目 錄 頁次 中文摘要………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要………………………………………………………………Ⅱ 誌謝……………………………………………………………………Ⅲ 目錄……………………………………………………………………Ⅳ 圖目錄…………………………………………………………………Ⅶ 表目錄………………………………………………………………ⅩⅠ 1 序論…………………………………………………………1 1.1 前言…………………………………………………………1 1.2 研究動機……………………………………………………1 1.3 無線網路的演進……………………………………………2 1.4 天線設計的演進……………………………………………4 1.5 天線設計的難度……………………………………………6 1.6 本篇論文研究目標…………………………………………7 2 802.11n無線區域網路接取器………………………………9 2.1 前言…………………………………………………………9 2.2 802.11n無線區域網路接取器簡介………………………9 2.2.1 802.11n無線區域網路接取器架構………………………9 2.2.2 802.11n無線區域網路接取器的操作頻段與發射功率…11 2.2.3 802.11n無線區域網路接取器的現況……………………11 2.3 802.11n系統需求…………………………………………12 2.4 本章總結…………………………………………………13 3 802.11n無線區域網路接取器天線設計…………………14 3.1 前言…………………………………………………………14 3.2 天線基本參數………………………………………………14 3.2.1 輻射………………………………………………………14 3.2.2 分集………………………………………………………15 3.2.3 場形………………………………………………………16 3.2.4 增益………………………………………………………17 3.2.5 回返損益與電壓駐波比…………………………………18 3.2.6 輻射效率…………………………………………………18 3.2.7 隔離度……………………………………………………19 3.3 802.11n無線區域網路接取器天線設計………………20 3.3.1 802.11n無線區域網路接取器的天線需求規格…………20 3.3.2 傳統隱藏式天線設計……………………………………21 3.3.3 選用材料…………………………………………………24 3.3.4 高度對全向性天線場形的影響…………………………25 3.3.5 饋入長度對全向性天線極化的影響……………………28 3.3.6 全向性天線最佳化………………………………………31 3.3.7 分集天線設計……………………………………………35 3.4 本章總結………………………………………………38 4 模擬及測試結果與數據分析………………………………39 4.1 前言………………………………………………………39 4.2 天線模擬方法與軟體簡介………………………………39 4.3 天線模擬環境設定………………………………………40 4.4 天線基本參數模擬結果…………………………………41 4.5 隔離度模擬結果…………………………………………47 4.6 三維場形模擬結果………………………………………49 4.7 水平面場形模擬結果……………………………………51 4.8 天線隔離度量測結果……………………………………53 4.9 天線量測設備儀器與量測方法簡介……………………56 4.10 天線量測擺放位置與座標軸定義………………………57 4.11 三維場形量測結果………………………………………58 4.12 平面輻射場形圖…………………………………………65 4.13 數據整理…………………………………………………67 4.14 數據分析…………………………………………………68 4.15 本章總結…………………………………………………69 5 結論與未來研究方向……………………………………70 參考文獻……………………………………………………………71 圖 目 錄 圖1.1 常見外露式天線…………………………………………………7 圖1.2 常見隱藏式天線…………………………………………………7 圖2.1 MIMO系統示意圖…………………………………………………9 圖2.2 MIMO系統頻譜特性與復調處理方法…………………………10 圖3.1 天線輻射示意…………………………………………………14 圖3.2 傳統隱藏式倒F天線……………………………………………21 圖3.3 傳統隱藏式倒F天線回返損益…………………………………22 圖3.4 傳統隱藏式倒F天線電壓駐波比………………………………22 圖3.5 傳統隱藏式倒F天線輻射阻抗…………………………………23 圖3.6 不同高度倒F天線………………………………………………25 圖3.7 天線高度6mm水平面場形………………………………………26 圖3.8 天線高度10mm水平面場形……………………………………26 圖3.9 天線高度12mm水平面場形……………………………………27 圖3.10 天線高度18mm水平面場形…………………………………27 圖3.11 不同饋入長度倒F天線………………………………………28 圖3.12 天線饋入長度4mm水平面場形垂直分量……………………29 圖3.13 天線饋入長度6mm水平面場形垂直分量……………………30 圖3.14 天線饋入長度8mm水平面場形垂直分量……………………30 圖3.15 天線饋入長度10mm水平面場形垂直分量……………………31 圖3.16 全向性倒F型天線……………………………………………32 