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二維週期結構之波導特性研究
(2000)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電子與資訊研究中心
人造電磁材料之特性分析與應用研究
(2009)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電信工程學系(所)
人造電磁材料的電磁特性是由它的週期以及單晶胞圖案而來，反倒與其組成成分沒有直接關聯。一般來說，人們藉由在主介質中嵌入特殊內容物，例如：週期性結構，來合成超穎材料。近年來，由於超穎材料(或稱人造電磁材料)不尋常且驚人的電磁波傳導特性，像是負折射現象和負群延遲現象，吸引了許多目光。即使這些不尋常的現象已經在數值上和理論上被證實，波在超穎材料中的傳導過程所隱含的物理意義仍然需要詳細的探索。在本計劃中，我們將目標放在研究如何利用人造電磁材料導引電磁波的傳導與輻射。在第一年，我們將使用Floquet-Bloch理論來探索波在人造電磁材料中傳導的基本原理。如此一來，我們在合成一個具有任意相位關係的人造電磁材料時會有很大的優勢。在第二年，我們將研究使用平面或三维人造電磁材料時，其反射主波束掃描的電磁梯度面。重點將會放在增加頻寬並解決頻率相關造成主波束掃描的問題。在第三年，我們探討將一個線波源嵌入超穎材料中所造成的波束調整特性。近來來，這樣的問題已經被深入的研究。人們提出許多方法來解釋此種超穎材料的波束調整特性，舉例來說：將超穎材料視為一個具有負介電係數及負導磁係數之均勻介質的等效介質理論。然而，當我們在解包含金屬與普遍被使用的介質材料的實際結構的馬克思威爾方程式時，理所當然，我們知道在那樣的環境下，其電能和磁能必然是正實數。在這裡，超穎材料(或稱人造電磁材料)將會被視為一個頻率選擇結構，並且我們將使用全波分析，也就是頻域分析法，來計算頻域中的感應電流。這項子計畫結合了主計畫發展高速傳收系統的目的。在本計劃中所發展的人造電磁材料將會用來當作一個控制電磁波輻射的元件，而這些電磁波是由其他子計畫發展的天線所產生的。最後但並非最不重要的一點，本計劃的其他目的是促進研究生在理論及工程上的研究，以提升他們在應用電磁學上設計之興趣。
低掠角入射海波之電磁散射分析
(2001)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電子與資訊研究中心
具線缺陷之二維週期結構局部波波模波導特性研究---理論分析與實驗驗證
(2001)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電子與資訊研究中心
寬頻微波天線饋送技術研究
(2007)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電信工程學系(所)
由於通訊系統在高速傳輸的需求下，系統頻寬逐漸走向高頻、寬頻及多頻段。對通訊系統而言，寬頻天線可以利用對數天線或是螺線天線來提升其阻抗頻寬特性，然而對於饋入網路而言，由於必須同時考慮振幅與相位的精準度，因此寬頻操作目前仍是一件困難的工作。本技術書所規劃內容主要是提出一個系統化的設計觀點來研究寬頻天線饋送網路，在計畫書的第一部份中，我們將先利用系統分析的觀點，配合嚴謹的數學分析建立基本網路架構下每ㄧ積塊之輸出入關係式，因此在串接各積塊後可以做整體之系統分析。第二部份的工作中，我們將前一部份所規劃的積塊輸出入關係式，利用等效電路來建立該模型，接著以實際之微帶線加以實現。在此部分的工作中，電路分析技術配合電磁全波分析軟體將有助於被動電路的設計工作。最後藉由電路的實際量測來修正電路的原始設計。在第三部份中，我們將研究利用與傳統傳輸線相反等效電路結構之逆傳輸線特性，並且深入探討其負群速度及寬頻操作的物理機制，由於其負群速度將可以縮小電路之尺寸，因此對於饋入網路之縮小化設計將有極大之助益。此部分的研究工作必須配合第一部份之系統規劃，以及直接應用至第二部份之被動電路設計，方可獲得相輔相成的效果。本計劃從系統觀點出發，以系統分析來制定每ㄧ被動電路方塊之規格與數學模式，配合被動電路之設計與寬頻機制之研究成果來設計寬頻之系統，此一工作將有助於培養參與計畫之學生系統化工程設計之實務經驗。
