請用此 Handle URI 來引用此文件：
http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/88385完整後設資料紀錄
| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 周錫增 | zh_TW |
| dc.contributor.advisor | Hsi-Tseng Chou | en |
| dc.contributor.author | 林昭和 | zh_TW |
| dc.contributor.author | Zhao-He Lin | en |
| dc.date.accessioned | 2023-08-09T16:49:38Z | - |
| dc.date.available | 2023-11-09 | - |
| dc.date.copyright | 2023-08-09 | - |
| dc.date.issued | 2023 | - |
| dc.date.submitted | 2023-07-23 | - |
| dc.identifier.citation | [1] D. N. McQUIDDY and R. D. GASSNER, "Transmit/Receive Module Technology for X-Band Active Array Radar," Proceedings of the IEEE, vol. 79, no. 3, pp. 308-341, Mar. 1991.
[2] S. Yamaguchi, H. Nakamizo, Sh. Shinjo, K. Tsutsumi, T. Fukasawa, and H. Miyashita, “Development of active phased array antenna for high SHF wideband massive MIMO in 5G,” in Proc. 2017 ISAP & USNC/URSI Nat. Sci. Meeting, San Diego, CA, USA, Jul. 2017. [3] J. Herd and M. D. Conway, “The evolution to modern phased array architectures,” Proc. IEEE, vol. 104, no. 3, Mar. 2016. [4] D. M. Pozar, "Considerations for millimeter wave printed antenna," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-33, pp. 740-747, Sept. 1983. [5] T. S. Rappaport, R. W. Heath, Jr., R. C. Daniels, and J. N. Murdock, Millimeter Wave Wireless Communications. Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice-Hall, 2015. [6] Z. Pi and F. Khan, “An introduction to millimeter-wave mobile broadband systems,” IEEE Commun. Mag., vol. 49, no. 6, pp. 101–107, Jun. 2011.. [7] T. S. Rappaport et al., “Millimeter-wave mobile communications for 5G cellular: It will work!” IEEE Access, vol. 1, pp. 335–349, May 2013. [8] A. Naqvi and S. Lim, “Review of recent phased arrays for millimeterwave wireless communication,” Sensors, vol. 18, no. 10, p. 3194, Sep. 2018. [9] C. J. Hansen, “WiGig: Multi-gigabit wireless communications in the 60 GHz band,” IEEE Wireless Commun., vol. 18, no. 6, pp. 6–7, Dec. 2011. [10] G. R. Maccartney, T. S. Rappaport, M. K. Samimi, and S. Sun,“Millimeter-wave omnidirectional path loss data for small cell 5Gchannel modeling,” IEEE Access, vol. 3, pp. 1573–1580, Sep. 2015. [11] W. Hong, K.-H. Baek and S. Ko, "Millimeter-wave 5G antennas for smartphones: Overview and experimental demonstration", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 12, pp. 6250-6261, Dec. 2017. [12] S. Han, C.-L. I, Z. Xu and C. Rowell, "Large-scale antenna systems with hybrid analog and digital beamforming for millimeter wave 5G", IEEE Commun. Mag., vol. 53, no. 1, pp. 186-194, Jan. 2015. [13] C. R. White and G. M. Rebeiz, "Single- and dual-polarized tunable slotring antennas," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 57, no. 1, pp. 19-26, 2009. [14] C.-Y.-D. Sim, Y.-J. Liao and H.-L. Lin, "Polarization reconfigurable eccentric annular ring slot antenna design," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 63, no. 9, pp. 4152-4155, Sep. 2015. [15] B. Liang, B. Sanz-Izquierdo, E. A. Parker and J. C. Batchelor, "Afrequency and polarization reconfigurable circularly polarized antenna using active EBG structure for satellite navigation," IEEE Trans.Antennas Propag., vol. 63, no. 1, pp. 33-40, Jan. 2015. [16] L.-R. Tan, R.-X. Wu and Y. Poo, "Magnetically reconfigurable SIW antenna with tunable frequencies and polarizations," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 63, no. 6, pp. 2772-2776, Jun. 2015. [17] B. Sadhu et al., “A 28GHz 32-element phased-array transceiver IC with concurrent dual polarized beams and 1.4 degree beam-steering resolution for 5G communication,” in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. ISSCC Dig. Tech. Papers, Feb. 2017, pp. 128–129. [18] X. Fang, W. Feng, T. Wei, Y. Chen, N. Ge, and C.