การพัฒนาสายอากาศโมโนโพลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบบกะทัดรัดเพื่อประยุกต์ใช้งานย่านความถี่แถบคู่

Abstract

เนื่องจากงานวิจัยที่ผ่านมา โครงสร้างสายอากาศมีขนาดใหญ่ อัตราการขยายที่ต่ำ รองรับการใช้งานแถบความถี่เดียว แบบรูปการแผ่พลังงานไม่รองรับการใช้งานตามต้องการ และไม่สมดุล กับอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กในปัจจุบัน ผู้วิจัยจึงได้มีแนวคิดทำการพัฒนาสายอากาศโมโนโพลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าให้มีขนาดที่กะทัดรัด ด้วยเทคนิคการเซาะร่องด้วยรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าบริเวณตัวแผ่พลังงาน อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มแถบความถี่ใช้งานเป็นแบบแถบคู่ โครงสร้างของสายอากาศที่นำเสนอ ถูกออกแบบและสร้างจริง บนแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีวัสดุฐานรองชนิด FR4 ใช้หลักการวิเคราะห์ด้วยการจำลองแบบผ่านโปรแกรม Computer Simulation Technology (CST) หลักการออกแบบสายอากาศต้นแบบใช้วิธีเชิงประสบการณ์ร่วมกับการปรับจูนค่าพารามิเตอร์ที่สำคัญด้วยการจำลองแบบเพื่อให้ได้พารามิเตอร์ดังกล่าวเหมาะสมที่สุด โครงสร้างของสายอากาศที่นำเสนอ ถูกออกแบบและสร้างจริง บนแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีวัสดุฐานรองชนิด FR4 ใช้หลักการวิเคราะห์ด้วยการจำลองแบบผ่านโปรแกรม Computer Simulation Technology (CST) หลักการออกแบบสายอากาศต้นแบบใช้วิธีเชิงประสบการณ์ร่วมกับการปรับจูนค่าพารามิเตอร์ที่สำคัญด้วยการจำลองแบบเพื่อให้ได้พารามิเตอร์ดังกล่าวเหมาะสมที่สุด ผลการทดสอบพบว่า สายอากาศที่นำเสนอมีแถบความถี่ใช้งาน 2 แถบ คือ ที่ความถี่ เรโซแนนซ์ต่ำ 2.45 กิกะเฮิรตซ์ ( 2.28 - 3.11 กิกะดเฮิรตซ์) มีค่าอินพุตอิมพีแดนซ์ 47.07 – j22.83 โอห์ม และที่ความถี่เรโซแนนซ์สูง 5.2 กิกะเฮิรตซ์ (4.91 - 5.41 กิกะเฮิรตซ์) มีค่าอินพุตอิมพีแดนซ์ 53.26 + j17.94 โอห์ม มีอัตราการขยายเท่ากับ 3.79 dBi และ 5.38 dBi ตามลำดับ ในส่วนแบบรูปการแผ่พลังงานมีลักษณะเป็นแบบรอบทิศทาง

In the past, the structure of antenna was large, expansion gain was low and single band frequency was applied. Radiation pattern did not meet the requirements and could not match the present small devices. This problem led to the development of a monopole antenna with a compact model by using the grooving with a rectangular shape. A dual band frequency was also applied. The structure of the antenna was designed and fabricated on FR4 PCB. It was analyzed by CST program (Computer Simulation Technology: CST). The principle for designing an antenna prototype was taken from experience and the tuning important parameters simulated with the best optimization. The results showed that the antenna created had two frequency bands: one with a low resonance frequency of 2.45 GHz (2.28-3.11 GHz) and input impedance of 47.07 –j22.83(ohm). and the other with a high resonance frequency of 5.2 GHz ( 4.91-5.41 GHz) and input impedance of 53.26 +j17.94 (ohm). The expansion gains were 3.79 dBi and 5.38 dBi, respectively. The radiation pattern was Omni-direction.