本論文設計了三種適用於行動通訊裝置之小型化全球互通微波存取天線。我們首先提出寬頻組合式單極槽孔天線，本項天線設計分成了兩個部分，分別為第一輻射部及第二輻射部，藉由組合此兩輻射部可形成一單極槽孔，使得天線體積得以縮小。接著再提出混合式之迴圈與單極天線，我們採用了混合式天線的設計，由兩種不同的天線結構來形成本項天線設計，並達成我們所要的頻帶需求。最後，提出了一種具有電容耦合式饋入之混合式單極與槽孔晶片天線，該晶片天線主要包含了一共振用之矩形金屬部、一共振用之短槽孔及一調整阻抗匹用之長槽孔，再利用將該兩槽孔埋置於矩形金屬部內以達成小型化的目的。詳細的天線設計原理及實際製作數據量測將在本論文中說明與討論。

Novel compact antenna designs for WiMAX (Worldwide interoperability for microwave access) operation in the mobile phone are presented in this thesis. In the first design, the antenna is integrated at one corner of system circuit board of the mobile phone and consists of two radiating portions; the monopole slot is formed by integrating the two portions. In the second design, two different antenna structures are used to achieve all WiMAX operating bands. Finally, in the third design, the chip antenna comprises a resonant monopole patch, a resonant shorter slot and a matching longer slot. The latter two slots are embedded within the monopole patch to achieve a compact integration. Detailed antenna designs and experimental results are presented and discussed.

第一章 序論 (Introduction) 1
1.1 概述 1
1.2 文獻導覽 3
1.3 論文內容 3

第二章 寬頻組合式單極槽孔天線設計（Wideband Integrated Monopole Slot Antenna for WLAN/WiMAX Operation） 5
2.1 天線設計與原理 5
2.2 實驗結果與分析 6
2.3 心得與討論 15

第三章 混合式開迴圈與單極天線設計（Hybrid Loop/Monopole Antenna for 2.5/3.5/5.5 GHz WiMAX Operation） 16
3.1 天線設計與原理 17
3.2 實驗結果與分析 19
3.3 心得與討論 26

第四章 電容耦合式饋入之混合式單極與槽孔晶片天線設計（Capacitively-Fed Hybrid Monopole/Slot Chip Antenna for 2.5/3.5/5.5 GHz WiMAX Operation） 28
4.1 天線設計與原理 29
4.2 實驗結果與分析 31
4.3 心得與討論 40
第五章 結論 (Conclusion) 41