-X. Wang, “5G embraces satellites for 6G ubiquitous IoT: Basic models for integrated satellite terrestrial networks,” Nov. 2020. [Online]. Available: arXiv:2011.03182. [19] M. Giordani and M. Zorzi, “Non-terrestrial networks in the 6G era: Challenges and opportunities,” IEEE Netw., vol. 35, no. 2, pp. 244–251, Mar./Apr. 2021. [20] N. Saeed, H. Almorad, H. Dahrouj, T. Y. Al-Naffouri, J. S. Shamma, and M.-S. Alouini, “Point-to-point communication in integrated satellite-aerial networks: State-of-the-art and future challenges,” 2020, arXiv:2012.06182. [21] Y.-P. Zhang and D. Liu, "Antenna-on-chip and antenna-in-package solutions to highly integrated millimeter wave devices for wireless communications," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 57, no. 10, pp. 2830-2841, Oct. 2009. [22] T.-Y. Lin, T. Chiu, and D.-C. Chang, "Design of dual-band millimeterwave Antenna-in-Package using flip-chip assembly," IEEE Trans. Compon. Packag. Manuf. Technol., vol. 4, no. 3, pp. 385-391, Mar. 2014. [23] D. Liu, X. Gu, C. W. Baks, and A. Valdes-Garcia, "Antenna-in-Package Design Considerations for Ka-Band 5G Communication Applications," in IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 12, pp. 6372-6379, Dec. 2017. [24] Y. Zhang and J. Mao, “An overview of the development of antennain-package technology for highly integrated wireless devices,” Proc. IEEE, vol. 107, no. 11, pp. 2265–2280, Nov. 2019. [25] Qualcomm. QTM052 mmWave Antenna Modules. Accessed: Jan. 2021. [Online]. Available: https://www.qualcomm.com/products/qtm052-mmwave-antenna modul-es. [26] Qualcomm. QTM052 mmWave Antenna Modules. Accessed: Jan. 2021. [Online]. Available: https://www.qualcomm.com/products/qtm527-mmwave-antenna modul-es. [27] L. You, K.-X. Li, J. Wang, X. Gao, X.-G. Xia, and B. Ottersten, “Massive MIMO transmission for LEO satellite communications,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 38, no. 8, pp. 1851–1865, Aug. 2020. [28] L. Bariah et al., “A prospective look: Key enabling technologies, applications and open research topics in 6G networks,” IEEE Access, vol. 8, pp. 174792–174820, Aug. 2020. [29] R. Deng, B. Di, S. Chen, S. Sun, and L. Song, “Ultra-dense LEO satellite offloading for terrestrial networks: How much to pay the satellite operator?” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 19, no. 10, pp. 6240–6254, Oct. 2020. [30] I. Leyva-Mayorga, B. Soret, M. Röper, D. Wübben, B. Matthiesen, A. Dekorsy, and P. Popovski, “LEO small-satellite constellations for 5G and beyond-5G communications,” IEEE Access, vol. 8, pp. 184955–184964, 2020. [31] A. Derneryd, “A theoretical investigation of the rectangular microstrip antenna element,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. TAP-26, no. 4, pp. 532–535, Jul. 1978. [32] J. Huang, “The finite ground plane effect on the microstrip antenna radiation patterns,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 31, no. 4, pp. 649–653, 1983. [33] Y. T. Lo, D. Solomon, and W. F. Richards, “Theory and experiment on microstrip antennas,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-27, pp. 137-145, Mar. 1979. [34] J. C. Maxwell, “A dynamical theory of the electromagnetic field,” Proc. Roy Soc. Lond., vol. 155, no. 1865, pp. 459–512, Jan. 1863. [35] C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed. Hoboken, NY, USA: Wiley, 2016. [36] M. U. Khan, M. S. Sharawi, and R. Mittra, “Microstrip patch antenna miniaturisation techniques: A review,” IET Microw., Antennas Propag., vol. 9, no. 9, pp. 913–922, Jun. 2015. [37] R. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, and A. Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Handbook. Boston, MA, USA: Artech House, 2001. [38] K. L. Wong, Compact and Broadband Microstrip Antennas. New York: Wiley Interscience, 2002. [39] J. A. Ansari and R. B. Ram, ‘‘Broadband stacked U-slot microstrip patch antenna,’’ Prog. Electromagn. Res. Lett., vol. 4, pp. 17–24, Jan. 2008. [40] Z. Liu, P. Kooi, L. Li, M. Leong, and T. Yeo, “A method for designing broad-band microstrip antennas in multilayered planar structures,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 47, pp. 1416–1420, Sep. [41] H. Pues and A. Van de Capelle, “Accurate transmission-line model for the rectangular microstrip antenna,” Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 131, pt. H, pp. 334-340, 1984. [42] K. Kibaroglu, M. Sayginer, and G. M. Rebeiz, “A low-cost scalable 32-element 28-GHz phased array transceiver for 5G communication links based on a 2 × 2 beamformer flip-chip unit cell,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 53, no. 5, pp. 1260–1274, May 2018. [43] RENESAS. F5280 RF Phased Array Beamformer. Accessed: Nov. 2018. [Online]. Available: https://www.renesas.com/us/en/products/rf-products/phased-arraybeamf-ormers/f5280-transmitreceive-half-duplex-ic-25ghz-31ghz. [44] Anokiwave. AWMF-0158 RF Phased Array Beamformer. Accessed: May. 2018. [Online]. Available: https://www.anokiwave.com/products/awmf-0158/index.html. [45] ANALOG DEVICES. ADMV4828 RF Phased Array Beamformer. Accessed: July. 2021. [Online]. Available: https://www.analog.com/en/products/admv4828.html [46] D.W. Rice and K.H. Wu, "Quadrature sampling with high dynamic range", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic SYstems, vol. AES-18, pp. 736-739, Nov. 1982. [47] I. J. Gupta, K. P. Ericksen, and W. D. Burnside, "A method to design blended rolled edges for compact range reflectors," IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 38, pp. 853-861, June 1990. [48] K.-M. Lee, R.-S. Chu, and S.-C. Liu, “A built-in performancemonitoring/fault isolation and correction (PM/FIC) system for active phased-array antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 41, no. 11, pp. 1530–1540, Nov. 1993. [49] I.J. Bahl and P. Bhartia, "Microstrip Antennas", Artech House Dedham, 1980. [50] V. H. Rumsey, "Reaction concept in electromagnetic theory," Phys. Rev., vol. 95, no. 6, pp. 1705, Jul. 2002. | - |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/88385 | - |
| dc.description.abstract | 本論文主要為提出數個毫米波主動式陣列天線的設計方式與特性分析，藉由分析各式射頻主動元件的特性後，以模組化整合的設計方式將陣列天線與射頻主動元件相結合，達成一緊密的主動式陣列天線模組化架構。本論文共提出了四種操作在毫米波頻段的天線模組設計，並皆以微帶天線作為各天線單元的原型。此論文首先提出了數個微帶天線在多層板製程中增加頻寬的方式，隨後提出了一抑制次極化程度(cross-polarization level)的並聯饋入設計，這些性能提升之理論都會在全波模擬軟體內進行驗證。
本論文中四種天線模組共包含6×6單極化主動陣列天線、8×8單極化主動陣列天線、8×8雙極化主動陣列天線以及32×32單極化主動陣列天線。6×6單極化主動陣列天線基於既有的34×34 mm2 PCB尺寸限制，將天線以28GHz的半波長作等間距排列，該天線模組藉由使用非常規天線單元數量及晶片排列方式，實現了以最小的體積下達到最大化的天線數量。8×8單極化主動陣列天線以傳統的天線排列方式，在水平方向以28GHz的0.5波長、垂直方向以28GHz的0.7波長作等間距排列，實現目前應用上最常見的天線設計架構；在相同天線單元下也將其功能擴展至雙極化，並以理論的方式探討如何動態地改變極化方向以最大化天線接收訊號強度，在此設計中還使用了多一倍的晶片單元使天線在兩個極化方向及兩個切面都呈現鏡像饋入，使天線整體的次極化程度大幅改善。32×32單極化主動式陣列天線主要由8×8單極化陣列擴展成16組8×8的子陣列(sub-array)，而每一組子陣列天線都有一獨立的RF輸出(入)端口，故每一組子陣列都可以同時擁有自己波束偏移方向，並可以同時收(發)多組訊號，達到MIMO系統的運作情境。 為驗證所提出之天線模組進行通訊測試，本論文自行設計一自帶鎖相迴路系統之升降頻模組，藉由將訊號從不同升降頻模式之輸入(出)進行調整，分析升降頻模組整體的特性，最後搭配SDR(Software Defined Radio, SDR)的系統平台，將此數位訊號進行數學運算達到在空間上天線彼此間的通訊傳輸。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | This paper presents the design methodologies and characteristics analysis of millimeter-wave active array antennas. The array antennas are integrated with RF active components in system integration level after analyzing the performance of various RF active components, achieving a compact modular active array antenna architecture. Four antenna modules which operating in the millimeter-wave frequency are proposed in this paper, with microstrip antennas acting as the prototypes for antenna unit. At the first, a concept is proposed to increase the bandwidth of microstrip antennas in a multilayer process and then introduces a parallel feeding network design to suppress the cross-polarization level of antenna. The theoretical enhancements in performance will be validated by using full-wave simulation software.
