Adviser: Hung-Chi Yang Speaker: Yu-Ming Chen Microstrip Patch Antennas With Enhanced Gain by Partial Substrate Removal IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 58, NO. 9, SEPTEMBER 2010 Siew Bee Yeap, Member, IEEE, and Zhi Ning Chen, Fellow, IEEE Good afternoon I am the presenter Yu-Ming Chen for today's presentation. My professor is : Dr. Hung-Chi Yang my topic is Microstrip Patch Antennas With Enhanced Gain by Partial Substrate Removal. Adviser: Hung-Chi Yang Speaker: Yu-Ming Chen 1 2010/12/15 1

Methods ＆ Materials A. Aperture-Coupled Microstrip Patch Aperture-coupled microstrip patch antenna at 2.4 GHz on a dielectric substrate of Roger 6006 with εr = 6.15 and loss tangent of 0.0027. l = 16.8 mm, w = 25 mm, 125*125 mm2 h1 = 7.629 mm, h2 = 1.279 mm wm = 1.85 mm ls = 19 mm, ws = 0.8 mm , lst = 7.6 mm 第一個部分. 槽孔耦合微帶貼片天線 槽孔耦合微帶天線是使用Roger 6006介電常數為6.15損耗因數為0.0027的介電基板。 此圖為此天線的構造，他是由兩個同介電性能的基板所合成，天線為125*125 mm2 的正方體 patch的長為w = 25 mm,寬為 l = 16.8 mm, 。厚度分別為 h1 = 7.629 mm, h2 = 1.279 mm。在基板底部的饋入端的寬度 wm = 1.85 mm。耦合槽正下方中心位置的patch尺寸為(19*0.8) ls = 19 mm, ws = 0.8 mm。帶狀物體的長度 lst = 7.6 mm。 Geometry 2 2

Methods ＆ Materials The simulated impedance bandwidth of 10% (2.33–2.57 GHz) for│S11│< -10 dB and gain against frequency. 此圖為10%頻寬的模擬阻抗，│S11│< -10 dB（2.33-2.57 GHz）的頻率和增益。 simulated│S11│and gain of an aperture- coupled microstrip patch antenna 3 3

Methods ＆ Materials B. Microstrip Patch Aperture-Fed With Open Air Cavity The substrate surrounding the patch is removed to synthesize a lower dielectric substrate with an open air cavity. 第二部分：微帶天線-饋入式開方式空腔 基板週圍的patch被移除去合成一個低介電的開放式空腔。所有的空腔深度與 h1 (7.629 mm) 完全相同。該空腔的寬度為s，他是由patch的邊緣去切除。研究增加s對天線增益的影響。當s改變時，該天線的尺寸也會做相對應的微調，以保持天線在2.4 GHz的共振。 Aperture-coupled microstrip patch antenna with substrate removal. 4 4

Methods ＆ Materials Design parameters of the aperture-coupled patch with/without substrate removal. Units are all in mm except V in% 此表為設計的參數，Design A為原有的pattern，沒有任何空腔，即s = 0 mm。 由於patch不是正方形，所以當所有基板被移除時，s在輻射或非輻射的值都不一樣。所以Design H的s分別有兩個值。而這個v為拆除全部基板體積後的比例(125 * 125 * 7.629 mm3)。 此圖為，此表的設計與Design A做比較的增益變化。 據觀察，當s < 5 mm時，Design B-D的增益最多只有增加0.3 dB，但s > 25mm時，Design F-G的增益卻增加了1.5 dB。當所有的基板被移除，即Design H，增益增加超過2 dB。由此可知增益的增加是由於patch的整體尺寸增加和介電損耗的減少和表面波的抑制。 Gain increment of Designs B-H compared to Design A at 2.4 GHz. 5 5

Methods ＆ Materials Comparison of Patch Antennas With Varying Open Air Cavity Configuration 第三部分：天線改變開放式空腔結構的比較： 此圖為移除不同配置的基底對天線增益的影響。為了便於比較，Design A和H分別製造成Design 1和Design 2。 在Design 3中，介電基底將從他的輻射邊緣所移除， 在Design 4中，介電基底將從他的非輻射邊緣所移除。 為了確認改善後的增益是從表面波的減少而不是改變patch的大小，所以，Design 5和Design 2有相同的patch大小，只是改變基板介電常數。 Design 6的patch有一個嵌入式的空腔。空腔的大小和patch一樣。在這裡所 有的空腔都具有相同 h1(7.629 mm) 的深度， 這些天線都有做些微的調整以維持在2.4 GHz的共振。 Aperture-coupled microstrip patch antennas with different substrate removal configurations. 6 6

Methods ＆ Materials 此圖是模擬與實測的│S11│。在模擬和實測之間的共振有些微的差異，主要是因為製造時的誤差，尤其是厚介電基板與薄界電片之間的空氣間隙。由於較高的表面波損失，Design 1和Design 5比Design 2-4具有更廣的阻抗頻寬。Design 6有最高的阻抗頻寬，這表示Design 6的空腔所改善的阻抗頻寬最多。 Simulated and measured │S11│ of aperture-coupled microstrip patch antennas with different substrate removal configurations. 7 7

Methods ＆ Materials 此圖為延著patch平面的電場分佈，所有的設計分別為標準化的最大電場。Design 1 是用來做為參考的。可以從 此圖 推斷出一些重要的意見。 首先，比較Design 1, 2, 3, 基板的邊緣有著較弱的輻射，而Design 5, 6,，他們的邊緣有著強大的輻射。相對於Design 1，Design 5從他的基板邊緣有著較弱的輻射，是由於他的介電常數比較低。這種輻射主要起因於表面波。這證明了一個事實，基板介電的不同會影響表面波的多寡。 第二，Design 4從絕緣片的邊緣有著強大的輻射，在這個位置patch的邊緣也有輻射，反之，Design 3從絕緣片邊緣的輻射卻比較弱，在這個位子patch的邊緣輻射也比較弱。這表示，大多數的表面波是由於patch邊緣的輻射所造成。 Normalized electric field distributions of Designs I–VI (in dB). 8