圖3.16 全向性倒F型天線回返損益…………………………………33 圖3.17 全向性倒F型天線電壓駐波比…………………………33 圖3.18 全向性倒F型天線史密斯圖………………………………34 圖3.19 分集天線………………………………………………………35 圖3.20 分集天線回返損益……………………………………………36 圖3.21 分集天線電壓駐波比比………………………………………37 圖3.22 分集天線史密斯圖……………………………………………37 圖4.1 天線模擬模型（1）……………………………………………40 圖4.2 天線模擬模型（2）……………………………………………41 圖4.3 回返損益模擬結果（全向性天線一）………………………42 圖4.4 回返損益模擬結果（全向性天線二）…………………42 圖4.5 回返損益模擬結果（分集天線）………………………43 圖4.6 電壓駐波比模擬結果（全向性天線一）………………43 圖4.7 電壓駐波比模擬結果（全向性天線二）……………………44 圖4.8 電壓駐波比模擬結果（分集天線）………………………44 圖4.9 史密斯圖模擬結果（全向性天線一）………………45 圖4.10 史密斯圖模擬結果（全向性天線二）…………………45 圖4.11 史密斯圖模擬結果（分集天線）…………………………46 圖4.12 隔離度模擬結果（全向性天線一與全向性天線二）……47 圖4.13 隔離度模擬結果（全向性天線一與分集天線）…………48 圖4.14 隔離度模擬結果（全向性天線二與分集天線）……………48 圖4.15 立體輻射場形圖模擬結果（全向性天線一）- 2.45GH……49 圖4.16 立體輻射場形圖模擬結果（全向性天線二）- 2.45GHz…50 圖4.17 立體輻射場形圖模擬結果（分集天線）- 2.45GHz………50 圖4.18 平面輻射場形圖模擬結果X-Y Plane (全向性天線一) …51 圖4.19 平面輻射場形圖模擬結果X-Y Plane (全向性天線二) …52 圖4.20 天線與無線網路接取器內的擺放位置………………………53 圖4.21 隔離度測試結果（全向性天線一與全向性天線二）………53 圖4.22 隔離度測試結果（全向性天線一與分集天線）……………54 圖4.23 隔離度測試結果（全向性天線二與分集天線）…………54 圖4.24 天線量測系統架構……………………………………………56 圖4.25 天線量測擺放位置……………………………………………57 圖4.26 天線量測擺放位置座標定義………………………………57 圖4.27 傳統導F型天線的三維場形圖（2.4GHz）…………………58 圖4.28 傳統導F型天線的三維場形圖（2.45GHz）………………58 圖4.29 傳統導F型天線的三維場形圖（2.5GHz）…………………59 圖4.30 全向性PIFA天線一的三維場形圖（2.4GHz）………………59 圖4.31 全向性PIFA天線一的三維場形圖（2.45GHz）……………60 圖4.32 全向性PIFA天線一的三維場形圖（2.5GHz）………………60 圖4.33 全向性PIFA天線二的三維場形圖（2.4GHz）………………61 圖4.34 全向性PIFA天線二的三維場形圖（2.45GHz）……………61 圖4.35 全向性PIFA天線二的三維場形圖（2.5GHz）………………62 圖4.36 分集天線的三維場形圖（2.4GHz）…………………………62 圖4.37 分集天線的三維場形圖（2.45GHz）………………………63 圖4.38 分集天線的三維場形圖（2.5GHz）…………………………63 圖4.39 傳統導F型天線的水平面場形圖……………………………65 圖4.40 全向性天線一的水平面場形圖………………………………65 圖4.41 全向性天線二的水平面場形圖………………………………66 表 目 錄 表1.1 無線區域網路標準……………………………………………4 表1.2 無線區域網路天線比較…………………………………………6 表2.1 802.11n頻道頻寬與發射功率……………………………11 表3.1 分集技術分析整理…………………………………………16 表3.2 全向性天線需求規格…………………………………………20 表3.3 分集天線需求規格………………………………………21 表3.4 傳統隱藏式倒F天線基本參數量測結果………………………23 表3.5 天線材料比較表………………………………………………24 表3.6 全向性倒F天線基本參數量測結果……………………34 表3.7 分集天線基本參數量測結果…………………………………38 表4.1 天線基本參數模擬結果整理（全向性天線一）……………46 表4.2 天線基本參數模擬結果整理（全向性天線二）……………46 表4.3 天線基本參數模擬結果整理（分集天線）…………………47 表4.4 天線隔離度模擬結果…………………………………………49 表4.5 最大增益值模擬結果整理……………………………………51 表4.6 水平面平均增益值模擬結果…………………………………52 表4.7 天線隔離度測試結果…………………………………………55 表4.8 座標軸定義……………………………………………………57 表4.9 最大增益值量測結果整理……………………………………64 表4.10 水平面平均增益值量測結果…………………………………66 表4.11 傳統倒F型天線基本參數整理……………………………67 表4.12 全向性天線一基本參數整理……………………………67 表4.13 全向性天線二基本參數整理…………………………67 表4.14 分集天線基本參數整理………………………………………67 表4.15 最大增益值與輻射效率整理…………………………………68 表4.16 平均增益值整理………………………………………………68