寬頻微波接取技術---子計畫五---微波電路中之電磁干擾抑制研究
(2007)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電信工程學系(所)
由於國際電磁相容法規之嚴格執行, 電磁相容問題已經變成電子電機資訊產品是否能夠輸入國際市場的一個重要因素。過去電磁相容問題多探討於個人電腦等產品主機板上，然而由於主機板上時脈信號頻率逐漸提昇，此外更因為目前無線接取技術的使用頻段也從射頻逐漸移往微波，因此發展微波頻段之電磁干擾防制技術已是刻不容緩的事。本子計畫預期將配合總計畫，發展微波電路之電磁干擾防制技術，具體而言，本子計畫將探討多層印刷電路板結構之電磁干擾源及信號完整性分析。在第一年中我們為了解決印刷式傳輸線在微波頻段因長度過長而引起之電磁輻射問題，而開發以緩波結構為基礎之印刷式傳輸線；由於緩波結構之傳波常數較自由空間中平面波之傳播常數大，因此能量將集中於介質基板中而不致於輻射，因而可以大幅解決不必要之電磁輻射問題。在第二年中，我們將研究緩波結構之電磁輻射問題，由於緩波結構大多為週期結構，因此在極高頻操作時，會有漏波現象，產生天線輻射效應。除了輻射物理機制之探討外，我們也將考慮實際情況，對於多線同時饋入產生之陣列天線方向性輻射問題作理論及實務上之研究。在第三年中，我們將探討多層板結構中，接地面與電源面之間，由於多個主動元件同時開關所造成之地彈雜訊現象，同時利用電磁晶體結構操作在禁波帶來抑制雜訊之傳播，避免在產品無法通過電磁相容測試時盲目地增加去耦合電容及電感來降低干擾，以求治本而非治標。本子計畫與其他子計畫有極為密切之合作關係，例如將可配合子計畫一研發新形式印刷式寬頻天線之微帶線結構，利用緩波微帶線來取代傳統之微帶線，進一步可以作為子計畫二設計縮小化寬頻耦合器及濾波器之用。除此之外，更可以提供計畫三晶片內縮小型連接線之設計概念。此外，子計畫四所發展之適應性時域有限差分法更可以用來驗證本計畫之理論分析及實驗結果。
寬頻微波接取技術---子計畫五：微波電路中之電磁干擾抑制研究
(2006)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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交通大學電信工程系
由於國際電磁相容法規之嚴格執行, 電磁相容問題已經變成電子電機資訊產品是否能夠輸入國際市場的一個重要因素。過去電磁相容問題多探討於個人電腦等產品主機板上，然而由於主機板上時脈信號頻率逐漸提昇，此外更因為目前無線接取技術的使用頻段也從射頻逐漸移往微波，因此發展微波頻段之電磁干擾防制技術已是刻不容緩的事。本子計畫預期將配合總計畫，發展微波電路之電磁干擾防制技術，具體而言，本子計畫將探討多層印刷電路板結構之電磁干擾源及信號完整性分析。在第一年中我們為了解決印刷式傳輸線在微波頻段因長度過長而引起之電磁輻射問題，而開發以緩波結構為基礎之印刷式傳輸線；由於緩波結構之傳波常數較自由空間中平面波之傳播常數大，因此能量將集中於介質基板中而不致於輻射，因而可以大幅解決不必要之電磁輻射問題。在第二年中，我們將研究緩波結構之電磁輻射問題，由於緩波結構大多為週期結構，因此在極高頻操作時，會有漏波現象，產生天線輻射效應。除了輻射物理機制之探討外，我們也將考慮實際情況，對於多線同時饋入產生之陣列天線方向性輻射問題作理論及實務上之研究。在第三年中，我們將探討多層板結構中，接地面與電源面之間，由於多個主動元件同時開關所造成之地彈雜訊現象，同時利用電磁晶體結構操作在禁波帶來抑制雜訊之傳播，避免在產品無法通過電磁相容測試時盲目地增加去耦合電容及電感來降低干擾，以求治本而非治標。本子計畫與其他子計畫有極為密切之合作關係，例如將可配合子計畫一研發新形式印刷式寬頻天線之微帶線結構，利用緩波微帶線來取代傳統之微帶線，進一步可以作為子計畫二設計縮小化寬頻耦合器及濾波器之用。除此之外，更可以提供計畫三晶片內縮小型連接線之設計概念。此外，子計畫四所發展之適應性時域有限差分法更可以用來驗證本計畫之理論分析及實驗結果。
寬頻微波接取技術---子計畫五：微波電路中之電磁干擾抑制研究