In this paper, four antenna modules are presented, including a 6×6 single-polarized, an 8×8 single-polarized, an 8×8 dual-polarized and a 32×32 single-polarized active array antenna. The 6×6 array module is limited by the existing 34×34 mm2 PCB size constraint. These antenna units are arranged at a distance of half wavelength at 28 GHz from each other. By adopting an unconventional number of antenna elements and chip placing distribution, this module can achieve the optimal performance in using the minimum volume. The 8×8 single-polarized array module adopts a traditional antenna arrangement, with equal spacing in the horizontal direction based on a 0.5 wavelength at 28 GHz and in the vertical direction based on a 0.7 wavelength at 28 GHz. This design is the most common antenna archieture used in applications. Additionally, this design is transformed to dual polarization by using more beamforming chip, which means there are more antenna feed channel to excite another orthogonal mode. The twice number of chip are used to enable mirror feeding network on two planes in two polarization, respectively, which significantly improve the overall cross polarization level. The 32×32 single-polarized array module is primarily an expansion of the 8×8 array into 16 sets of it subarrays. Each subarray has an independent RF output/input port, allowing it to have its own beam steering direction. As a result, each subarray can simultaneously transmit/receive multiple signal to achieve a possible scenario for MIMO systems. In order to validate the proposed antenna modules in communication applications, an up/donw converter with phase-locked loop circuit is designed. The caracteristics of the up/down converter module is analyzed by adjusting the input/output signals in different conversion modes. At last, the communication transmission between the anrenna in space is completed by integrating a software defined radio (SDR) system with up/down converter. | en |
| dc.description.provenance | Submitted by admin ntu (admin@lib.ntu.edu.tw) on 2023-08-09T16:49:38Z No. of bitstreams: 0 | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2023-08-09T16:49:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 | en |
| dc.description.tableofcontents | 誌謝 i
