rf studies and facilities related to wireless...

National Taiwan University of Science and Technology

RF Studies and Facilities Related to

Wireless Communications at Taiwan Tech

Chang-Fa Yang 楊成發Distinguished Professor, Department of Electrical Engineering

Director, Wireless Communication and Electromagnetic Compatibility

Research Center 無線通訊與電磁相容技術研發中心National Taiwan University of Science and Technology

台灣科技大學 (Taiwan Tech)


楊成發

學校名稱學位起迄時間

The Ohio State University 博士 1988/4~1992/1 電機工程

The Ohio State University 碩士 1986/9~1988/3 電機工程

國立台灣大學學士 1979/9~1983/6 電機工程

專長：天線、高速連接器、電波傳播、射頻辨識／物聯網、微波電路、電磁相容

服務單位職稱專任或兼任工作性質起迄年月

國立台灣科技大學電機系副教授專任教學與研究 1992/2~1999/7

國立台灣科技大學電機系教授專任教學與研究 1999/8~2012/5

國立台灣科技大學

無線通訊與電磁相容技術研發中心主任兼任教學與研究 2005/2 迄今

國立台灣科技大學電機系副系主任兼任教學與研究 2007/8~2008/7

國立台灣科技大學電資學院副院長兼任教學與研究 2008/8~2009/7

國立台灣科技大學電機系系主任兼任教學與研究 2009/8~2012/7

國立台灣科技大學電機系特聘教授專任教學與研究 2012/6 迄今


中心RF領域老師

楊成發特聘教授

天線、高速連接器、電波傳播、物聯網、微波電路、電磁相容

馬自莊特聘教授

合成傳輸線與微小化微波電路、超寬頻天線、主動天線、射頻前端電路

曾昭雄教授

微波及毫米波積體電路、微波電路與模組

王蒼容副教授

轉接電路設計、連接電路設計

廖文照副教授

天線設計、電波傳播、雷達、電磁波理論、紅外線遙測、電磁相容

陳筱青副教授

無線通訊積體電路設計、感知無線電頻譜偵測系統設計、生醫應用電路設計

林健維業界專家

微波與毫米波量測系統

王德順副教授

(元培醫事)

無線通訊與廣播之電波傳播模擬程式發展與應用


設立目標

自92年8月獲教育部補助設立「無線通訊與電磁相容技術研發中心」以來，本中心建置了數座無反射實驗室，具有台灣各大學最為完善之天線量測設施。

這些設備可提供本校及其他單位進行相關技術和產品之研發工作，並建立緊密產學合作研發關係，以達成技術創新的目標。

促進前瞻與創新應用研究，以研發關鍵技術與培育產業界所殷切需求之人才，來提昇產學合作計畫之質與量，並且整合相關資源與人力。


發展現況

本中心已擁有相當完整之天線與微波電路量測系統，並於102年起開始分年建置毫米波量測系統，來建立可高達90GHz之完善天線與電路量測系統，期能成為產業研發升級的有力後盾。

與多家公司合作研發無線通訊天線與射頻模組，以研發前端創新應用技術與具競爭力之產品，而多項設計並已進行量產或試量產中。

協助相關業界設計高速連接器，以建立前端應用技術，來提升產品之導入時效與競爭力，而多項設計並已進行量產或試量產中。


研發項目 (1/2)

無線通訊領域：天線設計與測試物聯網技術之研究行動通訊天線設計及電波傳播特性之研究數位電視天線設計及電波傳播特性之研究射頻、微波與毫米波電路設計與測試高速連接器設計與測試無線通訊基頻訊號之分析與測試無線通訊編碼技術之研究無線通訊積體電路之設計與測試

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency=1819.6MHz

Parallel to ground

Rec

eive

d P

ower

(dB

m)

Receiving antenna moved distance (m)

Simulations

Measurements

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Mean error =4.4dB

Standard deviation =18.5dB


Measurements

Simulations

Re

ce

ive

d P

ow

er

(dB

m)

Path R3 1843MHz

基地台

新生南路

羅斯福路

辛亥路

10mm

1.6mm

3mm

http://www.nearfield.com/index.htm



研發項目 (2/2)

電磁相容領域：材料電磁屏蔽及散射特性之分析與量測電力及射頻電磁干擾實測、分析與改善印刷電路板之電磁干擾分析與測試高速連接器之電磁干擾分析與測試電磁波能量特定吸收比(SAR)之分析與改善電磁耐受性之分析與測試電力電子裝置之電磁干擾分析與測試電力電磁干擾及電力品質之分析與測試電力線通訊之傳輸特性及電磁干擾的分析與量測材料電磁結構特性之量測

N

R19

R20

R18

R17

#1#2

#3

#4

#5

#6

#8

#9

0

AM

antenna

MRT station

river

1k

m

#10

#7

#13

#11

#12

FM

antenna

無線通訊與電磁相容技術研發中心：高頻電磁相容電力電子技術研發中心：低頻電磁相容


PNA 10MHz-40GHz

PNA-X, 4-port

10MHz-26.5GHz

PNA-L 10MHz-20GHz

ENA 300kHz-8.5GHz

PSA

3Hz-44GHz

3Hz-13.2GHz

DSA8200

Digital Serial Analyzer

15ps TDR

Facilities

Digital Phosphor

Oscilloscopes (DPO)