(2008)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電信工程學系(所)
由於國際電磁相容法規之嚴格執行, 電磁相容問題已經變成電子電機資訊產品是否能夠輸入國際市場的一個重要因素。過去電磁相容問題多探討於個人電腦等產品主機板上，然而由於主機板上時脈信號頻率逐漸提昇，此外更因為目前無線接取技術的使用頻段也從射頻逐漸移往微波，因此發展微波頻段之電磁干擾防制技術已是刻不容緩的事。本子計畫預期將配合總計畫，發展微波電路之電磁干擾防制技術，具體而言，本子計畫將探討多層印刷電路板結構之電磁干擾源及信號完整性分析。在第一年中我們為了解決印刷式傳輸線在微波頻段因長度過長而引起之電磁輻射問題，而開發以緩波結構為基礎之印刷式傳輸線；由於緩波結構之傳波常數較自由空間中平面波之傳播常數大，因此能量將集中於介質基板中而不致於輻射，因而可以大幅解決不必要之電磁輻射問題。在第二年中，我們將研究緩波結構之電磁輻射問題，由於緩波結構大多為週期結構，因此在極高頻操作時，會有漏波現象，產生天線輻射效應。除了輻射物理機制之探討外，我們也將考慮實際情況，對於多線同時饋入產生之陣列天線方向性輻射問題作理論及實務上之研究。在第三年中，我們將探討多層板結構中，接地面與電源面之間，由於多個主動元件同時開關所造成之地彈雜訊現象，同時利用電磁晶體結構操作在禁波帶來抑制雜訊之傳播，避免在產品無法通過電磁相容測試時盲目地增加去耦合電容及電感來降低干擾，以求治本而非治標。本子計畫與其他子計畫有極為密切之合作關係，例如將可配合子計畫一研發新形式印刷式寬頻天線之微帶線結構，利用緩波微帶線來取代傳統之微帶線，進一步可以作為子計畫二設計縮小化寬頻耦合器及濾波器之用。除此之外，更可以提供計畫三晶片內縮小型連接線之設計概念。此外，子計畫四所發展之適應性時域有限差分法更可以用來驗證本計畫之理論分析及實驗結果。
Ⅲ-Ⅴ族高頻通訊積體電路及覆晶系統構裝(SiP)新製程發展計畫(Ⅲ)
(2005)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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交通大學電信工程系
發展軟體無線電技術---智慧型天線系統/技術之研發---子計劃Ⅱ:低成本波束可調陣列天線之研究(I) (電信科技合作案)
(2002)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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交通大學電子與資訊研究中心
超越介質之散射與波導特性研究---理論分析與實驗驗證(II)
(2004)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電信工程學系(所)
陣列天線之研製
(2001)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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交通大學
本研究主要是提出一個新型之共面波導饋入單面單極天線，由於其寬頻、容易製作、單面印刷電路之種種優點，因此在下一代行動通訊系統之手機天線以及基地台之陣列天線設計上具相當之競爭優勢。本研究除了從理論的觀點來設計天線並且利用實驗量測來驗證其輻射特性，並針對影響該天線特性之參數做做詳細之研究。天線可以說是通訊系統的耳目，因此天線設計的好壞將影響到整體系統的性能。傳統應用於行動通訊系統中之偶極及單極天線由於結構上的突兀，整合設計較為困難，因此逐漸被平面天線所取代。平面天線之研究已有相當久遠的歷史，常見的平面天線主要是利用印刷電路板的技術來實現天線之設計，例如微帶天線與平面式偶極天線等，上述天線各有其優缺點，例如微帶天線之阻抗匹配容易，不需額外之匹配線路設計，但由於其共振腔之特性明顯，有較高之Q值，因此頻寬自然受到限制。反觀平面偶極天線，由於使用偶極天線之物理機制，因此可以達到寬頻使用的目的，然而其阻抗匹配之線路必須額外設計以期達到規格之需求。有鑑於寬頻與設計簡單之雙重需求，本研究提出平面式單極天線，此一天線是由共面波導取代傳統之同軸饋入單極天線，由於採用單面之共面波導饋入線路設計，與主動元件之結合使用容易，不需要連通孔洞之設計，因此可以避免高頻時孔洞輻射或耦合之電磁干擾現象發生。