中文摘要 ii ABSTRACT iii CONTENTS v LIST OF FIGURES viii LIST OF TABLES xvii Chapter 1 簡介 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 1.3 論文貢獻 2 Chapter 2 寬頻微帶天線設計 4 2.1 微帶天線 4 2.1.1 微帶天線理論 5 2.1.2 微帶天線之饋入方式 7 2.1.3 單(雙)線性極化天線單元設計與模擬 8 2.2 相位陣列天線理論 14 2.3 寬頻並聯式微帶天線之設計 16 2.3.1 堆疊式微帶天線設計 16 2.3.2 降低次極化程度之饋入結構 22 2.4 8×8陣列天線模擬 27 Chapter 3 主動式相位陣列天線模組化設計 33 3.1 5G主動式陣列天線架構 33 3.2 主動式收發晶片特性量測 35 3.2.1 I晶片硬體架構實現 35 3.2.2 A晶片硬體架構實現 58 3.2.3 數位控制器設計 65 3.3 多層PCB射頻特性分析 72 3.4 2×2 單一晶片整合陣列天線 74 3.5 6×6 28GHz單極化主動相位陣列天線 75 3.5.1 多層板被動式陣列天線設計與模擬分析 76 3.5.2 非對稱式收發晶片饋入電路設計與模擬分析 84 3.5.3 主動式陣列天線模組化設計 86 3.5.4 天線模組量測與校正分析 89 3.6 8×8 28GHz單極化主動相位陣列天線 96 3.6.1 多層板陣列天線設計與模擬分析 96 3.6.2 對稱式收發晶片饋入電路設計與模擬分析 105 3.6.3 主動式陣列天線模組系統量測與分析 107 3.7 8×8 28GHz雙極化主動相位陣列天線 116 3.7.1 極化調整匹配之理論分析 117 3.7.2 雙極化被動式陣列天線設計 122 3.7.3 雙極化之單輸出埠饋入電路設計 131 3.7.4 多極化天線系統量測與校正分析 134 3.8 32×32 28GHz單極化主動相位陣列天線 146 3.8.1 大型陣列天線架構與能源參數可行性評估 147 3.8.2 多輸入多輸出(MIMO)子陣列天線架構設計 148 3.8.3 子陣列之饋入電路設計與模擬分析 155 3.8.4 大型主動式陣列天線系統模組化建立 158 3.8.5 天線模組系統量測與分析 172 Chapter 4 主動式陣列天線模組之通訊傳輸 183 4.1 升降頻系統 184 4.1.1 升降頻功能之架構 185 4.1.2 鎖相功能之架構 186 4.1.3 升降頻系統電路架構實現 187 4.2 升降頻系統量測與分析 190 4.3 鎖相震盪電路量測 199 4.4 主動式天線通訊量測 200 4.4.1 8×8單極化主動相位陣列天線1.5公尺處通訊量測 201 4.4.2 32×32單極化主動相位陣列天線5公尺處通訊量測 205 Chapter 5 結論 211 5.1 未來展望 213 參考文獻 214 LIST OF FIGURES 圖 2.1 微帶天線架構圖 5 圖 2.2 微帶天線之饋入方式(a)直接饋入式(b)間接饋入式 8 圖 2.3 雙極化直接饋入式微帶天線模擬結構圖 10 圖 2.4 雙極化直接饋入式微帶天線反射係數模擬結果 10 圖 2.5 雙極化直接饋入式微帶天線遠場輻射場型模擬結果(@28GHz) (a)垂直極化(b)水平極化 11 圖 2.6 雙極化間接饋入式微帶天線模擬結構圖 12 圖 2.7 雙極化間接饋入式微帶天線反射係數模擬結果 12 圖 2.8 雙極化間接饋入式微帶天線遠場輻射場型模擬結果(@28GHz) (a)垂直極化(b)水平極化 13 圖 2.9 一維陣列天線示意圖 14 圖 2.10 堆疊式雙極化微帶天線模擬結構圖(a)3D立體圖(b)側視圖 17 圖 2.11 雙極化堆疊式微帶天線反射係數隨下層天線尺寸(L1)變化之模擬圖 19 圖 2.12 雙極化堆疊式微帶天線反射係數隨上層天線尺寸(L2)變化之模擬圖 19 圖 2.13雙極化堆疊式微帶天線反射係數模擬結果 21 圖 2.14 雙極化堆疊式微帶天線遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz) (a)垂直極化(b)水平極化 22 圖 2.15 微帶天線電流分布模擬圖(@28 GHz) (a)單一天線電流大小分布 (b) Phase = 0° (c) Phase = 90° (d) Phase = 180° (e) Phase = 270° 23 圖 2.16 2×1微帶天線陣列同相激發電流分布模擬圖(@28 GHz) 25 圖 2.17 2×1微帶天線陣列反相激發電流分布模擬圖(@28 GHz) 25 圖 2.18 並聯堆疊式微帶天線模擬結構圖 26 圖 2.19 並聯堆疊式微帶天線之反射係數模擬結果 26 圖 2.20 並聯堆疊式微帶天線之遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz) 27 圖 2.21 8×8並聯堆疊式微帶陣列天線模擬結構圖 28 圖 2.22 微帶陣列天線之反射係數模擬結果 29 圖 2.23 微帶陣列天線之遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz) 29 圖 2.24微帶陣列天線之波束偏移模擬結果(a)水平平面(yoz-plane)(b)垂直平面(xoz-plane) 31 圖 3.1 5G相位陣列天線之基本架構[42] 34 圖 3.2 5G射頻前端通訊系統之基本架構 35 圖 3.3 IDT F5280收發晶片之尺寸與架構圖 36 圖 3.4 IDT F5280之評估板(a)實體圖(b)PCB疊層架構 37 圖 3.5 IDT 5280評估板之PCB佈線圖 37 圖 3.6 IDT F5280評估板量測設備連接示意圖 38 圖 3.7 S參數量測結果(a) TX S11 (b) TX S21 (c) RX S22 (d) RX S12 40 圖 3.8 非線性元件輸入與輸出關係示意圖 41 圖 3.9 1dB增益壓縮點之定義示意圖 