การศึกษาการปรับโครงสร้างสายอากาศแบบระนาบเพื่อประยุกต์ใช้งานการสื่อสารไร้สาย

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ ได้ศึกษาโครงสร้างสายอากาศแบบระนาบ 2 รูปแบบคือ สายอากาศช่องเปิดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเซาะร่องรูปตัวทีและสายอากาศโมโนโพลเซาะร่องขั้นบันได เนื่องจากงานวิจัยที่ผ่านมาสายอากาศแบบระนาบ มีการตอบสนองค่าอิมพีแดนซ์แบนด์วิดท์ไม่ครอบคลุมตามมาตรฐานที่ต้องการ และบางกรณีสายอากาศมีขนาดโครงสร้างใหญ่ งานวิจัยนี้จึงได้มีแนวคิดเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวโดยได้ศึกษาและออกแบบสายอากาศต้นแบบขึ้นมา 2 ชนิด คือสายอากาศช่องเปิดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเซาะร่องรูปตัวทีและสายอากาศโมโนโพลเซาะร่องขั้นบันไดที่มีการเพิ่มสตับรูปครึ่งวงกลมคู่ที่ระนาบสร้างเงาโดยใช้เทคนิคการปรับรูปร่างและการเซาะร่องที่โครงสร้างของตัวสายอากาศ ในส่วนการวิเคราะห์ใช้ระเบียบวิธีเชิงประสบการณ์(Empirical Method) ร่วมกับการจำลองแบบ (Simulation) ด้วยโปรแกรม CST เพื่อหาพารามิเตอร์ที่เหมาะสมของสายอากาศและการปรับแมตช์อิมพีแดนซ์ให้ครอบคลุมตามมาตรฐานที่ต้องการ ขั้นตอนแรกทำการออกแบบสายอากาศช่องเปิดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเซาะร่องรูปตัวที ซึ่งมีขนาดเท่ากับ 40 ×40 ตารางมิลลิเมตร แบนด์วิดท์มีค่าเท่ากับ 4.94 GHz (1.42 - 6.36 GHz) และสายอากาศโมโนโพลเซาะร่องขั้นบันไดโดยเพิ่มสตับรูปครึ่งวงกลมคู่ที่ระนาบสร้างเงาตัวสายอากาศมีขนาดเท่ากับ 30 × 30 ตารางมิลลิเมตรและพบว่าค่าแบนด์วิดท์มีค่าเท่ากับ 7.54 GHz (3.10 - 10.64 GHz) ผลการวัดจริงของสายอากาศทั้ง 2 แบบ พบว่าสายอากาศช่องเปิดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเซาะร่องรูปตัวทีจากการใช้เทคนิคดังกล่าวนั้น ส่งผลให้ค่าอิมพีแดนซ์แบนด์วิดท์กว้างร้อยละ 126.99 มีค่าอัตราขยายเฉลี่ยตลอดย่าน 3.32 dBi และสายอากาศโมโนโพลเซาะร่องขั้นบันไดมีค่าอิมพีแดนซ์แบนด์วิดท์กว้างร้อยละ 109.75 มีค่าอัตราขยายเฉลี่ยตลอดย่าน 4.93 dBi

This thesis studied structure tuning of planar antenna in two prototypes i.e. T-shaped slot in rectangular antenna and stepped etching slot with half-circle stub on ground plane monopole antenna. Since in previous the planar antennas are not response to the required standard and some cases its structure is bulky. This research was conducted to overcome mentioned challenges. Two prototype antennas were studied and designed for this purposed i.e. T-shaped slot in rectangular antenna and stepped etching slot with half-circle stub on ground plane monopole antenna by using shape tuning on structure and etching slot technique. For analysis method, the empirical method was used together with the simulation by using CST program to find out the optimized parameters of antennas and to match the impedance to cover the required standard. T-shaped slot in rectangular antenna was fabricated on dimension of 40 ×40 mm2 with bandwidth of 4.94 GHz (1.42-6.36 GHz) and stepped etching slot with half-circle stub on ground plane monopole antenna, dimension of 30 ×30 mm2 with bandwidth of 7.54 GHz (3.10-10.64 GHz). The measurement results of both antennas found that the T-shaped slot in rectangular antenna can response the bandwidth at 126.99%. The average antenna gain is 3.32 dBi. The stepped etching slot with half-circle stub on ground plane monopole antenna can response the bandwidth at 109.75%. The average antenna gain is 4.93 dBi.