陣列天線之研製
(2000)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學
天線是通訊系統的耳目，其設計與製作的好壞將影響到整體智慧型天線系統的性能。本子計畫主要是配合總計畫對於智慧型天線系統之天線部份進行理論分析與實體製作。在過去一年的先期研究中，我們已完成三種天線的理論分析暨軟體模擬，分別是偶極微帶天線（micro-strip dipole antenna），共面波導饋入之塊狀天線（cpw feed patch antenna）以及新型金屬偶極微帶天線（novel metal micro-strip antenna）等。並且對於上述各天線之輻射及頻寬特性皆有深入之探討。本年度中，我們將利用過去一年先期研究之成果實際製作金屬及印刷電路板偶極微帶天線，並量測其頻寬及輻射場型，同時研究抑制表面波激發之印刷電路板天線結構，藉此提高天線輻射效益，此外也將探討陣列天線不同排列下天線之耦合情形，藉以作為將來設計陣列天線之依據。
電磁干擾下金屬空腔內印刷電路之電磁耦合分析與模擬
(2004)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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國立交通大學電信工程學系(所)
電磁晶體結構中不規則色散現象之研究
(2005)
黃瑞彬
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HWANG RUEY BING
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交通大學電信工程系
本研究計畫之目標在於探討電磁晶體中之不規則色散現象，其中包含superluminal group velocity及negative group velocity等現象。這些現象近年來分別在實驗上被證實，然而在理論解釋上卻一直停滯不前。直到最近由於負折射介質(Negative-Refractive-Index medium)之研究相當熱門，國際上有些物理學家利用類似電漿效應之均勻介電常數及導磁係數函數來描述該介質，在電漿之共振頻率附近發現到negative group velocity的現象。然而此一函數為微觀(microscopic)之假設，無法利用實驗方式來確定其正確性。因此除了定性上之觀察外，在定量的研究上無法獲得證實。與目前國際上研究趨勢不同的是本研究計畫預計從基本的電磁理論出發，在Maxwell』s equations可以掌握的範圍內，配合電磁學上的邊界條件(boundary condition)，來分析有限長度之電磁晶體散射特性。進一步求得其相位速度(phase velocity)以及群速度（group velocity）。具體來說，我們將利用波模匹配法配合週期結構之弗開解(Floquet』s solution)展開週期擾動下結構中之電磁場解，配合邊介質條件來獲得週期結構與均勻介質層之間介面(interface)的輸出入關係式(input-output relation)，同時利用廣義散射矩陣(generalized scattering matrix)來定義此一嚴格之關係式，如此整體結構之輸出入關係式將可以精確的被求出來。因此，我們可以進一步利用無窮週期結構之色散關係來驗證有限長度週期結構之散射特性，特別是在不規則的色散現象，也就是本研究計畫之重點。本研究計畫預計在兩年內完成，第一年之研究重點在於處理具任意晶格單元形狀(unit cell pattern)二維電磁晶體之不規則色散現象。第二年裡，我們將深入探討一維具週期擾動下之封閉型金屬波導之不規則色散現象，特別的是我們將過去大部分僅考慮單模(single mode)操作之情形推廣至多模態(multiple modes)互相影響之情況。簡言之，本研究計畫將利用嚴格之數學理論與物理機制探討電磁晶體（或時下熱門之負折射率結構）中不規則色散現象，以期能夠獲得完整且完美的物理解釋。