[[alternative]]UWB antenna design for UHF band to be applied for partial discharge detection

碩士[[abstract]]本論文研究一個長方形柱體狀的超高頻(UHF)天線之優化設計，超高頻天線在此的功用為一個局部放電檢測系統的關鍵檢測元件，此元件以0.8mm厚的FR4基板(相對介電係數為4.4)來進行分析模擬、設計與實驗驗證。 超高頻天線的優化設計乃是以一個長方形單極當作初始結構，並將其細分成多個(例如10個)細長方形的金屬strip，且以strip的長度當作待決定變數；再將天線本體的接地面加以延伸，並使其為彎曲成一個薄柱狀型的天線結構，以達到縮小化的目的。 本論文的另一目的在測試不同優化過程(基於等差田口優化法)的設計效果，包括只使用響應表的結果來進行優化，或是比較響應表的結果與直交表實驗的結果，擇優來進行優化。經過測試的經驗顯示，後者比前者可以在較少的迭代次數找到最佳的數值結果，且其獲致的|S11|max 數值也都低於期望的-10dB以下，而尺寸也會比前者方法找到的來得更小。[[abstract]]This thesis investigates the optimization design of ultra high frequency (UHF) sensing antennas of rectangular cylinder shape. The UHF antenna functioning as a sensor is a key element of a partial discharge detection system. The element is assumed to reside on an FR4 substrate (relative permittivity power factor of 4.4) of thickness 0.8mm, while its simulation, design and experimental verification are carried out. Optimal Design of the proposed UHF antenna start with a structure of rectangular monopole, which is subdivided into a plurality of (e.g., 10) rectangular thin metal strip, and the lengths of the strips serve as variables to be determined; In additions, the ground plane of the antenna is extended and bent to form an S-shape antenna structure for the purpose of downsizing. Another objective of the thesis is to test the design outcomes of different optimization procedures (based on arithmetic Taguchi’s optimization method), which includes the use of the results from response table only for optimization, or through the comparison of the above results mentioned with those results of the orthogonal table; for the latter, the better one is chosen for optimization. Empirical tests show that the latter procedure can yield better numerical results with fewer iterations than the former did; and the attainable values of S11 are lower than -10dB expected, and the antenna size is smaller, too.[[tableofcontents]]目錄 中文摘要 I 英文摘要 III 第一章序論 1 1.1 簡介 1 1.2 研究背景 1 1.3 論文架構 6 第二章 UHF超寬頻天線設計 7 2.1局部放電檢測 7 2.1.1局部放電檢測目的、意義及檢測原理 7 2.1.2局部放電檢測方法(電氣式檢測與非電氣式檢測) 9 2.1.3電氣式檢測 10 2.1.4無線電干擾電壓法 11 2.2傳統寬頻天線的演化 12 2.3超寬頻天線初始結構計算 16 2.4超寬頻天線的結構參數原理分析 20 2.5連續直交表的使用 22 2.6等差式田口優化法 25 第三章應用等差式田口優化法於天線設計 29 3.1 簡介 29 3.2以等差式田口優化法進行設計 29 3.2.1等差式田口優化法的參數設計 29 3.2.2等差式田口優化法第二階段的五代參數設計 36 3.3以改良式等差田口優化法進行設計 42 3.4以改良式等差田口優化法進行縮小尺寸設計 58 第四章結論 73 參考文獻 75   圖目錄 圖1.1應用PD測試的高電設備:電力變壓器、發電機、GIS與電力電纜 2 圖2.1(a)λ/4單極天線(b)圓錐形天線(c)火山煙狀天線之二維結構 12 圖2.2水滴狀天線之二維結構圖 13 圖2.3水滴狀天線的演化順序 14 圖2.4水滴狀天線的VSWR 之頻率響應 14 圖2.5水滴狀天線在（a）3GHz（b）6GHz（c）9GHz （d）12GHz 之輻射場型 15 圖2.6圓柱體之立體結構 16 圖2.7矩形單極微帶天線的二維結構圖 18 圖2.8UWB天線 19 圖2.9UHF頻帶的UWB天線本體 19 圖2.10類長方形柱狀單極的3D示意圖(接地面延伸後的結構) 20 圖2.11類長方形柱狀單極的俯視示意圖 21 圖2.12改良田口最佳化法流程圖 26 圖3.1天線本體結構示意圖 32 圖3.2天線接地結構延伸的示意圖 32 圖3.3第一次迭代後的反射損耗圖 33 圖3.4第二次迭代後的反射損耗圖 33 圖3.5第三次迭代後的反射損耗圖 34 圖3.6第四次迭代後的反射損耗圖 34 圖3.7第五次迭代後的反射損耗圖 35 圖3.8五次迭代實驗之反射損耗變化圖 35 圖3.9第六次迭代後的反射損耗圖 38 圖3.10第七次迭代後的反射損耗圖 38 圖3.11第八次迭代後的反射損耗圖 39 圖3.12第九次迭代後的反射損耗圖 39 圖3.13第十次迭代後的反射損耗圖 40 