8GHz BW, 25GS/s

http://www.tek.com/

http://www.tek.com/



http://www.tek.com/images/imagewidget/mso70000/1x-lrg.jpg

http://www.tek.com/images/imagewidget/mso70000/1x-lrg.jpg


Spherical Near-Field Antenna Measurement Anechoic Chamber

for Antenna and RFID Static Test at Taiwan Tech

3D Spherical

Near Field2D Far Field

Interior Dimensions: 7.0(L)×4.9(W)×4.6(H)m3

2.4m

3D: 430MHz-18GHz

2D: 100MHz-18GHz




Department of Electrical Engineering

Taiwan Tech NSI-255V Planar/Cylindrical Near-Field Scanner for

Pencil-Beam/Fan-Beam Antenna Performance Qualification

Scan: 1.5mx1.5m

3D: 1.7-40GHz





Agilent

PNA/ENA

Microwave

Network

Analyzer

R1 IN

B IN

PORT 1 PORT 2

Standard Beam Controller

NSI

ANTENNA RANGE CONTROLLER

NEARFIELD SYSTEMS INC.

I

O

POWER

FAUL T SAFE

BYPASS

J12 INTERL OCK

A06

A01

A02

A03

A05

A07 W02

A04

Keyboard, Video, Mouse

CA1

CA2

"W1 Source-1 Stop Sweep"

"W1 Trigger Ready"

"W2 Ext. Trigger In"

Trig Out

RS-485 In

General I/OTrig In

Au

x I/

OG

PIB

RS 232 Serial

Link @ COM1

GPIB Card

COM2/3

37PIN DIO

Parallel Output

Trigger OUT

J5

J1

J2

MON1

PC1

SBC1

ARC1

NA1 (CSP)

M1

AD1 AD2

SCU1

SCU2

TTL negtive-high edge trigger

sense thru DB-25(f) connector to

Pin 19 of AUX I/O for PNA; or thru

Pin 18 of Centronics(m) for ENA

NSI PROPRIETARYThis document contains proprietary information and except with written

permission of Nearfield Systems, Inc. such information shall not be

published or disclosed to others, or to be used for any purpose, and the

document shall not be copied in whole or in part.

W01

Customers AUT, (Rx/Tx)

M2

J3 M3

J4

Real Time

Controller

J9

NSI2000 Planar/Cylindrical

Near-field Antenna

Measurement SystemSoftware

NSI-SC-5635

Az-Stage with

Rotary Joint

MTS-100 Manual

Translation Stage

AUT Mast attached to

NSI-SC-5635 Az-Stage

A01

MEI-DSP I/O of

Series B-

Controller

LC1

J2

J1 Trigger

OUT

J3

A03

Directional

Coupler

Tx Out

AmplifierCP1

RF cabling path capable of operation

up to 40 GHz

20dB Directional Coupler

W06

AD4AD3

A02

W03

W04

W07

WR28 Probe

Antenna

A.

B.

C.

D.

Taiwan Tech NSI-255V Planar/Cylindrical Near-Field System

Using PNA Base-Line RF System for Up to 40GHz Operations

40GHz Base-Line Upgrade Solution Includes:

A. Existing Agilent PNA E836X (10MHz~40.GHz) with Direct Access

Port

B. RF Cabling Revision for up to 40 GHz RF signal inter-connction

C. Up to 40GHz operation of Directional Coupler & optional RF

amplifier purchase

D. System operation verifications





Taiwan Tech 57-90GHz/8-40GHz Spherical Far/Near Field

3D Antenna Measurement System



AUTs: Chip Antenna / mmWave Antenna with Connector

Frequency Range: 57 GHz- 90 GHz

AMS: AMS936mmSA an Upgrade Version from NTUST

System, Compatible with NSI System Control

Configuration

Transceiver Module: VDI TXRX Module pair, RX Module

Probing antenna : Diagonal horn : 25 dBi

ATU probe: DMPI GSG Probe

XYZ Probe Stage for Feeding Pin Fine Alignment per On-

Wafer

Transportable Microscope:

Chamber: 3m * 3m * 3m ; Frequency: 6GHz–110GHz

Taiwan Tech 57-90GHz/8-40GHz Spherical Far/Near Field

3D Antenna Measurement System



High Performance VDI mmWave Extender

WavePro

財團法人電信技術中心國立台灣科技大學

衛普科技股份有限公司

三方聯合實驗室

驗證4G基地台天線效能

基地台天線效能研究暨技術服務

PIM Chamber




針對VHF/UHF/微波/毫米波之天線設計、電波傳播、射頻電路、量測技術等項目進行研究，來改善無線通訊系統之效能，以滿足未來應用需求，而相關研發主題如下所列：A. 天線設計