42 圖 3.10 1 dB增益壓縮點與頻率變化量測結果(a) TX OP1dB(b) RX IP1dB 43 圖 3.11 晶片操作電流隨頻率變化量測結果 44 圖 3.12 輸出訊號與輸入訊號之頻譜分布圖 45 圖 3.13 三階截斷點之定義示意圖 46 圖 3.14 雙頻輸入訊號之三階截斷點計算示意圖 46 圖 3.15 三階截斷點與頻率變化量測結果(a) TX OIP3(b) RX IIP3 48 圖 3.16 同相正交調變方式示意圖(a)整體調變架構(b)合成訊號與數位參數之關係 49 圖 3.17 相移器相位與數位狀態變化量測結果(a)相位差與數位控制關係(b)相位差漸進線與數位控制關係 51 圖 3.18 相移器相位均方根誤差與頻率變化量測結果 52 圖 3.19 輸出振幅變動與相移器狀態變化量測結果 53 圖 3.20 輸出振幅與數位狀態變化量測結果 54 圖 3.21 輸出相位變動與衰減器狀態變化量測結果 55 圖 3.22 收發晶片各路徑之輸出訊號星座圖(a) TX Mode (b) RX Mode 57 圖 3.23 收發晶片各路徑之輸出訊號誤差向量幅度(a) TX Mode (b) RX Mode 58 圖 3.24 Anokiwave AWMF0158收發晶片之尺寸與架構圖 59 圖 3.25 Anokiwave AWMF0158之評估板RF通道模擬圖 60 圖 3.26 S參數模擬結果 60 圖 3.27 Anokiwave AWMF0158之評估板(a)實體圖(b)PCB疊層架構 62 圖 3.28 Anokiwave AWMF0158評估板之PCB佈線圖 62 圖 3.29 S參數量測結果(a) TX S11 (b) TX S21 (c) RX S22 (d) RX S12 64 圖 3.30 Dspic33fj256gp710單晶片之尺寸與架構圖 66 圖 3.31 數位控制板(a)實體圖正反面(b)PCB疊層架構 67 圖 3.32 數位控制板評估板之PCB佈線圖 67 圖 3.33 數位控制板燒錄架構圖 68 圖 3.34 單一晶片之寫入/讀寫時序圖 69 圖 3.35 圖形化使用者介面(適用於AWMF-0158 EVB) 71 圖 3.36 傳輸線模擬比較(a)結構與電流分布圖(b)透射係數結果 73 圖 3.37 多層PCB等效同軸波導架構與電場分布圖 74 圖 3.38 2×2主動式陣列天線模組 75 圖 3.39 2×2主動式陣列天線之反射係數模擬結果 75 圖 3.40 6×6單極化主動相位陣列天線PCB疊層架構圖 76 圖 3.41 單一天線模擬結構圖(a)上視圖(a)俯視圖(a)側視圖 78 圖 3.42 單一天線之反射係數模擬結果 78 圖 3.43 單一天線之遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz) 79 圖 3.44 6×6陣列天線與收發晶片整合模擬結構圖(a)上下表層疊圖(b)透視圖 80 圖 3.45 單一收發晶片整合RF通道與天線模擬圖 81 圖 3.46 各獨立天線饋入網路反射係數模擬結果 82 圖 3.47 6×6陣列天線之遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz)(a)校正前(b)校正後 83 圖 3.48 6×6陣列天線之波束偏移模擬結果(a)水平平面(b)垂直平面 83 圖 3.49 收發晶片饋入網路模擬圖 85 圖 3.50 收發晶片饋入網路S參數模擬結果 86 圖 3.51 6×6主動式陣列天線模組(a)實體圖(b)PCB布線圖 87 圖 3.52 圖形化使用者介面(適用於6×6主動式陣列天線模組) 89 圖 3.53 緊縮式遠場量測環境(a)系統架構示意圖(b)待測物配置圖 91 圖 3.54 6×6陣列天線校正前之遠場輻射場型量測結果(@28 GHz) 91 圖 3.55 6×6陣列天線單元校正量測結果(a)振幅分布(b)相位分布 94 圖 3.56 6×6陣列天線校正後之遠場輻射場型量測結果(@28 GHz) 94 圖 3.57 6×6陣列校正前後天線增益與頻率變化量測結果比較圖 95 圖 3.58 6×6陣列天線之波束偏移量測結果(a)水平平面(b)垂直平面 95 圖 3.59 8×8單極化主動相位陣列天線PCB疊層架構圖 97 圖 3.60 單一天線模擬結構圖(a)上視圖(b)俯視圖(c)側視圖 98 圖 3.61 單一天線之反射係數模擬結果 98 圖 3.62 單一天線之遠場輻射場型模擬結果(@28GHz) 99 圖 3.63 8×8陣列天線與收發晶片整合模擬結構圖 100 圖 3.64 單一收發晶片整合RF通道與天線模擬圖 101 圖 3.65 單一收發晶片RF通道反射係數模擬結果 101 圖 3.66 8×8陣列天線之遠場輻射場型模擬結果(a)26.5 GHz(b) 28 GHz(c) 29.5 GHz 103 圖 3.67 8×8陣列天線增益與頻率變化模擬結果 104 圖 3.68 8×8陣列天線之波束偏移模擬結果(a)水平平面(b)垂直平面 104 圖 3.69 收發晶片饋入網路模擬圖 105 圖 3.70 收發晶片饋入網路S參數模擬結果(a)反射與透射係數(b)相位延遲 106 圖 3.71 8×8陣列天線模組實體圖 107 圖 3.72 8×8陣列天線模組PCB布線圖 108 圖 3.73 圖形化使用者介面(適用於8×8主動式陣列天線模組) 110 圖 3.74 緊縮式遠場量測環境(a)待測物與治具(含散熱風扇)整合(b)待測物配置圖 111 圖 3.75 8×8陣列天線之遠場輻射場型量測結果(a)26.5 GHz(b) 28 GHz (c) 29.5 GHz 113 圖 3.76 