圖3.14第二階段的五次迭代實驗之反射損耗變化圖 40 圖3.15優化後的天線主體(前視)與延伸接地面(右圖，俯視)的結構示意圖 41 圖3.16第一次迭代後的反射損耗圖(改良式等差田口優化法) 44 圖3.17第二次迭代後的反射損耗圖(改良式等差田口優化法) 45 圖3.18第三次迭代後的反射損耗圖(改良式等差田口優化法) 45 圖3.19第四次迭代後的反射損耗圖(改良式等差田口優化法) 46 圖3.20第五次迭代後的反射損耗圖(改良式等差田口優化法) 46 圖3.21五次迭代實驗之反射損耗變化圖(改良式等差田口優化法) 47 圖3.22優化後的天線主體(前視)與延伸接地面(右圖，俯視)的結構示意圖 47 圖3.23優化後的天線結構實體圖 48 圖3.24優化後天線的實測與模擬反射損耗圖(改良式等差田口優化法) 49 圖3.25天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.3GHz) 49 圖3.26天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.4GHz) 50 圖3.27天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.5GHz) 50 圖3.28天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.6GHz) 51 圖3.29天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.7GHz) 51 圖3.30天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.8GHz) 52 圖3.31天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.9GHz) 52 圖3.32天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@1.0GHz) 53 圖3.33天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.3GHz) 53 圖3.34天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.4GHz) 54 圖3.35天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.5GHz) 54 圖3.36天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.6GHz) 55 圖3.37天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.7GHz) 55 圖3.38天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.8GHz) 56 圖3.39天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.9GHz) 56 圖3.40天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@1.0GHz) 57 圖3.41第一次迭代後的反射損耗圖(縮小化；改良式等差田口優化法) 59 圖3.42第二次迭代後的反射損耗圖(縮小化；改良式等差田口優化法) 60 圖3.43第三次迭代後的反射損耗圖(縮小化；改良式等差田口優化法) 60 圖3.44第四次迭代後的反射損耗圖(縮小化；改良式等差田口優化法) 61 圖3.45第五次迭代後的反射損耗圖(縮小化；改良式等差田口優化法) 61 圖3.46五次迭代實驗之反射損耗變化圖(縮小化；改良式等差田口優化法) 62 圖3.47優化後的天線主體(前視)與延伸接地面(右圖，俯視)的結構示意圖[縮小化] 62 圖3.48優化後的天線結構實體圖 63 圖3.49優化天線的實測與模擬反射損耗圖 64 圖3.50天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.3GHz) 64 圖3.51天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.4GHz) 65 圖3.52天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.5GHz) 65 圖3.53天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.6GHz) 66 圖3.54天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.7GHz) 66 圖3.55天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.8GHz) 67 圖3.56天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.9GHz) 67 圖3.57天線E-plane(Y-Z平面)的輻射場型模擬結果(@1.0GHz) 68 圖3.58天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.3GHz) 68 圖3.59天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.4GHz) 69 圖3.60天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.5GHz) 69 圖3.61天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.6GHz) 70 圖3.62天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.7GHz) 70 圖3.63天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.8GHz) 71 圖3.64天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@0.9GHz) 71 圖3.65天線H-plane(X-Z平面)的輻射場型模擬結果(@1.0GHz) 72 表目錄 表2.1直交表OA(27, 10, 3, 2) 24 表3.1優化後的結構參數尺寸 41 表3.2優化後的結構參數尺寸(改良式等差田口優化法) 48 表3.3優化後的結構參數尺寸(縮小化；改良式等差田口優化法)63[[note]]學號: 603440230, 學年度: 10