(1) 無線通訊裝置天線設計(2) 基地台天線設計(3) 射頻前端電路設計

B. 電波傳播模擬與分析(1) 室內電波傳播特性(2) 市區電波傳播特性(3) 地形電波傳播特性

C. 量測技術(1) 天線量測(2) 電波傳播特性量測

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency=1819.6MHz

Parallel to ground

Rece

ived P

ow

er

(dB

m)


Simulations

Measurements

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Mean error =4.4dB



Measurements

Simulations

Re

ce

ive

d P

ow

er

(dB

m)

1843MHz

基地台

新生南路

羅斯福路

辛亥路

楊成發

本團隊已建立可應用於分析無線通訊與廣播電波涵蓋特性之射線追蹤電波傳播模擬軟體。



r1

q

x

z

y

O

r

Ray Tube

qDr

fD1r

1P 2P

3P4P

qqf sin/D?D

),,(1 fqrP =

),,(2 ffq D+= rP

),,(3 fqq D+= rP

),,(4 ffqq D+D+= rP

The Lin-sen subway The Xin-hai tunnel

Coordinate of each endpoint

#1 (-222, 620)

#2 (-140.5, 498)

#3 (-128.5, 476.5)

#4 (-121, 461.5)

#5 (-6.5, 140.5)

#6 (-2, 122)

#7 (0, 122)

#8 (0, 0)

#9 (3,0)

Straight wall

Straight Line(Walls)

Measurement

Route

Tunnel

Road

Tx(12, 0)

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

#8 #9

5m3m

559m

529.2m

188.4m

146.7m

671m

0m

Curved wall

Straight wall

Center1(-532.25, 265.25)

R=455.68

Curved wall

Top view

8m

6m

6.7

m

Front view

y

x

Center2(-348.81, 47.44)

R=354.74

Side view

117m 412.3m 146.7m

6.7

m

z

x

z

y

0 100 200 300 400 500 600 700-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 Simulations

Measurements

Free Space Within Tunnel

Re

ceiv

ed P

ow

er

(dB

m)

Rx Position (m)

0 100 200 300 400 500 600 700-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Freq.=1839.6MHz

Simulations

MeasurementsWithin Tunnel

Receiv

ed P

ow

er

(dB

m)

Receiving antenna moved distance(m)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency=1819.6MHz

Parallel to ground

Rec

eive

d P

ower

(dB

m)


Simulations

Measurements

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency=1819.6MHz

Vertical to ground

Rec

eive

d P

ower

(dB

m)


Simulations

Measurements

Ray Tracing Method for Curved Road Tunnels

APS2003-23-Tunnel-ntust-present.ppt



R1

R2

R3

R4

R5

020

4060

80100

120140

160180

-60

-40

-20

0

20

-150

-100

-50

050

100150

|Ef| (d

B)

Hor

izon

tal (f)

Vertical (q)

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

H-plane radiation patterns (Sector antenna)

E-plane radiation patterns (Sector antenna)

E-plane radiation patterns (Dipole)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Mean error =4.4dB



Measurements

Simulations

Re

ce

ive

d P

ow

er

(dB

m)

Reflected

Diffracted

Source

Incident

Tx

Path R3 1843MHz

基地台

新生南路

羅斯福路

辛亥路

Ray Tracing Method for Urban Areas

940-raytube-cyang.ppt



Simulations of Wave Propagation over Terrains



毫米波天線研究及傳播模式模擬與量測

A

B

*Tx

原點

台科大校園

38 GHz

200Distance (m)

Rec

eiv

ed P

ow

er (

dB

m)

38 GHz

可應用於未來5G無線通訊系統之行動裝置與基地台涵蓋規劃設計。


RFID & SensorsAntennas for Wireless Devices

RFID Static Test

RFID Reader Antenna

3 cm

1 cm

RFID Tag

NFC

L1

L2 L3 L4

W1

W2

W3

W4probe feed

y

x

z

short pin

2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

Frequency (GHz)

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

S1

1 (

dB

)

Measurement

Simulation (HFSS)

L6 L7 L8 L9

L5

W5

W6 W7

W8

W9W10

W11 W12

RF feed

y

x

z

50Ω stripline

h

εr

L

L

W1

W

CPW feed

ψ

L1

L2

L3

ΔL1

ΔL1

ΔL

ΔL

X

Y

10mm

1.6mm

3mm

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frequency=1819.6MHz

Parallel to ground

Rec

eive

d P

ower

(dB

m)


Simulations

Measurements

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Mean error =4.4dB



Measurements

Simulations

Re

ce

ive

d P

ow

er

(dB

m)

1843MHz

基地台

新生南路

羅斯福路

辛亥路

Wave Propagation

RF Studies in Wireless and IoT

High Speed Connector

塑膠本體1塑膠本體2

塑膠本體3

端子

Wireless Charging

BT SensormmWave

Antenna Range



無線傳能之天線設計-rv(cyang).pptx

Some Studies and Facilities Related to 5G at Taiwan Tech.pptx

Some Studies and Facilities Related to 5G at Taiwan Tech.pptx


敬請指教

rf studies and facilities related to wireless...

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