การออกแบบสายอากาศรักบี้บอลขนาดเล็กและสายอากาศรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าร่วมกับการเซาะร่อง สำหรับใช้งานในย่านความถี่กว้างยิ่ง

Abstract

ปัจจุบันระบบเรดาร์ทะลุพื้นดินเริ่มเป็นที่นิยมนามาประยุกต์ใช้งานการตรวจสอบระยะใกล้หลากหลายมากขึ้น แถบความถี่ใช้งานที่รองรับระบบดังกล่าวอยู่ในช่วงความถี่กว้างยิ่ง การวิจัยและพัฒนาสายอากาศเพื่อรองรับระบบเรดาร์ทะลุพื้นดินจึงมีความจำเป็นเพราะว่าจากสายอากาศที่พบในอดีตยังไม่ครอบคลุมช่วงความถี่ประยุกต์ใช้งานตามมาตรฐานระบบเรดาร์ทะลุพื้นดิน อีกทั้งสายอากาศที่ปรากฏอยู่ยังคงมีขนาดที่ไม่เหมาะสมและมีความซับซ้อนในการออกแบบและการสร้าง วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอ การออกแบบสายอากาศที่มีการป้อนสัญญาณแบบระนาบร่วม สำหรับใช้งานในย่านความถี่กว้างยิ่ง ด้านการประยุกต์ใช้งานกับระบบเรดาร์ทะลุพื้นดิน โครงสร้างสายอากาศต้นแบบนี้ทำจากวัสดุฐานรองชนิดเอฟอาร์โฟร์ (FR-4) การออกแบบแบ่งเป็นสองส่วน คือในส่วนแรกจะเป็นการออกแบบสายอากาศรูปรักบี้บอลขนาดเล็ก และส่วนที่สองจะเป็นการออกแบบสายอากาศรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าร่วมกับเทคนิคการเซาะร่อง การวิเคราะห์เพื่อหาพารามิเตอร์ที่เหมาะสมของสายอากาศต้นแบบทั้งสองโดยใช้ระเบียบวิธีเชิงประสบการณ์ร่วมกับการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ (Computer Simulation Technology : CST) ผลจากการจำลองแบบเปรียบเทียบกับผลจากการวัดจริงของสายอากาศต้นแบบทั้งสองพบว่ามีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกัน สำหรับสายอากาศรูปรักบี้บอลขนาดเล็ก มีอิมพีแดนซ์แบนด์วิดท์เท่ากับ 3.03-14.02 GHz และมีอัตราขยายเฉลี่ยของสายอากาศเท่ากับ 4.79 dBi ส่วนสายอากาศรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ร่วมกับการเซาะร่อง มีอิมพีแดนซ์แบนด์วิดท์เท่ากับ 3.09-10.61 GHz และมีอัตราขยายเฉลี่ยเท่ากับ 3.83 dBi อีกทั้งสายอากาศต้นแบบทั้งสองมีการแผ่พลังงานในแบบรอบทิศทาง

Recently, the ground penetrating radar (GPR) has become a popular technique using for near field detection application. The application frequency band of GPR system is in ultra-wide band (UWB) frequency range. The research and development of antenna for ground penetrating radar are necessary because the bandwidth of previous antennas do not covered operation frequency range of GPR standard. In addition, the existing antenna is unsuitable size and too sophisticated to design and fabricate. This thesis presents the design of the antenna with coplanar waveguide fed for ultra wide band frequency range. The prototype antenna structure is fabricated from FR-4 material. The design of antenna structure has two parts. The first part is a small rugby ball antenna and the second part is rectangular antenna with slot etching. Both prototype antennas are designed and optimized with parameters using empirical method and Computer Simulation Technology (CST) program. The simulation results agreed very well with the measurement results of both prototype antennas. The bandwidth of small rugby ball antenna covers ultra wide band frequency with frequency range from 3.03 GHz to 14.02 GHz and the average gain is 4.79 dBi. On the other hand, the rectangular antenna with slot etching is operated within the frequency range from 3.09 GHz to 10.61 GHz with antenna average gain 3.83 dBi. Finally, the radiation patterns of both prototype antennas are omni-directional pattern.