教材模組
教學目標 |
- 課程模組整體教學目標：
本課程模組的標的為具有基本電機電子訓練背景的大三學生為目標，透過模組化的實作課程單元，以電磁模擬軟體為媒介，快速熟悉天線輻射機制，天線阻抗匹配原理，進而導入先進無線通訊規格所需要的多天線系統，了解緊湊式配置的多天線系統所需要的天線設計需求，包含多頻段操作與各式天線解耦合技術。本模組內容配置可用於如天線導論等大學部課程，建立學生對天線原理與行動裝置天線需求的認識；亦可搭配研究所階段的天線與微波電路相關課程，講授多天線設計技巧、天線解耦合技術，以及與5G等先進無線通訊標準的關聯。
- 子模組ㄧ：天線輻射原理、重要參數與微型化技術
教學目標：本子模組適合修習過電磁學，但無天線基礎之大學生，介紹共振型天線單元如何產生輻射，天線尺寸與共振頻率的關係，並以光學與聲學相關的日常生活經驗闡述天線集合結構與輻射能量分布特性的關聯。
- 子模組二：電磁數值方法與天線模擬技術
教學目標：讓學生了解商用電磁模擬軟體的核心:數值方法，及其處理天線共振、電磁輻射、近場電磁場分布轉換遠場輻射場型等電磁問題的原理。並以實作單元教授電磁模擬軟體使用與天線設計演練。
- 子模組三：行動裝置小型化天線設計
教學目標：介紹常見的行動裝置小型化天線型式與無線通訊的天線需求規格，分析其達到物理尺寸縮小、電氣長度不變的技巧，如何達到多頻操作、寬頻操作、指向性提升等性能。並比較不同型式天線的應用特性與優缺點。
- 子模組四：行動終端多天線設計與解耦合技術
教學目標：介紹多天線系統與MIMO等先進無線通訊技術的關係，多天線系統效能評估指標。針對行動裝置上，緊湊式的多天線布建環境，說明如何化解輻射耦合與傳導電流耦合，提升相鄰天線間的隔離度。
- 子模組五：天線製作與基礎量測方法
教學目標：介紹典型的天線量測系統，包括遠場與近場的量測方式，本課程亦介紹各種天線相關參數及其量測方式，讓學生了結天線的特性驗證、及與通訊系統整合時的介面關係。
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教材模組
課程大綱 |
- 子模組ㄧ：天線輻射原理、重要參數與微型化技術
課程大綱：
- 自然共振現象
- 天線輻射現象
- 天線重要參數
- 天線縮小化技巧
實驗單元一:以Rectenna觀察指向性天線與全向性天線的輻射特性。
- 子模組二：電磁數值方法與天線模擬技術
課程大綱：
- 電磁數值方法原理
- 電磁數值方法種類與特性
- 電磁數值方法於天線及傳播問題之應用
- Excitation、Meshing and Absorbing boundaries
實驗單元二:HFSS電磁模擬軟體操作教學：導波管例。
實驗單元三:HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：偶極天線例。
- 子模組三：行動裝置小型化天線設計
課程大綱：
- 常見無線通訊應用之天線需求
- 常見行動裝置小型化天線型式介紹
- 天線微型化技巧與設計之注意事項
- 微型天線性能限制與利用裝置平台提升天線性能技巧
實驗單元四:HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：單極天線及其變形。
實驗單元五:HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：微帶天線及其多模態、多極化設計。
- 子模組四：行動終端多天線設計與解耦合技術
課程大綱：
- 行動終端之多天線需求與通訊性能提升原理
- 多天線系統效能評估參數
- 天線輻射耦合機制與解耦合技巧
- 天線傳導耦合機制與解耦合技巧
實驗單元六:HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：以極化分集漸少天線輻射耦合。
實驗單元七:HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：以接地面突出結構減少天線傳導耦合。
- 子模組五：天線製作與基礎量測方法
課程大綱：
- 行動終端之多天線需求與通訊性能提升原理
- 多天線系統效能評估參數
- 天線輻射耦合機制與解耦合技巧
- 天線傳導耦合機制與解耦合技巧
實驗單元八:以PCB板製作小型化行動裝置雙天線系統。
實驗單元九:以網路分析儀量測實作天線輸入阻抗與耦合係數
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| 可分享教材模組內容說明 |
授課教材投影片270頁，實驗手冊共 9組(180頁)
- 單元一： 天線輻射原理、重要參數與微型化技術(70頁)
- 單元二： 電磁數值方法與天線模擬技術(70頁)
- 單元三： 行動裝置小型化天線設計(40頁)
- 單元四： 行動終端多天線設計與解耦合技術(50頁)
- 單元五： 天線製作與基礎量測方法(40頁)
- 實驗一： 以Rectenna觀察指向性與全向性天線的輻射特性(20頁)
- 實驗二： HFSS電磁模擬軟體操作教學：導波管例(20頁)
- 實驗三： HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：偶極天線例(20頁)
- 實驗四： HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：單極天線及其變形(20頁)
- 實驗五： HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：微帶天線及其多模態、多極化設計(20頁)
- 實驗六： HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：以極化分集漸少天線輻射耦合(20頁)
- 實驗七： HFSS電磁模擬軟體天線設計教學：以接地面突出結構減少天線傳導耦合(20頁)
- 實驗八： 以PCB板製作小型化行動裝置雙天線系統(20頁)
- 實驗九： 以網路分析儀量測實作天線輸入阻抗與耦合係數(20頁)
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| 所需實作平台配備與經費需求預估(以模組教學實作所需基本軟、硬體平台作估算) |
實作平台配備說明(每組供 3位同學使用):
以電磁數值模擬軟體在電腦上模擬天線的設計，實驗方式係由2~3位同學為一組進行行動終端天線設計與效能驗證。實作平台為Ansys HFSS模擬軟體。
設備經費需求：整體軟體以Ansys軟體租用，每年約10萬元。另15台電腦可以使用學校電腦教室或購置(每台約三萬元，含螢幕) |
| 聯盟/示範教學實驗室可提供之訓練與技術支援(含可提供之實驗示範影片) |
- 5G天線與射頻技術聯盟及示範教學實驗室網址：
- 助教工作坊 20 人/場，共1場
- 教師工作坊 20 人/場，共1場
- 實驗示範教學影片2件，預計完成日期2020/2/28。
- 可分享資源與示範教學實驗室運作制度
可提供之訓練：
- 遠端登入學習實驗環境的設定與操作。
- 種子教師與助教可到示範教學實驗室接受訓練。
可提供之技術支援：
- 課程規劃主持人可到種子學校進行示範教學。
- 可派遣技術人員到種子學校進行安裝設定的指導。
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| 聯絡窗口 |
負責教師：廖文照 教授
專責助理：張菀芸 同學
聯絡方式：02-27303240，Email：wjliao@mail.ntust.edu.tw |