8×8陣列天線單元振幅與相位的分布量測結果(a)振幅分布(b)相位分布 114 圖 3.77 8×8陣列天線校正前後之遠場輻射場型量測結果比較圖(@28 GHz) 115 圖 3.78 8×8陣列校正前後天線增益與頻率變化量測結果比較圖 115 圖 3.79 8×8陣列天線之波束偏移量測結果(a)水平平面(b)垂直平面 116 圖 3.80 基地站與使用者天線的通訊情境示意圖 118 圖 3.81單一天線模擬結構圖(a)上視圖(b)俯視圖(c)側視圖 123 圖 3.82 單一天線之反射係數模擬結果 124 圖 3.83 單一天線之遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz)(a)垂直極化(b)水平極化 125 圖 3.84 8×8雙極化陣列天線與收發晶片整合模擬結構圖 126 圖 3.85 收發晶片整合RF通道與天線模擬圖(兩收發晶片完成雙極化鏡像饋入) 127 圖 3.86 單一收發晶片RF通道反射係數模擬結果 127 圖 3.87 8×8雙極化陣列天線之遠場輻射場型模擬結果(@28GHz)(a)垂直極化(b)水平極化 129 圖 3.88 8×8雙極化陣列天線增益與頻率變化模擬結果 129 圖 3.89 8×8雙極化陣列天線之波束偏移模擬結果(a)垂直極化(左-水平平面)(右-垂直平面)(b)水平極化(左-水平平面)(右-垂直平面) 130 圖 3.90 收發晶片饋入網路模擬圖 132 圖 3.91 收發晶片饋入網路S參數模擬結果(a)反射與透射係數(b)相位延遲 133 圖 3.92 8×8雙極化陣列天線模組實體圖 135 圖 3.93 8×8雙極化陣列天線模組PCB布線圖 135 圖 3.94 堆疊式多輸出埠直流降壓模組 136 圖 3.95 緊縮式遠場量測環境(a)待測物與治具整合圖(b)待測物配置圖 139 圖 3.96 8×8雙極化陣列天線之遠場輻射場型量測結果(a)垂直極化(b)水平極化 139 圖 3.97 8×8雙極化陣列天線增益與頻率變化量測結果 140 圖 3.98 8×8雙極化陣列天線單元振幅與相位的分布量測結果(a)垂直極化(b)水平極化 142 圖 3.99 8×8雙陣列天線校正前後之遠場輻射場型量測結果比較圖(@28 GHz)(a)垂直極化(b)水平極化 143 圖 3.100 8×8雙極化陣列校正前後天線增益與頻率變化量測結果比較圖(a)垂直極化(b)水平極化 144 圖 3.101 8×8雙極化陣列天線之波束偏移量測結果(a)垂直極化(左-水平平面)(右-垂直平面)(b)水平極化(左-水平平面)(右-垂直平面) 146 圖 3.102 32×32單極化主動相位陣列天線PCB疊層架構圖 148 圖 3.103 單一天線模擬結構圖(a)上視圖(b)俯視圖(c)側視圖 149 圖 3.104 單一天線之反射係數模擬結果 149 圖 3.105 單一天線之遠場輻射場型模擬結果(@28 GHz) 150 圖 3.106 32×32陣列天線與收發晶片整合模擬結構圖 151 圖 3.107 單一收發晶片RF通道反射係數模擬結果 152 圖 3.108 單一收發晶片RF通道反射係數模擬結果 152 圖 3.109 8×8子陣列天線之遠場輻射場型模擬結果(a)25 GHz(b)28 GHz(c)31 GHz 154 圖 3.110 8×8子陣列天線增益與頻率變化模擬結果 155 圖 3.111 8×8子陣列天線之波束偏移模擬結果(a)水平平面(b)垂直平面 155 圖 3.112 各子陣列之收發晶片饋入網路模擬圖 156 圖 3.113 收發晶片饋入網路S參數模擬結果(a)Type 1(b)Type 2(c)Type 3 158 圖 3.114 32×32陣列天線模組實體圖(a)元件面(b)天線面 160 圖 3.115 32×32陣列天線模組各層PCB布線圖(a) - (h) L1 - L8 168 圖 3.116 32×32陣列天線模組實體圖(a)硬體架構圖(b)電源與數位控制架構圖(c)待測物量測環境配置圖 172 圖 3.117 圖形化使用者介面(適用於32×32主動式陣列天線模組) 173 圖 3.118 32×32陣列天線之各子陣列遠場輻射場型量測結果(a) - (p)RF1 - RF16 178 圖 3.119 十六合一之功率合成器 179 圖 3.120 32×32陣列天線單元振幅與相位的分布量測結果(a)振幅分布(b)相位分布 181 圖 3.121 32×32陣列天線之波束偏移量測結果 182 圖 4.1 升降頻系統與天線模組整合架構示意圖 183 圖 4.2 升降頻模組之內部元件架構示意圖 185 圖 4.3 AWMF-0153升降頻晶片之尺寸與架構圖 186 圖 4.4 LMX-2594鎖相震盪器晶片之尺寸與架構圖 187 圖 4.5 升降頻系統PCB疊層架構圖 188 圖 4.6 升降頻模組實體示意圖(a)正面圖(b)反面圖 189 圖 4.7 圖形化使用者介面(適用於升降頻模組)(a)升降頻功能(b)鎖相震盪器功能 191 圖 4.8 高頻訊號能量隨中頻訊號能量變化圖 192 圖 4.9 高頻訊號操作頻率與轉換增益變化圖 193 圖 4.10 升頻模式端口反射係數量測結果(a) IF端口(b) LO端口(c) RF端口 194 圖 4.11 高頻輸出埠之高頻訊號能量隨本地震盪訊號能量變化圖 195 圖 4.12 中頻訊號能量隨高頻訊號能量變化圖 196 圖 4.13 中頻訊號操作頻率與轉換增益變化圖 197 圖 4.14 降頻模式端口反射係數量測結果(a) IF端口(b) LO端口(c) RF端口 198 圖 4.15 中頻輸出埠之中頻訊號能量隨本地震盪訊號能量變化圖 199 圖 4.16 