主題一:
毫米波垂直貼片式大型相控天線陣列及Antenna in Package (AiP) 創新關鍵技術
圖一、Ka-band (32-40GHz) 8x8垂直貼片式相控天線陣列與4x4 RFIC,及其整合
本研究解決(1)高密度零組件(天線、RFIC及饋入網路)與訊號線之縮裝、(2)薄型化天線、(3)低損耗、及(4)寬頻之天線/陣列與晶片等技術挑戰,並已成功研發小尺寸與低損耗之寬頻Ka-band垂直貼片式相控天線陣列與Full Ka-band RFIC,基於天線與晶片系統級封裝之整合技術,完成8x8陣列天線的電路布局、實現與驗證,該相關研究成果並已獲得科技部2021未來科技獎。除此之外,本研究並完成Ka band垂直貼片式相控天線陣列Tx與Rx之整合,成功驗證Tx至Rx信號場強之偵測,發射端為8x16垂直貼片式相控天線陣列,而接收端為8x8垂直貼片式相控天線陣列,圖二為Tx至Rx相距7.4m信號場強之偵測情境皆進行波束切換之實例,圖三(a)與(b)為Tx至Rx間隔2m進行測量之實例,該量測成果如圖(c)與鏈路估算結果吻合。
圖二、 Tx至Rx相距7.4m信號場強之偵測情境
(a) Tx與Rx波束皆指向+30度 (b) Tx與Rx波束皆指向-30度
預期結果為-30.4 dBm實際結果分別為 -32.8 dBm與-32.9 dBm
圖三、Tx至Rx信號場強之偵測情境
(a) Tx與Rx相距8m預期結果為-30.1 dBm實際結果為 -31.8 dBm
(b) Tx與Rx相距34m預期結果為-42.7 dBm實際結果為 -43.8 dBm
(c) 模擬與量測之鏈路估算
主題二:
毫米波天線創新關鍵技術
圖一、超薄型毫米波磁電偶極雙極化寬頻天線
表一、超薄型毫米波磁電偶極雙極化寬頻1x4陣列之比較表
本研究解決傳統磁電偶極雙模態天線需介質層厚度過厚的問題,其創新特點為藉蜿蜒式via hole方法達成薄型化設計,且利用short pin在高頻處產生額外模態TM10模態以補償因薄型化所造成窄頻效應,使天線可涵蓋全Ka-頻段。該1X4陣列天線涵蓋頻寬為26-42 GHz,並與相關全球較過去研究成果具厚度(0.06 λ0 vs 0.1 λ0)、頻寬與3dB 增益頻寬領先優勢,相關成果可參見:
▶ Y. C. Chang, C. C. Hsu, M. I. Magray, H. Y. Chang and J. -H. Tarng, "A Novel Dual-Polarized Wideband and Miniaturized Low Profile Magneto-Electric Dipole Antenna Array for mmWave 5G Applications," in IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, vol. 2, pp. 326-334, 2021. (
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圖二、創新多層板3D雙曲面空腔結構增加垂直貼片天線
表二、創新多層板3D雙曲線空腔貼片天線之比較表
此天線為首創多層PCB之3D雙曲線空腔貼片天線,其創新點為(1)以3D雙曲線空腔之設計,不增加天線尺寸,仍能增加70%之頻寬,解決傳統空腔天線頻寬過窄問題;(2)借重我國PCB大廠具3D雙曲線空腔之特有製程,增加天線設計自由度,並打破以往PCB金屬面彎曲或凹陷被視為製作不良的迷思。創新多層板3D雙曲面空腔結構增加垂直貼片天線之頻寬,本技術解決傳統空腔天線頻寬涵蓋過窄問題,可有效增加70%之頻寬,該成果較過去研究成果在頻寬(22% vs 13 %)具領先優勢,相關成果可參見:
▶ N. -C. Liu and J. -H. Tarng, "Double Curved Metal in Multilayer Printed Circuit Boards for Bandwidth Enhancement of Millimeter-Wave Patch Antennas," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, pp.1-9, June 2021. (
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