:::

電磁最佳化實驗室EM Optimization Lab陳晏笙研究團隊

:::

教學課程

線性代數(2023)

2023年起,陳老師開設「線性代數」、「矩陣代數與應用」等課程,致力於線性代數的應用面,盡量排除繁瑣的推導,希望讓更多學生欣賞線性代數的美學與哲學。本課程先解釋矩陣的存在意義,說明矩陣為輸入與輸出的轉換關係之一,再介紹基本名詞、重要的基本運算––矩陣乘法與高斯消去法。為了理解輸入與輸出的轉換關係,本課程進一步說明矩陣的四個向量子空間,包含他們的定義、維度、基底、正交性、逆向轉換。接著,本課程闡述行列式、特徵值與特徵向量、矩陣的乘冪與指數、頻譜分解,最終收尾於奇異值分解,以此定理「大一統」線性代數的所有內容。本課程在上述理論說明之外,還會特別介紹科學、工程的應用實例,例如迴歸分析、線性規劃、圖論與網路、主成份分析。

電路學(一)(2013−2023)

本課程的教學重心為以系統化的方法求解電路變數,使學生在解電路時能先觀察電路的全局(節點、網目、元件),而非從電阻的合併或電源的轉換來著手。此外,課程強調電容器、電感器的元件模型,並將他們電壓電流的數學式和電阻器的歐姆定律並列;如此一來,學生在解RC、RL、RLC電路時就能屏棄時間常數法,進而把這些電路和純電阻網路放於同等地位,用相同的精神列式,而不是將他們特殊化,死背時間常數的公式來解題。課程的後段為交流電的相量分析;雖然相量是交流穩態分析的速解法,但其來源仍然出自電阻器、電容器、電感器的元件模型。總而言之,電路學是一門非常連貫、只要理解基本法則就能全盤掌握的學科;本課程希望同學能夠以簡馭繁的求解電路,進而感受電路學這門學科的美感。

線上課程:https://www.youtube.com/channel/UCwzTNk6fQHAKjFJnyw6F6Xw

電路學(二)(2014−2023)

本課程為「電路學」的廣化與深化,從電路學課程的尾聲‒‒交流穩態分析出發,同學首先學習三相交流電源的電路解法,並理解三相交流電的應用情境。第二部分為雙埠網路分析,將雙埠網路參數視為戴維寧等效電路的延伸。教學重點為雙埠網路分析的三種層次:由給定電路計算網路參數、利用網路參數計算前、後級電路相連後的電路響應、設計出特定電路並使之具有指定的網路參數。第三部分為電路學裡最大一統的電路求解方法:拉普拉斯轉換。此章節強調不管電源形式為何、不管要求的電路響應為暫態解或穩態解,拉普拉斯轉換都能解出電路的完全解。緊接著,拉普拉斯轉換將衍生至轉移函數,同學將理解如何設計低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶拒濾波器。最後,當電源型式更替為週期性電源(如方波、三角波半波整流過後的弦波),本課程將講授傅立業級數,並且利用此技巧解出電路變數。

總而言之,「電路學」與「網路分析」可整合為完整的電路學教材,其核心精神為KCL、KVL、元件模型;透過結合這三者,可衍伸出最重要的求解方法:節點電壓法、網目電流法。只要理解這些內容,電路學的演進只是獨立電源的型式由直流改為交流,由交流改為三相交流,再由三相交流改為任意型式,最後再演進為週期性電源。另一方面,被動元件則是由電阻分析出發,接著考慮電容、電感、互感。理解整個課程脈絡將有助於同學提升這門學科的把握度,進而能準備國家考試、研究所招生等各種電路學的考試。

線上課程:https://www.youtube.com/channel/UCwzTNk6fQHAKjFJnyw6F6Xw

天線(2018−2023)

本課程可細分為七個部分,依序為微波通訊的系統架構及天線的定位、天線的電路參數、天線的阻抗匹配方法、天線的輻射參數、天線陣列的分析與合成、天線家族,以及其他天線的新型技術。為了使學生將學理銜接至產業,本課程搭配教務處的教卓計畫「產業導師」,邀請兩位業界講師,另闢兩週的課時指導修課同學天線實務議題。

線上課程:https://www.youtube.com/watch?v=42VW-8VFu5E&list=PL68D2uCy1WTMR9iwyjtOZcjGMom4KZEhZ

