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毫米波寬頻高增益晶片型整流天線/主動式整合天線發射器暨濾波器之研製

為了解決HDMI 144Hz的問題，作者陳毅山 這樣論述：

本論文研究方向著重於發展毫米波V頻段寬頻與高增益晶片式天線、整流天線、主動式整合天線及濾波器。這些晶片式天線及濾波器使用砷化鎵與金氧半導體製程來製作，同時可運作於無線個人區域網路(WPAN)、高解析度多媒體介面(HDMI)及無線功率傳輸(WPT)應用。為解決天線整合於有損高介質晶片基板上而無法獲得高天線增益的問題，在本論文中，設計新型改良天線改善了天線輻射場形，同時也獲得到良好的頻寬及天線增益。所提出的設計方法及步驟藉由實作電路與結果分析做相互驗證，皆獲得吻合的成果。本論文設計側邊輻射之晶片天線與國際指標相比較，在天線頻寬、增益、場形前後波瓣比及面積特性上均有最佳的表現，在天線量測驗證上除了

一般量測S參數、天線傳輸增益外，更創新建立精確的晶片天線量測平台，其量測包含絕對增益及場形的量測，其高精度絕對增益量測使用三組天線量測方式，可有效扣除天線口徑因子的不確定因素，同時更提升小型化晶片天線量測上的可信度。一個V頻段創新晶片式偶極天線晶片小型面積達到 0.9 平方毫米。其電壓駐波比為2的頻寬為24 % (55-70 GHz)、一對同樣天線在距離5公分的傳輸增益為-32 dB、天線絕對增益為3.6dBi、場形前後波瓣比為12 dB、電場及磁場平面的半功率波束寬皆為60度。一個高效率雙頻段(35及94 GHz)晶片型整流天線小型面積達到 2.9 平方毫米。電壓駐波比為2的頻寬分別為82

%及41 %、天線增益在35及94 GHz個別為7.4dBi及6.5dBi，其量測的功率轉換效率為53 %及37 %，且天線的輻射功率密度達到30 mW/cm2。此外，一個主動式晶片整合天線小型面積達到 0.61 平方毫米。其高天線增益為7.6 dBi、低相位雜訊在10 MHz的位移為-114 dBc/Hz、且功率消耗僅有9 mW、其中壓控震盪器的優化指數在10 MHz的位移為-181 dBc/Hz、發射器距離接收天線90公分的接收功率為-38dBm。最後，兩個有限地共平面波導低通及帶通濾波器晶片小型面積達到 0.19 平方毫米。其低穿透損耗分別低於0.5 dB及1.5 dB且反射損耗分別大於

12 dB及13 dB。此低通及帶通濾波器的1-dB寬頻個別達到70 GHz (0-70 GHz) 與 11 GHz (55-66 GHz)。在低通濾波器95-120 GHz的止帶頻率95-120 GHz至少有大於 20 dB的抑制，另外，帶通濾波器在0-42 GHz 及82-120 GHz也有大於 20 dB的抑制。