天線工程期中報告 論文研討 : Terence S. P. See, Zhi Ning Chen,“A

Small UWB Antenna for Wireless USB”,IEET 2007 年

報告人 : 碩研電子一甲 MA130114 馬恩昇

Southern Taiwan University Department of Electronic Engineering

摘要

研究方向 :製作一個 USB 無線接收器的超寬頻天線，以適用於無線網路天線應用。

設計方法 :使用一塊 11X45 mm 的 PCB 板來規劃天線，並在天線接地面上嵌入槽縫及分割方式來增加增益。

天線設計

基板厚度為 0.8mm ，相對介電系數為 3.38天線面積約為 20.5 x 11 平方毫米，其餘部分的

PHY 和 MAC 層使用 LSI 集成，面積大約為 24.5 x 11 平方毫米

2mm 的間隙，可以減少天線的尺寸和阻抗匹配的效果，特別是在降低操作的頻率

阻抗頻寬 : 3.1 ~ 5 GHz阻抗標準 : |S11| < -10 dB

UWB 天線結構圖

天線整體尺寸為 11 x 45 平方毫米

先關參數 :v = 20.2 mmh = 1.3 mmd = 4.4 mmg = 1 mm

在 x-y 、 y-z 、 x-z 平面測試

測量阻抗頻寬在 3.1-5GHz 輻射特性，在 x-y 、 y-z 和 x-z 的平面測量

(a) 3.1 GHz(b) 4 GHz(c) 5 GHz

三維輻射頻率測量

使用 Orbit MiDAS 系統來量測 : (a) 3.1 GHz

(b) 4 GHz (c) 5 GHz

紅色區域表示較強，而藍色區域較弱

輻射幾乎是全向性在 x-z的平面上，而沿著 y 軸方向的輻射較弱。整個帶寬的輻射模式是相對的穩定，這有利於應用在攜帶式設備的上面

量測輻射的效率

這是從三維輻射頻率上所測量的圖

它的整個帶寬效率至少為60% ，平均來說，該天線具有大約 75% 的效率，更在 3.25 GHz 時，它的峰值效率有到達 88%

峰值增益 (a) 與 平均增益 (b)

總變化峰值增益，其中有一個在 x-z 的平均增益是小於 3.7 dBi ，而整個帶寬的增益變化為 2.4 dBi

在 x-y 和 y-z 的平均增益與峰值增益分別低於 3.6 dBi 和 2.5 dBi

可以觀察到變化在 x-z 的平均增益大於 -2 dBi ，在 y-z 和 x-z 的變化從 -1.5 dBi 到 -4.5 dBi

參數特性的研究 ( 一 )

參數的研究對於調查阻抗匹配有很大的影響研究影響輻射在不同的垂直寬度 (v) 、水平接地面

(h) 和凹口的深度 (g) ，以及回饋點 (d) 的位置

參數特性的研究 ( 二 )

圖 (a) 大多數靠近凹口處的電流主要在降低為 3 GHz 的操作頻率附近，凹口深度 (g) 的增加能夠減少下緣頻率

回饋點 (d) 的位置可以利用來控制 3.5~4.5 GHz的帶通相匹配的阻抗，如圖 (b)

參數特性的研究 ( 三 )

隨著 f 的減少，下緣頻率可以降低，但其代價就是中心頻率會降低匹配，而且如果兩個共振帶進一步分開，中心頻率匹配會更差，就接地平面來說可以有多種垂直寬度 (v) 以及水平位置 (h) ，如圖 (c)

參數特性的研究 ( 四 )

增加寬度進一步增加下緣頻率，而水平位置 (h) 減少在較低共振有好的匹配，但是上緣頻率減少也導致阻抗頻寬減少，如圖 (d)

結論

該天線可以穩定的在三維輻射的工作帶寬內進行，且平均效率為 75%

與全向輻射的主平面，所觀察測得的平均增益大於 -2 dBi所取得的阻抗帶寬 |S11|=-10 dB ，已經可以覆蓋

在低於 3.1-5 GHz 的 UWB 頻帶

對 UWB 的看法

發現 UWB 方便攜帶，不大也不小正好一個 USB 大小。

UWB 成本不高，耗電量不高，干擾性也不高，傳輸速度快而且高安全性。