微波工程導論(2013−2015)

本課程分為五部分。第一部分為數位微波通訊系統各級元件的原理、設計規格、連結方式。身為微波領域的工程師,除了射頻模組的各級元件必須一清二楚,本課程也會介紹基頻模組(如調變器、編碼器)的工作方式,促使同學能理解通訊系統的全貌。第二部分為傳輸線理論;教學目的為不死背公式,但卻能理解傳輸線理論與低頻電路學內容的差異,進而掌握高頻電路的重要物理量。同學需理解高頻電路最重要的三大定性現象:傳輸線有元件模型、輸入阻抗將隨傳輸線長度改變而有所不同、輸入功率會因為阻抗不匹配而反射。第三部分為史密斯圖;教學重心為了解史密斯圖的本質為Γ平面,並且為了更方便的讀取阻抗值,因此史密斯圖將阻抗、導納的方程式標示在Γ平面上。第四部分為各種匹配電路的設計方法,以及它們的限制。當設計目標改變(如工作頻率的高低有別、頻寬的要求、成本都列入考量),同學能選擇最適當的方式來設計阻抗匹配網路。第五部分為S參數,解釋S參數如何綜合網路的入射電壓波、反射電壓波,成為特徵化微波網路的重要工具。

智慧型天線系統(2013−2015)

本課程分成六個章節。第一章為蜂巢式行動通訊系統的基礎概念,闡述行動通訊系統的限制與問題,如頻譜分配、各式干擾、系統容量,進而使同學理解智慧型天線是為了改善這些議題而被提出。第二章介紹智慧型天線單一單元的各項參數,例如反射損失、頻寬、增益、場型等等。第三章為天線陣列,解釋多根天線單元合併時,天線的場型會如何改變,進而學習如何改變電流的振幅、相位來達成波束成型。第四章為無線通訊的各種通道模型,並解釋定義這些通道模型的通道參數(如功率延遲剖面、色散、功率角度剖面等等)。第五章為智慧型天線系統的分類、原理、信號處理。第六章為偵測電波來向的演算法,並促使波束成型讓信號指向特定用戶。

最佳化概論(2014−2017)

本課程將介紹最佳化方法在電子、電機、微波工程的應用,其段落安排可分為三部份。第一部份是最佳化方法的基礎知識,包含了如何將問題建立成數學模型,還有講解問題複雜度、問題分類等背景知識。第二部份是遺傳演算法(evolutionary algorithms)的理論與操作,教學內容包含了基因演算法、粒子群演算法、模擬退火法、進階基因演算法等方式,除了講解它們的流程,也會列舉它們在電子與微波領域的成效。第三部份是實驗設計與分析(design and analysis of experiments),透過統計學的「佈點」與「顯著性檢定」,使用者將能以最短之時間掌握問題的反應曲面(response surface),並進而預測出最佳設計。此課程除了能幫助同學閱讀文獻,也能協助同學增進研究品質與效率。

高等電磁解析(2017)

本課程為大學部「電磁波」課程的延伸,強調無線通訊工程中常用之相關電磁波解析技巧,包括時間簡諧電磁場、物質的電性研究、高等電磁理論與原理,以及其他微波與毫米波新型技術。

感測器與轉換技術(2015)

本課程屬於國立臺北科大「最後一哩」的課程之一,目的是促進教育與產業的密切結合,協助北科學生提早做好就業前的準備。上課講師為桓達科技的業界講師,教學內容為理解各種感測器結構、特性及其工作原理、學習各種感測器之測量系統及轉換界面電路設計、學習監控系統及感測器應用設計。

大學入門與工程倫理(2016)

實務專題(2014−2021)

大學部的專題研究強調系統整合,並且利用創新的天線單元提升無線通訊的效能。學生將學習天線設計、模擬、分析、量測,並且將天線連接至RF模組與感測器,進而撰寫單晶片程式,將感測資料呈現於顯示器。歷年專題議題包含使用於智慧衣的紡織物天線、遠距離啟動手機的手環裝置、可重組式匹配網路、據16種場型變化的雙頻場型可重組式天線、智慧車聯網的新型收發機架構、應用於射頻能量擷取的整流天線陣列、RFID讀取機天線、無晶片式RFID系統、應用於立方衛星的可重組式反射陣列、以3-D材料列印機製作天線等等。詳細的研究內容呈現於「大學部專題」專區。

回頁首