Ab initio Study of the Hydrogen and Ammonia Molecule on ZnO Surfaces

本研究係以第一原理(First-principles)計算氫分子(H2)以及氨分子(NH3)對ZnO表面能的影響。首先建立四組表面結構，分別為Zn-terminated ZnO(0001)、O-terminated ZnO(0001)、ZnO(2-1-10)及ZnO(10-10)表面之ZnO原子模型。當氫分子作用於上述表面結構，計算結果顯示僅有O-terminated ZnO(0001)表面結構會使氫分子分解產生2個H原子，且在O-rich和H-rich限制條件下會鍵結成水分子產生負表面能，其餘表面皆不會與氫分子反應。此外，我們進一步探討氨分子與Zn-terminated ZnO(0001)、O-terminated ZnO(0001)二組ZnO極性表面結構之影響，在氨分子作用下，結果顯示氨分子會直接完整的吸附在Zn-terminated ZnO(0001)表面上的Zn原子上，僅在O-terminated ZnO(0001)表面結構會使氨分子分解產生4個H原子，並在ZnO表面之氧原子形成水分子，並且產生負表面能。綜上所述，O-terminated ZnO(0001)表面不管在氫分子或者氨分子氣相下，表面均為負表面能， O-terminated ZnO(0001)為ZnO表面中在氫分子或氨分子環境下較為穩定的表面。We conducted first-principles total-energy density functional calculations to study the interaction of H2 and NH3 on ZnO surfaces. Four surface models such as Zn-terminated (0001)-, O-terminated (0001)-, (10-10)-, and (2-1-10)-oriented ZnO planes in the presence of H2 and NH3 are evaluated. The result shows that only surfaces complying with O-terminated (0001)-oriented ZnO models exhibit active sites for the dissociation of H2, which in turn enables the formation of water due to the dissociative chemisorption of 2H on the surface oxygen atoms of ZnO surfaces. The surface energy of O-terminated ZnO(0001) surface in the presence of water is found to be a negative energy of −0.01 eV under the O-rich and H-rich condition. In addition, We made NH3 to locate at varied positions on Zn-terminated and O-terminated ZnO(0001) surfaces. To our calculations for these models, molecules adsorb onto Zn-terminated ZnO(0001) surfaces. But only the O-terminated ZnO(0001) surfaces allow NH3 molecules to dissociate to get H atoms, leading to the formation of the H2O molecules on surfaces. The surface energy in the presence of water was negative energy of −0.06 eV in both the O-rich and H-rich conditions. We concluded that H2 and NH3 molecules can make O-terminated ZnO(0001) surface relatively stable.致謝 i 摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vi 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 論文架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 ZnO薄膜的介紹 3 2.2 ZnO表面在氫氣環境下特性介紹 3 2.3 ZnO表面在氨氣環境下特性介紹 4 2.4 表面能相關研究之文獻回顧 5 第三章 計算方法 7 3.1 前言 7 3.2 Born-Oppenheimer approximation 8 3.3 Hohenberg-Kohn Theorem 8 3.4 Kohn-Sham Equation 9 3.5 局域密度近似法 11 3.6 廣義梯度近似法 12 3.7膺勢 13 3.8表面能公式 13 3.9吸附理論 14 第四章 氫分子對ZnO表面的影響 17 4.1 前言 17 4.2 模型建構 18 4.3 氫分子在ZnO表面之表面能計算及分析 19 4.4 結論 20 第五章 氨分子對ZnO極性表面的影響 34 5.1 前言 34 5.2 模型建構 35 5.3 氨分子在ZnO表面之表面能計算及分析 37 5.4 結論 41 第六章 結論 52 參考文獻 5

Constraining f(R) Gravity via Structure Formation of the Universe

我們研究f(R)重力理論，一個替代暗能量去解釋晚期宇宙加速膨脹的理論，這之下的宇宙微擾演化，。使用GR 當作計算f(R)重力下的宇宙微擾的早期近似是一個常規的方法，對於晚期宇宙，則使用辻川(稱作Tsu)提出的近似方程去計算物質密度微擾。用GR 加上Tsu 去計算物質密度微擾及物質功率譜是常規的方法。在這篇論文中我們提出一個新的近似，「雙重微擾」(稱作DP)，去計算早期宇宙微擾，而在晚期，我們使用Tsu。對不同的f(R)設計者模型和不同傅立葉模式下，我們研究其在方法I(GR 加上Tsu)和方法II(DP 加上Tsu)之間物質密度微擾與物質功率譜之差異。我們發現早期f(R)重力的重力修正效應或許不可忽略。因此，我們的近似可以改善常規的方法。We investigate the evolution of the cosmological perturbations in f(R) gravity, an alternative to dark energy for explaining the late-time cosmic acceleration. It is conventional to use GR as the approximation to calculate cosmological perturbations in f(R) gravity at early times. For the late-time universe, it is to use the approximate formula proposed by Tsujikawa (termed Tsu) to calculate the matter density perturbation. The method with GR and Tsu is conventional to calculate the matter density perturbation and the matter power spectrum. In this thesis we propose a new approach, “double perturbation” (DP), to calculate cosmological perturbations at early times. For the late times, we use Tsu. For different designer f(R) models, we study the difference between Method I (GR+Tsu) and Method II (DP+Tsu) in matter density perturbations and matter power spectra for different Fourier modes. For the shorter-wavelength Fourier modes we find that the effect of the gravity modification at early times in f(R) gravity may not be negligible. We conclude that to be self-consistent, in the f(R) theory one should employ the approximation presented in this thesis instead of that of GR in the treatment of the early-time evolution

