深耕計畫啟動 結合學術與產業研發能量 厚植核心知識掌握發展根基

由臺大電信所執行的科技部深耕工業基礎計畫於3月28日假博理館201會議室召開計畫啟動會議，邀請廣達電腦、瑞昱半導體及台揚科技等3家合作企業，就計畫規劃發展的「多模多頻段射頻前端技術」進行深入討論，期盼加強產學合作，提升整體產業效益。

此次會議特別邀請電機資訊學院郭斯彥院長蒞臨致詞，郭院長表示，每校最多可申請4至5個深耕工業基礎計畫，電資學院就占了2個，包括電信所及電子所，這有賴院內同仁努力才能通過申請，深耕計畫的性質特別需要業界協助發展，非常感謝前來與會3家企業代表，期盼產學雙方能有良好溝通，共同為臺灣電資通訊產業進展而努力。

計畫主持人電信所吳宗霖所長於開場時先就計畫做一概況介紹。他表示，本計畫以成立「高速射頻前端技術中心」為目標，規劃自製前瞻性無線通訊系統內部的射頻前端積體電路與天線，發展所需各式射頻前端元件，整合涵蓋700-2600MHz的第四代行動通訊系統與60GHz 毫米波通訊系統，讓臺灣在通訊系統基礎技術紮根，進一步掌握國際關鍵技術專利，提升產業附加價值。

吳所長進一步說明，科技部深耕工業基礎計畫是由科技部選定具高共通性、高技術挑戰、高預期經濟影響力及潛在應用市場廣泛(三高一廣)的技術，規劃以成立基礎技術中心方式，期盼結合學術與產業研發能量，提升工業基礎技術水準，以達到「厚植核心知識，掌握發展根基」的目的。

會中安排各子計畫負責教師就研究規劃方面提出簡報，最後再進行Q&A。本計畫主要分為第四代行動通訊(4G)的射頻前端模組以及毫米波通訊技術兩大研究面向，4G研究小組進一步區分為開關、天線、雙工器及功率放大器等四大關鍵零組件研究。

首先由毛紹綱教授進行開關(Switch)方面的簡報。毛教授表示，隨著科技日新月異，不同的通訊應用如GSM、WIFI、藍芽、GPS等等，使得人們對通訊裝置的性能要求越趨嚴苛，也越來越強調部件整合的概念。對於多頻段多模態的通訊系統而言，開關的精確設計是良好系統響應的關鍵。開關的應用範圍極廣，舉凡通訊系統(2G/3G/4G/WIFI)皆包含此原件，在設計上，一般要求開關能有較低的插入損失(Insertion loss)、相異頻段間的高隔離度(Isolation)、高切換速度(Switching speed)以及低功耗(Power consumption)。

相較於業界常用的砷化鎵材料，毛教授指出本計畫希望採用CMOS製程實作，有利成本大幅降低，同時研究設計的參數表現除要能與現今業界技術匹敵外，毛教授特別強調功率消耗希望以超越業界水準為目標。

接下來由陳士元教授報告天線(Antenna)方面的研究。陳教授指出，天線設計為射頻模組最前端的原件，直接影響系統成敗。現今高速無線通訊系統的天線設計主要面臨兩大挑戰，一是天線尺寸縮小化，二是多頻段操作。以智慧型手機而言，一般即需要有四支天線支援不同應用需求，天線的重要性可見一斑。陳教授強調，此計畫希望建構一個系統性的天線設計，而非單一天線應用。

良好的手持裝置天線設計，一般要求小尺寸、低成本、高效率以及抗雜訊能力。而良好的多頻段操作能力與低SAR值也是現代天線設計的巨大挑戰。多頻段操作方面，陳教授指出，除一般規格如反射係數、體積、效率需滿足業界標準外，本計畫注重多頻段操作的可調性，低頻段為700~780 MHz，高頻段為1920~2170 MHz。

雙工器(Diplexer)部分的研究由黃定彝博士進行報告。由於現代通訊系統多頻段操作的趨勢，為了能使發射機與接收機共用天線，一個高品質的雙工器是系統中不可或缺的前端元件，黃博士指出，根據統計，在現今通訊設備中，雙工器至少占了15%以上的成本，其重要性不言而喻。本計畫專注1920~2170MHz頻段，因為這是目前世界上最通用的頻段，適用性廣泛。

