課程模組9.5G毫米波天線設計課程模組

教材模組名稱5G毫米波天線設計課程模組
教學目標●以模組化的架構建構5G無線通訊實行的關鍵技術之一:毫米波天線的設計、製作與驗測。開發產業應用發展所需要的課程模組,該課程技術內涵可應用於行動通訊、物聯網、車聯網、無線生醫、國防科技等產業。
●以天線設計的實際流程為主軸,讓學生循序漸進的瞭解毫米波天線特性,熟悉基礎的天線形式與架構、嘗試進行天線設計與模擬驗證、進而導入實作與實測驗證。而透過課程內容規劃,也可讓學生理解毫米波天線與傳統定義的行動裝置天線間的區別,與達成支援5G毫米波電磁傳播所需要的天線特性。
●導入產業的實務經驗,各模組課程除了由課程內容發展的教授提供理論部分的教授,也希望由產業講師擔任相當部份的授課工作,使教學活動能夠兼顧學理發展與實務經驗的傳承。
●補足現有天線產業人才對於毫米波天線開發的有限經驗,藉由課程內容的引導可以由淺入深,建立毫米波天線設計的能量與經驗,培養產業急需的人才。
課程大綱子模組ㄧ課程:高指向性天線形式介紹
  本單元回顧指向性天線技術及天線增益提升的學理基礎,進而說明高指向天線可以用較高的增益克服毫米波頻段顯著的傳播損失,強化無線通訊通道的品質。
子模組ㄧ實驗單元:毫米波頻段漏波天線模擬實驗
  本項實驗使用商用電磁模擬軟體,就毫米波頻段的漏波天線進行設計與電磁模擬驗證。該單元設計的週期性漏波天線利用週期性結構達成行波效果,可兼顧頻寬與指向性。
 
子模組二課程:行動終端毫米波陣列天線設計
  本單元說明陣列天線技術以較大的天線孔徑達到增益提升的學理基礎,並介紹適用於5G通訊裝置的陣列天線形式及其波束特性。天線特性可重置技術: 可重置天線是因應5G終端對天線使用頻段與場型特性的多樣化需求的有效對治手段之一,本單元就針對行動終端環境與動態改變天線輻射區域的天線設計實例,介紹特性可重置與多天線解耦合等技術。
子模組二實驗單元:毫米波頻段陣列天線模擬實驗
  本項實驗使用商用電磁模擬軟體,就典型的陣列天線形式,如微帶天線陣列與八木天線陣列進行設計與電磁模擬驗證。可模擬天線陣列波束成型效果,觀察改變單元天線饋入相位所造成之波束偏轉效果。
 
子模組三課程:毫米波傳播特性
  本單元從5G行動通訊應用與系統架構開始說明,並介紹Sub 6 GHz微波與24 GHz以上毫米波在空間傳播的基本差異,及其所造成的不同天線傳輸需求,以及毫米波傳播特性對接取點網路布建所造成的影響。
子模組三實驗單元:毫米波頻段高指向天線製作實驗
  考量毫米波頻段陣列天線製作精度要求極高,本項實驗將以單一高指向性八木天線為製作標的,透過電路板蝕刻設備製備先前實驗單元所設計的天線,並量測天線匹配特性。
 
子模組四課程:波束切換陣列天線
  毫米波天線因高增益效能需求,單一波束的涵蓋變小,為了達到大範圍涵蓋,是以多採取波束切換形式,本單元說明波束成形陣列天線理論,以及與製程整合的陣列天線設計。
子模組四實驗單元:毫米波頻段高指向天線場型量測實驗
  本項實驗使用臺科大或示範教學實驗室建置的電波暗室,量測先前實驗單元所製作的天線的場型特性,並比較量測結果與模擬的差異,分析誤差來源。
 
可分享教材模組內容說明本課程“5G終端天線設計與射頻”共含四個課程單元與四個實驗單元,提供課堂課程投影片與word電子檔之實作教材,以利教材推廣。
授課教材投影片258頁,實驗手冊共4組(102頁)。
單元一:高指向性天線形式介紹(108頁)。
單元二:行動終端毫米波陣列天線設計(61頁)。
單元三:毫米波傳播特性(33頁)。
單元四:波束切換陣列天線(56頁)。
實驗一:毫米波頻段漏波天線模擬實驗(29頁)。
實驗二:毫米波頻段天線陣列模擬實作(28頁)。
實驗三:毫米波頻段高指向天線製作實驗(27頁)。
實驗四:毫米波頻段高指向天線場型量測實驗(18頁)。
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。
●軟體經費需求:整體軟體以Ansys 軟體租用,每年約10~20萬元。
電磁模擬用電腦可使用學校現有電腦教室。
聯盟/示範教學實驗室可提供之訓練與技術支援

(含實驗示範影片)
●示範教學實驗室及聯盟網址:
1.示範教學實驗室: http://mobilerf.ntust.edu.tw/demonstrationteaching-laboratory
2.行動通訊電路設計聯盟: http://mobilerf.ntust.edu.tw/
●   種子教師培訓工作坊:20 人/場,共2 場。
●   實驗示範教學影片。
●   可分享資源與示範教學實驗室運作制度。
●  可提供之訓練:
1.遠端登入學習實驗環境的設定與操作。
2.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:
1.課程規劃主持人可到種子學校進行示範教學。
2.可派遣技術人員到種子學校進行安裝設定的指導。
聯絡窗口負責教師:臺灣科技大學 廖文照教授 /E-mail:wjliao@mail.ntust.edu.tw
專責助理:宋德賢           / E-mail:eason123231456@gmail.com
聯絡電話:0900046293