FPGA Implementation of Low Complexity Scheme for STBC-OFDM System

[[abstract]]空時區塊編碼(Space Time Block Code, STBC)被廣泛的應用在提高無線通訊系統的性能，是空間多樣(Spatial Diversity)中一個廣受矚目的技術。STBC結合正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)無線通訊系統，使STBC可以有效地應用在更實際的無線通訊的環境，但此系統必須搭配多個反快速傅立葉轉換(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)與快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transforms, FFT)電路做運算，其複雜度會隨著天線與子載波個數增長，增加了系統的計算負擔與成本。因此本論文提出一個只需單一IFFT/ FFT的低複雜度架構，使IFFT/FFT電路的個數不會隨著傳送與接收天線的個數增加而增加，因而能夠減少硬體複雜度。本論文以可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)實現電路以驗證此一低複雜度架構的系統，結果顯示所提出的設計架構在硬體消耗上有顯著的下降，在傳送與接收天線各為兩根的情況與其他架構進行比較， FPGA晶片中所使用的總邏輯元件與總暫存器可以節省約48%，總記憶體使用量減少約20%，乘法器則減少50%。[[abstract]]Space-time block codes (STBC) are considered as one of the prominent technologies for spatial diversity, which is widely used to improve wireless communication system performance. A multiple input multiple output (MIMO) wireless system benefits well from the combined technology of OFDM and STBC. However, an OFDM system with STBC needs multiple inverse fast Fourier transform (IFFT) / fast Fourier transforms (FFT) and subsequently poses an adverse effect on system computational load as the number of antennas and sub-carriers grows. Therefore, in this thesis we employ a low complexity scheme with single IFFT/FFT for STBC-OFDM system. An implementation of multiple transceivers on field programmable gate array (FPGA) has shown that the hardware complexity is significantly reduced without any adverse effects on system performance. In the case of two transmitters and two receivers, the number of logic elements and registers are reduced by about 48%, the memory and the number of multipliers is reduced by about 20% and 50%, respectively.[[note]]碩

網路資訊系統應用與行動運算 APP開發之研究-以圖書館APP為例

[[abstract]]由於學校是學習知識的主要地方，每一個大專院校都會設置圖書館及購置大量的圖書，所以為了讓學生更方便的閱讀搜尋圖書館的書，以便讓學生在課餘時間來閱讀。隨著資訊科技的進步，無線網路及行動載具的普及，目前大部分學生都已經習慣利用手機或平版電腦來閱讀，但是，目前大部分的傳統圖書館卻沒有提供「電子書」讓學生可以利用手機來進行「行動閱讀」的機制。有鑑於此，在本論文中，將開發一套可以讓學生利用「手機」來進行「行動閱讀及學習」的行動圖書館之管理系統APP，並將現有的教學資源進行「整合再運用」，以便讓更多學習者得以分享

arduino4機械手臂

[[abstract]]本專題以 Arduino UNO 主板為控制器結合藍牙，並以手機app來控制驅動伺服馬達，進而操作機械手臂的運動，包括旋轉、伸縮、升降與夾取的動作。其中還包含機械手臂的組裝、控制程式的撰寫與修改

Google 趨勢關鍵字與個股月營收表現之關聯性-以電子業、食品業與線上遊戲產業為例

[[abstract]]本研究匯總2015/5~2018/3間，3個產業、15家公司的月營收資料與關鍵字搜尋月資料。嘗試利用前後期月營收資料宣告之交互作用，探討Google Trends中的搜尋關鍵字與電子業、食品業、線上遊戲的月營收資料之間的關聯性，利用網路搜尋量與月營收資料、股價報酬率繪製趨試圖，進行三變數間相關程度的主觀判斷。再利用相關性分析，進行統計檢定，以月營收發布區分好壞消息，檢視好壞消息公司之間，Google Trends搜尋關鍵字與股價報酬率的關聯性是否有所差異。 結果顯示： 1.電子業宏碁與宏達電有著關聯性。遊戲業波動比較有關聯。食品業由於食安風暴搜尋度都略高，月營收與報酬率波動沒有太大的起伏。 2.15家公司兩兩變數間之相關係數。電子業宏碁呈現中度正相關。遊戲業歐買尬與橘子呈現正相關。味王接近中度正相關，而愛之味呈現中度負相關。 3.區分好消息與壞消息，進行Google Trends與股價報酬率的相關係數檢測，探討出好消息跟壞消息分別對Google Trends與股價報酬率有甚麼影響

專線遠端遙控障礙監測架構

[[abstract]]一種專線遠端遙控障礙監測架構，係採用手機作為遠端測試平台，並利用目前所有行動電話都具備之簡訊傳送功能作為操作介面，障礙查修人員可利用個人所配備之手機傳送障礙查測功能至本系統，系統依照使用者所要求之查測項目，取出專線資料進行自動測試流程，最後並以簡訊回傳查測結果至查修人員手機。提供障礙查修人員迅速找出障礙點以排除障礙