黃博士表示，雙工器設計的挑戰在於微小的尺寸必須在發射機與接收機之間提供極高的隔離度，保持系統正常運作。此外，因應低功耗的趨勢，低插入損失也是必須考量的關鍵。而為了因應各種無線通訊應用，在其他的應用頻段，雙工器也必須有足夠的隔離度。欲達成如此高規格的響應，現今業界多採用表面聲波濾波器(SAW Filter)或是薄膜體聲波濾波器(FBAR)，藉由其高Q值的特性實現，但代價是成本較高。為了進一步降低成本，本次計畫採用低溫共燒陶瓷製程(LTCC)實作，目標是實現逼近商用規格的響應，同時將尺寸控制在可接受的範圍內。

接著由陳怡然教授簡報功率放大器(Power amplifier)的部分。在射頻前端模組中，PA用以將發射機的功率放大，再由天線放射出，是成本最高的零組件。現今最先進的技術多掌握在國際歐美大廠手中，因此本計畫希望藉由產學合作，為臺灣產業開發自有技術。不過陳怡然教授表示，在多頻段多模操作趨勢下，兼顧高效率、高增益、高輸出功率的PA設計更顯艱難。

陳教授舉例說，知名大廠高通(Qualcomm)花了八年時間，投入25位博士潛心研究，才研發出轟動業界的CMOS 功率放大器，其複雜度可見一斑；本計畫雖然人力有所不足，仍會以最新進的規格為目標，全力研發。

毫米波60 GHz通訊技術方面，由林坤佑教授代表報告。林教授表示，60 GHz的應用未來預計實現在3至5米的短距離通訊上，強調點對點(point-to-point)的通訊，例如非壓縮的高速影像傳輸(HDMI, DVI)，室內電子產品相互溝通等，由於此頻段的電磁波衰減速度非常快，能讓使用者得擁有高私密性，更適合個人短距離應用。

不過林教授說，60 GHz應用雖然是可見的未來，現階段研究仍處於朦朧狀態，沒有足夠清楚的輪廓顯現，因此本計畫希望著重於平板或手機上的應用，開發波束賦型(Beam Forming)的技術，達到多方向的訊號傳輸，目標是在每個區塊都能有四個不同角度的波束，並且達至現今商用規格。林教授也提到，考量製程取得的容易度，晶片主要以90奈米CMOS製程實作，基板則採用LTCC，未來若有需要，將再考慮更先進的製程。

最後雙方Q&A時間，廣達電腦謝宗瑩協理率先提問，60GHz研究方面是否考慮用有機基板而不使用LTCC基板，因為就業界經驗是有機基板在高頻的損耗較小。盧信嘉教授表示，就一般學界了解是雖然有機基板成本較低，但在高頻響應上，LTCC的損耗比較小，當然有些比較特殊的應用資料，學界較難取得，希望業界能提供給研究小組參考。

謝協理又詢問說，希望Beam Forming技術可以掃360度全方位。對此盧信嘉教授表示，因為此一設計是基於巴特勒矩陣，波束的方向是固定的，但之後可藉由調整不同方向的權重來達成連續可調的特性。

在4G研究方面，台揚科技周家鈺協理詢問，未來4G射頻元件是否會考慮整合成一個模組，毛紹綱教授回應表示，目前規劃先從元件設計著手，等到各自的特性都達到標準，再整合進IC裡，初步是先以Off-Chip的方式做射頻匹配，可能使用如0204之類的集總元件，最後才會進展到On-Chip的匹配。

瑞昱半導體凌菁偉專案經理詢問說，功率放大器是否考慮過Analog trigging，陳怡然教授回應，基本上有考慮，但是要看研發進程而定，不一定能達成。

廣達謝協理亦詢問天線設計是否考慮金屬外殼的問題，對此陳士元教授表示，基本上金屬外殼問題是case by case，會增加複雜度，如果業界有這方面的需求當然可再納入研究考量。