鎖相震盪器輸出頻率與各項次輸出功率變化圖 200 圖 4.17 8×8單極化主動相位陣列天線通訊量測(a)元件區塊圖(b)架設圖 202 圖 4.18 基於不同調變方式之星座圖量測結果(a)16-QAM(b)64-QAM(c)256-QAM 203 圖 4.19 EIRP於P1dB與Psat位置隨頻率變化量測結果 204 圖 4.20 不同EIRP對應之EVM與SNR量測結果 205 圖 4.21 32×32單極化主動相位陣列天線通訊量測(a)元件區塊圖(b)架設圖 206 圖 4.22 基於不同調變方式之星座圖量測結果(a)16-QAM(b)64-QAM(c)256-QAM 207 圖 4.23 EIRP於P1dB與Psat位置隨頻率變化量測結果 208 圖 4.24 不同EIRP對應之EVM與SNR量測結果 209 LIST OF TABLES 表 2.1 水平面波束偏移之場型特性參數 31 表 2.2 任一角度波束偏移之場型特性參數 32 表 3.1 數位控制器控制碼對應表(適用於AWMF-0158) 70 表 3.2 收發晶片參數及特性比較表(TX mode) 71 表 3.3 收發晶片參數及特性比較表(RX mode) 72 表 3.4 天線饋入網路參數及特性表 81 表 3.5 收發晶片饋入網路參數及特性表 85 表 3.6 數位控制器控制碼對應表(適用於6×6主動式陣列天線模組) 88 表 3.7 收發晶片饋入網路參數及特性表 105 表 3.8 數位控制器控制碼對應表(適用於8×8主動式陣列天線模組) 109 表 3.9 收發晶片饋入網路參數及特性表 132 表 3.10 數位控制器控制碼對應表(適用於8×8主動式雙極化陣列天線模組) 137 表 3.11 各收發晶片饋入網路參數及特性表 156 表 4.1 AWMF-0153升降頻晶片特性參數表 186 表 4.2 LMX-2594鎖相震盪器晶片特性參數表 187 表 4.3 8×8於1.5米與32×32於5米鏈路分析測試環境比較 210 | - |
| dc.language.iso | zh_TW | - |
| dc.subject | 通訊傳輸 | zh_TW |
| dc.subject | 系統整合 | zh_TW |
| dc.subject | 微帶天線 | zh_TW |
| dc.subject | 毫米波 | zh_TW |
| dc.subject | 天線模組 | zh_TW |
| dc.subject | 主動陣列天線 | zh_TW |
| dc.subject | antenna modules | en |
| dc.subject | active array antennas | en |
| dc.subject | system integration | en |
| dc.subject | microstrip antennas | en |
| dc.subject | millimeter wave | en |
| dc.subject | communication transmission | en |
| dc.title | 應用於毫米波頻段之陣列天線模組化設計 | zh_TW |
| dc.title | Antenna-in-Module (AiM) Design for Applications in Millimeter-Wave Band | en |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.date.schoolyear | 111-2 | - |
| dc.description.degree | 博士 | - |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 林丁丙;吳瑞北;廖文照;鞠志遠 | zh_TW |
| dc.contributor.oralexamcommittee | Ding-Bing Lin;Ruey-Beei Wu;Wen-Jiao Liao;Chih-Yuan Chu | en |
| dc.subject.keyword | 毫米波,天線模組,微帶天線,主動陣列天線,系統整合,通訊傳輸, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | millimeter wave,antenna modules,microstrip antennas,active array antennas,system integration,communication transmission, | en |
| dc.relation.page | 219 | - |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202301943 | - |
| dc.rights.note | 同意授權(限校園內公開) | - |
| dc.date.accepted | 2023-07-24 | - |
| dc.contributor.author-college | 電機資訊學院 | - |
| dc.contributor.author-dept | 電信工程學研究所 | - |
| 顯示於系所單位： | 電信工程學研究所 | |
文件中的檔案：
| 檔案 | 大小 | 格式 | |
|---|---|---|---|
| ntu-111-2.pdf 授權僅限NTU校內IP使用（校園外請利用VPN校外連線服務） | 33.28 MB | Adobe PDF |
系統中的文件，除了特別指名其著作權條款之外，均受到著作權保護，並且保留所有的權利。