踴躍，當中討論的很多，收

穫也不少，其中還討論到

Ultra-Wideband 天線實際應用之相

關問題。此外，也參加了與研究有關的論文發表，互相討論

與交換研究心得，這對往後研究的幫助很大。

在研討會會議現場，大會也安排相關廠商做展覽，包括

NSI 天線量測廠商、AccelerWare 天線模擬軟體廠商等等。尤

其是展示

AccelerWare 軟體廠商，因為此模擬軟體系統可配

合硬體功能提供更快速模擬速度。

（二） 提供建議

此次研討會之會場，註冊費包含提供給學者們餐點：早

餐與午餐供應，使得吃飯很方便，也因此註冊費會比較貴，

由於此地是有名國家公園，因此風景特別優美，是舉辦國際

會議的最佳場地。但是 Banff 城市無機場，需經由臨近城市

Calgary 轉機，也就是從高雄市出發至香港，經香港轉機至溫

哥華，再經溫哥華轉機至

Calgary，再經 Calgary 坐 Shuttle Bus

至

Banff 城市，需多次轉接，委實很不方便，因此國科會補

助仍不敷使用，還好本系有提供補助，得以負擔部分支出，

也使得此次會議能成行。又其中不便利的是

Banff 城市沒有

捷運設備，只能搭巴士，再走約

20 分鐘才能到會場，在交

通上較不便利，國際會議能否成功，週邊設備的提供是否便

利，是非常重要的。

（三） 參加會議攜回資料名稱和內容

此次參加會議，除了會場穫得很多心得外，並攜回豐富

的資料，這些資料名稱和內容包括：

1. ANTEM/URSI 2009. (CDROM)

2. AccelerWare Data.

（四） 參加會議照片

在六月十七日16:10 – 16:30 之 Oral 報告情形

Microstrip-Line-Fed Snail-Like Slot Antenna for Ultra-Wideband Operation

Jen-Yea Jan1, Jen-Ho Yen 1, and Hua-Ming Chen2

1_{Department of Electronic Engineering, National Kaohsiung University of Applied}

Sciences, Kaohsiung 807, Taiwan, Email: jyjan@cc.kuas.edu.tw

2Institute of Photonics and Communications, National Kaohsiung University of Applied Sciences, Kaohsiung 807, Taiwan, Email: hmchen@cc.kuas.edu.tw

Introduction

Recently, the Federal Communications Commission (FCC) has allocated 7,500 MHz of spectrum for unlicensed use of ultra-wideband (UWB) devices in the 3.1 to 10.6 GHz frequency band. In order to cover more wireless communication services, the need for antennas operating at a wider operating band like the UWB communication system is strong demanded. For the bandwidth enhancement, various antenna designs have been reported. Among these designs, the slot antenna is one of good candidates because of its wide impedance bandwidth, simple structure, low cost and easy integration. There are many UWB slot antennas [1]-[5] had been studied before. As reported in [1]-[2], various complicated fractal slots are used. Also, other proposed slot antennas such as [3]-[5] have been presented for UWB operation. However, the proposed UWB slot antennas among these designs obviously have their complicated configurations of feeding networks that makes antenna’s design and fabrication more complex.

In this paper, a new design about planar microstrip-line-fed slot antenna utilizing a simply snail-like slot for bandwidth enhancement is presented and investigated. By selecting a proper size of the snail slot, it can be found that the UWB operation can be obtained.

Antenna design and experimental results

Figure 1 shows the geometrical layout of the microstrip-line-fed UWB planar slot antenna. The proposed antenna consists of a snail-like radiator that is printed on an inexpensive FR4 substrate of thickness h = 16 mm and relative permittivityε_r = 4.4. A 50-Ω microstrip feed line having a width of 3 mm is

printed on the back of this slot antenna. And, this feed line is with a circle of the radius of r mm on its head. The length of the microstrip feed line is with a straight length of LS mm from the feeding point to the center of the circle. The proposed

snail-like slot radiator has one semi-circle with a radius of 22 mm at right and the other with a radius of R mm at left. It is found that the UWB operation of the proposed microstrip-line-fed slot antenna can be excited with a good impedance matching as R (see in Fig. 1) is 17~18 mm, r = 12~13 mm and LS = 15~16 mm.

Figure 2 shows the measured and simulated results of return loss for the proposed antenna as R = 18 mm, r = 12 mm and LS = 15 mm in Fig. 1. It is shown that the

proposed antenna demonstrates a wide measured bandwidth of 10460 MHz, determined from 10 dB return loss, which is about 150.07%. From experimental results, it is seen that the UWB operation can be achieved by varying the radius of a semi-circle (R) for this snail-like radiator. The measured radiation patterns of the

proposed antenna shown in Fig. 1 at 3000, 5000, and 8000 MHz for E- and H-planes are plotted in Fig. 3. It is seen that the measured radiation patterns at the higher frequency present the attenuations of their co-polarization levels. This behavior is due to the smaller operating wavelength for the higher operating mode. Also, the antenna gain within the whole operating bandwidth is measured. It is observed that the measured antenna peak gain levels are about 1-8 dBi in the range of 3.1-10.6 GHz.

Conclusions

An UWB printed slot antenna with a snail-like slot has been presented. Experimental results show that a very wideband operation of presented microstrip-line-fed slot antenna can be obtained. And the impedance bandwidth, determined by 10 dB return loss, reaches nearly 10460 MHz, which is about 150.07%. The radiation patterns have been measured and presented by E- and H-planes, and slot-like patterns can be obtained. From measured results, antenna gain variation is larger than 3 dBi in the range of 3.1-10.6 GHz within this wide impedance bandwidth.

Acknowledgments

This work was supported by the finance of National Science Council, Taiwan, R.O.C. under the contact number NSC97-2221-E-151-011.

References

[1] W. J. Lui, C. H. Cheng, and H. B. Zhu, “Compact frequency notched ultra-wideband fractal printed slot antenna,” IEEE Microwave and Wireless components letters, vol. 16, pp. 224-226, 2006.

[2] M. Ding, R. Jin, J. Geng, Q. Wu, and W. Wang, “Design of a CPW-fed ultra wideband crown circular fractal antenna,” 2006 IEEE Antennas and Propagat. Society International Symposium with USNC/URSI National Radio Science and AMEREM Meetings, pp. 2049-2052, July 2006.

[3] H. M. Jafari, M. J. Deen, S. Hranilovic, and N. K. Nikolova, “Slot antenna for ultra-wideband applications,” 2006 IEEE Antennas and Propagat. Society International Symposium with USNC/URSI National Radio Science and AMEREM Meetings, pp. 1107-1110, July 2006.

[4] S. H. Hsu and Kai Chang, “Ultra-thin CPW-fed rectangular Slot antenna for UWB applications,” 2006 IEEE Antennas and Propagat. Society International Symposium with USNC/URSI National Radio Science and AMEREM Meetings, pp. 2587-2590, July 2006.

[5] H. K. Yoon, Y. Lim, W. Lee, Y. J. Yoon, S. M. Han, and Y. H. Kim, “UWB wide slot antenna with band-notch function,” 2006 IEEE Antennas and Propagat. Society International Symposium with USNC/URSI National Radio Science and AMEREM Meetings, pp. 3059-3061, July 2006.

Fig. 2 Measured and simulated return losses against frequency for the proposed antenna shown in Fig.1.

Fig. 3 Measured radiation patterns of the proposed antenna at 3000, 5000, and 8000 MHz.