參考文獻 (References) 43

論文著作表 (Publication List) 47

圖1.1 未來WiMAX將有機會兼具資料及語音影像傳輸。 2
圖2.1 寬頻組合式單極槽孔天線之結構圖及其細部尺寸。 7
圖2.2 本項天線設計量測與模擬之返回損失圖。 8
圖2.3 本項天線設計與對照組天線之返回損失比較圖（模擬值）。 9
圖2.4 變化天線整體高度h之返回損失比較圖（模擬值）。 10
圖2.5 變化第一輻射部之第一子槽孔寬度t之返回損失比較圖（模擬值）。 10
圖2.6 變化單極槽孔長度a之返回損失比較圖（模擬值）。 11
圖2.7 變化第二輻射部之第二子槽孔寬度g之返回損失比較圖（模擬值）。 11
圖2.8 變化匹配金屬部長度c之返回損失比較圖（模擬值）。 12
圖2.9 變化微帶饋入線位置d之返回損失比較圖（模擬值）。 12
圖2.10 本項天線設計在頻率為2500 MHz之遠場輻射場型量測圖。 13
圖2.11 本項天線設計在頻率為3500 MHz之遠場輻射場型量測圖。 14
圖2.12 本項天線設計在WLAN/WiMAX頻帶內量測增益與模擬輻射效率圖。 15
圖3.1 混合式開迴圈與單極天線之結構圖及其細部尺寸。 18
圖3.2 本項天線設計量測與模擬之返回損失圖。 19
圖3.3 變化參數a之返回損失比較圖（模擬值）。 20
圖3.4 變化參數b之返回損失比較圖（模擬值）。 21
圖3.5 變化參數c之返回損失比較圖（模擬值）。 21
圖3.6 變化參數e之返回損失比較圖（模擬值）。 23
圖3.7 變化參數d之返回損失比較圖（模擬值）。 23
圖3.8 本項天線設計在頻率為2595 MHz之遠場輻射場型量測圖。 24
圖3.9 本項天線設計在頻率為3500 MHz之遠場輻射場型量測圖。 24
圖3.10 本項天線設計在頻率為5550 MHz之遠場輻射場型量測圖。 25
圖3.11 本項天線設計在WiMAX 2.5/3.5 GHz頻帶內量測增益與模擬輻射效率圖。 26
圖3.12 本項天線設計在WiMAX 5.5 GHz頻帶內量測增益與模擬輻射效率圖。 26
圖4.1 電容耦合饋入之混合式單極與槽孔晶片天線之結構圖。（a）為本項天線設計在手機系統接地面上之位置示意圖；（b）為此晶片天線之前視及後視圖；（c）為系統電路板之後視圖；（d）本項天線設計之矩形金屬部展開幾何結構圖。 30
圖4.2 本項天線設計量測與模擬之返回損失圖。 32
圖4.3 本項天線設計與對照組天線之返回損失比較圖（模擬值）。 32
圖4.4 本項天線設計與對照組天線之較低頻帶輸入阻抗比較圖（模擬值）。 33
圖4.5 本項天線設計與對照組天線之較高頻帶輸入阻抗比較圖（模擬值）。 33
圖4.6 變化矩形金屬部高度h之返回損失比較圖（模擬值）。 34
圖4.7 變化短槽孔長度c之返回損失比較圖（模擬值）。 35
圖4.8 變化長槽孔長度e之返回損失比較圖（模擬值）。 35
圖4.9 變化耦合金屬部末端長度a之返回損失比較圖（模擬值）。 36
圖4.10 變化耦合金屬部末端寬度b之返回損失比較圖（模擬值）。 36
圖4.11 本項天線設計在頻率為2595 MHz之遠場輻射場型量測圖。 37
圖4.12 本項天線設計在頻率為3500 MHz之遠場輻射場型量測圖。 38
圖4.13 本項天線設計在頻率為5550 MHz之遠場輻射場型量測圖。 38
圖4.14 本項天線設計在WiMAX 2.5/3.5 GHz頻帶內量測增益與模擬輻射效率圖。 39
圖4.15 本項天線設計在WiMAX 5.5 GHz頻帶內量測增益與模擬輻射效率圖。 39

表1.1 IEEE 802.16 主要標準比較表。 2

[1] http://www.wimaxforum.org, Worldwide interoperability for microwave access forum or WiMAX forum.
[2] http://ieeexplore.ieee.org/xpl/standards.jsp?start=800&end=899, IEEE standards.
[3] W. S. Chen and Y. C. Chang, “CPW-fed printed monopole antenna with branch slits for WiMAX applications,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 50, pp. 952-954, Apr. 2008.
[4] W. S. Chen, Y. C. Chang and F. S. Chang, “Novel design of printed monopole antenna for WiMAX application,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 49, pp. 1806-1809, Aug. 2007.
[5] W. C. Su and K. L. Wong, “Internal PIFAs for UMTS/WLAN/WiMAX multi-network operation for a USB dongle,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 48, pp. 2249-2253, Nov. 2006.
[6] S. W. Su and K. L. Wong, “Wideband antenna integrated in a system in package for WLAN/WiMAX operation in a mobile device,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 48, pp. 2048-2053, Oct. 2006.
[7] C. I. Lin, K. L. Wong and S. H. Yeh, “Wideband EMC chip antenna for WLAN/WiMAX operation in the sliding mobile phone,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 48, pp. 1362-1366, Jul. 2006.
[8] K. L. Wong and L. C. Chou, “Internal composite monopole antenna for WLAN/WiMAX operation for laptop computer,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 48, pp. 868-871, May 2006.
[9] C. H. Wu and K. L. Wong, “Hexa-band internal printed slot antenna for mobile phone application,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 50, pp. 35-38, Jan. 2008.
[10] K. L. Wong, Y. W. Chi and S. Y. Tu, “Internal multiband printed folded slot antenna for mobile phone application,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 49, pp. 1833-1837, Aug. 2007.
[11] Y. W. Chi and K. L. Wong, “Internal compact dual-band printed loop antenna for mobile phone application,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 55, pp. 1457-1462, May 2007.
[12] W. S. Chen and K. Y. Ku, “Broadband design of a small non-symmetric ground