「無線通訊天線研究中心 (Wireless Communication Antenna Research Center)」
本校中心成員：翁金輅、洪子聖、林根煌、郭志文、李杰穎等教授
研究項目：無線通訊天線及電波技術研究

1. 手持式通訊裝置天線設計研究 (翁金輅教授實驗室)
天線是影響通訊品質最重要的元件之一，綜觀目前所有行動通訊產品及其技術發展至今，無論技術怎麼進步、零組件模組如何整合、工業設計如何改變，天線設計仍然是最重要的關鍵技術之一，同時良好的高性能天線設計更是可以有效提升通訊品質。1990年起中山大學天線實驗室配合國內通訊產業發展，開始研究平面天線理論及應用設計，迄今已有19年之研究經驗，為國內在該領域之研究先驅，在中山大學所建立之天線實驗室目前也是國際上在手持式無線通訊裝置(手機、智慧型手機及筆記型電腦等)天線設計研究領域的主要領先者之一。在本計畫中，除了持續發表創新天線研究論文，提升論文影響力外，將著重於無線通訊創新天線之專利佈局與價值創造，並建立無線通訊天線專利資料庫，提供國內業界使用，增進產業競爭力。
2. 天線模擬技術及與人體影響研究 (郭志文教授實驗室)
行動通訊技術的迅速發展使得手機的應用非常普及，伴隨科技應用的便利而來的是手機使用者對於健康意識的提升，手機通訊時的電磁波遂成為大眾的隱憂。目前已知電磁波對人體之生物效應主要為加熱效應，由於生物組織對電訊號具有電阻性，會吸收電場造成溫度升高，目前是以比吸收率(SAR)作為電磁波被生物組織吸收程度之衡量標準。目前已有文獻顯示，某些手機所發射之電磁波會超過SAR之安全規範值，因此陸續有許多的研究著重於降低其SAR值。本計劃目標為在不影響手機性能的前提下，分析手機附加材質以減少SAR值。目前已知有採用金屬薄片、強磁性材料(ferrite)薄片、或應用後設性材料(metamaterial)等，在手機靠近使用者頭部方向減少電磁波強度以降低吸收量，使得SAR值符合規範。本計劃重點在於配合各種手機天線，應用自行開發之FDTD數值方法並搭配商用軟體，設計ferrite或metamaterial材質，以降低手機之SAR值。
3. 超穎材料與RFID天線研究 (林根煌教授實驗室)
超穎材料的研究主要結合天線應用，包含(1)設計具有寬頻特性的新型雙負超穎材料為天線罩，以提昇天線增益。(2)具雙極化的特性之超穎材料，對天線返回損失有很低的靈敏度，不影響天線之匹配。(3)利用單負超穎材料增進天線隔離度，實現手持裝置MIMO天線。部份成果已在研討會發表並提出多件國內外專利申請。 未來將著重於超穎材料運作機制研究，重點包含超穎材料時域分析、超穎材料對調變訊號影響探討、雙頻超穎物質研發、高增益天線罩運作機制研究、及利用不同結構參數特性的超穎材料設計具備高隔離度的多輸入多輸出天線等。 RFID相關研究主要為適用於金屬材質之RFID天線研究，包含(1)可分別調整天線實部及虛部阻抗之tag天線，(2)天線複數阻抗與RFID之量測校準技術，(3)金屬用超薄RFID天線，(4)用於堆疊金屬板環境下之RFID天線。取得成果部份已被IEEE期刊接受，國內外專利也在送審中。
4. 全無線系統封裝射頻與天線整合設計研究 (洪子聖教授實驗室)
目前在全無線系統封裝的射頻技術發展上，直接轉頻架構因具有使用元件少且整合度高之優點，廣為設計者所採用，但該架構存在難以克服的技術，分述如下：
1. 在直接升頻發射機架構下，功率放大器的輸出訊號之載波頻率與本地振盪源訊號頻率相同，但由於功率放大器輸出高功率訊號，因此會產生強度可觀的干擾訊號藉由天線及封裝基板間之耦合機制進入本地振盪源電路中，產生LO pulling現象，這會造成本地振盪源訊號頻譜純淨度之惡化，使發射機調制準確度降低並升高對鄰近通道之干擾。
2. 直接降頻接收機會遭遇二階交互調變失真與自我混頻等問題，這些現象乃源於降頻混波器隔離度不完美，使二階交互調變項饋入穿透至基頻端，另外射頻端與本地振盪源端彼此間的洩露訊號，藉由自我混頻機制使得基頻端訊號產生直流位移，若洩漏訊號經天線輻射再接收後進入混波器電路，則基頻訊號之直流位移將具有時變特性而更加難消除。
3. 在系統封裝架構下，基頻與射頻處理器所處位置相當接近而容易發生干擾現象，最常見到的是基頻訊號之諧波項干擾到本地振盪源，同樣會使本地振盪源訊號之頻譜純淨度產生惡化，降低射頻處理器調變/解調變之能力，另外基頻訊號之高階諧波項會藉由幅射機制被天線接收而影響到接收射頻訊號之靈敏度。解決以上問題需要完整考量系統封裝訊號完整性與電磁干擾，並深入研究射頻與天線之整合設計方法。
5. 主動整合式陣列天線研究 (李杰穎助理教授實驗室)
天線在通訊系統中，需要提供較大的功率以完成傳遞功能，但需要較大的空間。因此具備同樣功效且所佔空間較小的主動式陣列天線因應而生，為了獲得更佳的效果，開始有研究考慮將功率放大器配合主動式陣列天線整合，稱之為主動整合式陣列天線，本計畫將以此主題作為研究發展之方向。用主動整合式陣列天線(active integrated antenna array)，取代傳統式的天線傳輸方式，在傳輸效率、面積大小、錯誤率以及多樣性(diversity)等方面，有了長足的進步。利用樹枝狀的陣列排列方式，使各個傳輸單元可獲得足夠的增益，且利用傳輸信號之功率組合的方式，更能進一步達成傳統使用高功率放大器的效果，且降低所需提供的直流功率。 當某一單元發生傳輸問題時，不會像傳統的狀況，造成不可彌補的錯誤，並可以利用多樣性的特性，來處理所產生的問題。利用適當的連結方式，配合各種排列的可能，進一步達成所需要的結果。此外，可再利用E類、F類以及多級串接功率放大器等及特殊的傳輸線結構，更可進一步減少面積及提高傳輸效率，進而達成ㄧ有效的天線與晶片整合而成的傳輸端。 在整合的過程中，連結陣列天線與功率放大器的介面非常重要。適當的介面設計可獲得良好的匹配及輸出效果，對於頻寬、功率附加效率(PAE)及能量轉換效率(drain efficiency)會有顯著的影響，所以我們將陣列天線與功率放大器之間的介面設計做為研究的主要課題。我們採用E類及F類的功率放大器並配合適當的介面設計，將其應用在射頻通訊(radio frequency) 頻率範圍的整合，未來可進一步擴展到衛星通訊應用，是一項具有前瞻性的研究。