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聯盟成果

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台灣電磁產學聯盟2013 傑出講座系列:Antenna Design for Internet of Things and Wireless Communications

活動成果
張貼人:網站管理員公告日期:2013-10-22
  
聯盟特約記者/簡煜倫
隨著科技日新月異,透過網路我們不僅能互相溝通傳遞資訊外,物件和物件之間亦可透過網路環境做進一步的資料傳送,因此物聯網(Internet of Things, IOT)的時代也漸漸的來臨。除此之外,為了響應高速網路的未來趨勢以及使其普及化,毫米波(mmWave)的研發與量測系統也是不可或缺的重要技術。8 月6 日台揚科技股份有限公司與電磁產學聯盟合作,邀請台灣科技大學電機系楊成發教授至台揚公司演講,與業界的同仁分享由高頻(High Frequency, HF)天線技術到毫米波(mmWave)技術淺談與物聯網(IoT)資訊,並於其中介紹許多天線相關應用與技術探討。

演講一開始, 楊教授就以毫米波(mmWave)通信的量測技術為簡單的開頭,帶給大家未來於台科大與衛普科技(WavePro)所共同規劃關於毫米波(mmWave)量測系統的開發建造,而後便從HF 的天線技術為題,其頻帶為3MHz-30MHz,將近年來較熱門應用於13.56MHz的近場通訊(near-field communication, NFC)應用原理與其天線設計的概念技術做一些分析與量測技術探討,由於NFC 必須考量到規範中傳輸距離磁場大小(1.5A/m-7.5A/m)的調整與交易中的隱私問題以及實際產品中電路板金屬對天線所產生漩渦電流(eddy current)可藉由導磁材料(ferrite material)做改善等因素,因此要如何在制訂的距離內(4-6 公分)有效的運作,其NFC 天線的設計是一大重要的關鍵技術。此外,也介紹了關於無線充電(Wireless Charging)系統目前所應用於3C 產品的兩種工作原理:磁感應(Magnetic Induction, MI)所使用的頻段分別有無線充電聯盟(Wireless Power Consortium, WPC)所規範的100kHz-205kHz 和Powermat 所訂的277-357Hz 與由A4WP(Alliance for Wireless Power)所最新提出的6.78MHz 和英特爾(Intel)所使用的13.56MHz 磁耦合(Magnetic Resonance,MR)的技術,藉由以上的兩種議題作為今日高頻HF 的開場。

而後楊教授便進入了關於甚高頻(Very High Frequency, VHF)的探討,頻帶為30MHz-300MHz,在此以台科大與飛鳥半導體公司(Asukasemi)共同合作開發的車用薄膜天線,分別有應用於數位電視(Digital television, DTV)與數位廣播(Digital Audio Broadcasting, DAB)的天線,並以此為主軸,講解了產學合作中會遇到的難題,包含了成本考量、車用天線擺範位置的不同對天線的影響、以及業界所需求的天線尺寸限制等,藉由這些議題帶出產學合作的價值,不僅能讓學生們能進一步的了解業界的處理程序,以及能幫助業界開發產品的優點,此外也介紹了能利用台科大現有的量測技術,能夠量測甚高頻VHF 的車用薄膜天線之2D 場型分布,並以此作為甚高頻VHF 的結尾。

介紹完甚高頻VHF 方面的技術後,楊教授也開始進入了特高頻(Ultra High Frequency,UHF) 的探討, 應用頻帶為300MHz-3GHz,並以目前最普遍的無線射頻辨識系統(Radio Frequency IDentification, RFID) 為主題, 帶入以往楊教授產學合作與業界合作過的相關產品與研究,其中包含了應用於900MHz 的標籤天線(tag)的分析、RFID 讀取器(reader)陣列天線對近場(near-field) 與遠場(far-field) 的研究、RFID 900MHz 智慧型書櫃天線設計、RFID900MHz 無線充電系統、2.4GHz 近場陣列讀取天線(near-field reader array antenna) 等, 其中RFID 900MHz 智慧型書櫃天線設計為loop-type特性,使其具有均勻電流(uniform current),藉此能有均勻磁場(uniform magnetic field)的特性,日後亦可依業界產品需求作客製化的設計。而RFID 900MHz 無線充電則藉由兩相互平行之矩形天線(patch antenna)之間利用電磁場做能量傳遞。關於2.4GHz 近場陣列讀取天線則可利用圓形patch 天線的設計概念,將能量集中於patch 之中,使應用於近場通訊時,能讀到更多的標籤(tag),最後楊教授也介紹目前於台科大能夠量測關於RFID 3D 靜態量測測試,可將原本的天線量測系統切換作RFID 量測,並可量測單一標籤(tag)或多個標籤(tag)的場型分布,未來對於學術界或者業界皆可提供量測的需求。

由高頻HF 一路介紹到上述所提的甚高頻VHF 後,接下來楊教授順其自然的進入超高頻(Super High Frequency, SHF) 的領域, 其頻帶為3GHz-30GHz,至此楊教授亦藉由以往與業界產學合作所出來的成果,關於5GHz 無線通訊之影音傳送的天線設計,利用矩形圓極化天線(patch antenna)的特性,使產品中的天線於任何角度都能順利的接收發射,最後也將實際成品的拍攝影片播放給各位業界同仁參考。此外,楊教授也介紹了應用於平板電腦(Tablet computer) 的無線區域網(wireless local area network, WLAN)天線間隔離度(isolation)的問題,由於平板電腦中能夠設計的天線空間有限,為了使天線能順利的發射接收,於平板中所設計的天線必須將能量盡量的往外輻射而不會相互干擾到每個天線的運作,此隔離度問題也是值得我們進一步探討的議題。

結束上述的議題後,楊教授便將今日演講的主題帶回關於毫米波(mmWave) 的量測系統機制,由於目前於台科大所使用的量測系統之頻率上限為40GHz, 未來透過與衛普科技(WavePro) 合作將會利用原本的量測系統做更進一步的升級至90GHz, 對於日後毫米波(mmWave) 的量測能夠有更精確的規格,並且也詳細介紹了毫米波量測系統中吸波暗室(chamber)中的各項運轉機制,讓大家有更深入的了解。且對於未來產學合作毫米波(mmWave)的研究發展更是一大福音。最後楊教授也稍微介紹了其他關於RF 相關的議題:高速連接器(High Speed Connector)的應用與電波傳播(Wave Propagation)的技術做為今日的結尾。

本場傑出講座由台揚科技與台灣電磁產學聯盟合辦,邀請楊成發教授至台揚科技演講並分享楊教授與業界產學合作的多年經驗,經由楊教授詳細的介紹,相信業界的同仁不僅認識到更多RF領域中的各種技術與量測分析,也能感受到產學合作的諸多好處與成果,為本次的傑出講座做一完美的結束。
最後修改時間:2013-10-22 PM 10:54

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