journal of industrial technology ubon ratchathani rajabhat university · 2015. 6. 24. · vol. 5...

33 Vol. 5 No. 1 January – June 2015

Journal of Industrial Technology Ubon Ratchathani Rajabhat University

สายอากาศช�องเป�ดสองแถบความถี่สําหรับโครงข�ายท�องถิ่นไร�สาย โดยใช�วิธีผลต�างสืบเน่ืองจํากัดในโดเมนเวลา

Dual-Band Slot Antenna for WLAN Operations by using Finite Difference Time Domain Method

เทพ เกื้อทวีกุล

คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏกําแพงเพชร 69 ม.1 ต.นครชุม อ.เมือง จ.กําแพงเพชร 62000

E-mail : [email protected]

บทคัดย�อ

งานวิจัยฉบับน้ีนําเสนอการออกแบบสายอากาศช�องเป�ดสองแถบความถ่ีท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณ

แบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม (CPW) สําหรับนําไปใช งานในย�านโครงข�ายท องถ่ินไร สาย (WLAN) โดยโครงสร างของสายอากาศประกอบด วย ช�องเป�ดรูปตัวแอลกลับด านและสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วมสายอากาศน้ีใช ระเบียบวิธี FDTD ในการวิเคราะห: เพ่ือศึกษาผลกระทบจากการปรับเปลี่ยนขนาดช�องเป�ดของสายอากาศ และคุณลักษณะบางตัวของสายอากาศ ประกอบด วยค�าการสูญเสียย อนกลับ (S11) อินพุตอิมพีแดนซ: (Zin) อัตราส�วนแรงดันคลื่นน่ิง (VSWR) ความหนาแน�นและแบบรูปการแผ�พลังงานสนามระยะไกลตามลําดับ จากผลการจําลองได สองแถบความถ่ี คือ 2.46 GHz (2.1 - 2.84 GHz) และ 5.20 GHz (4.76 -5.69 GHz) ครอบคลุมตามมาตรฐานโครงข�ายท องถ่ินไร สาย IEEE 802.11a/b/g โดยมีแบบรูปการแผ�พลังงานสนามระยะไกลของสองความถ่ีเรโซแนนซ:เป\นแบบ 2 ทิศทาง คําสําคัญ : สายอากาศสองแถบความถ่ี วิธีผลต�างสืบเน่ืองจํากัดในโดเมนเวลา โครงข�ายท องถ่ินไร สาย

ป�ท่ี 5 ฉบับท่ี 1 มกราคม – มิถุนายน 2558 34

Abstract

This paper presents the study and design of slot antenna fed by coplanar waveguide

(CPW) for Wireless Local Area Network (WLAN) operations. The Geometry of the antenna

consist invert L-shaped slot antenna and coplanar waveguide feed line. This antenna is analyzed by using Finite Difference Time Domain (FDTD) method. The effect caused by vary the width of slot are studied. The characteristics of antenna are proposed and analyzed for instance return loss, input impedance, VSWR, density, far-field radiation pattern, respectively. The simulated results can be obtained the dual frequency band at 2.46 GHz (2.1-2.84 GHz) and 5.20 GHz (4.76-5.69 GHz) can coverage the bandwidths of IEEE 802.11 a/b/g WLAN standard. The far-field radiation patterns of two resonance frequencies are bi-directional.

Keywords : Dual Frequency Band, Finite Difference Time Domain (FDTD), Wireless Local

Area Network (WLAN)

1. บทนํา

เทคโนโลยีการสื่อสารไร สายได มีการพัฒนาและเติบโตข้ึนอย�างรวดเร็ว เช�น การสื่อสารดาวเทียม ระบบโทรศัพท:เคลื่อนท่ี และโครงข�ายท องถ่ินไร สาย (Wireless Local Area Network: WLAN) เป\นต น ซ่ึงใน การสื่อสารข อมูลเหล�าน้ีล วนแล ว แต�ใช ความถ่ีย�านความถ่ีไมโครเวฟในการรับ-ส�งข อมูลท้ังสิ้น โครงข�ายท องถ่ินไร สาย ปuจจุบันนับได ว�ามีการใช กันแพร�หลายเป\นอย�างมาก เน่ืองจากระบบมีความยืดหยุ�นสูงเพราะ ใช คลื่นวิทยุในการรับส�ง-ข อมูล และย�านความถ่ีสําหรับโครงข�ายท องถ่ินไร สายน้ีมีการกําหนดอยู�ภายใต มาตรฐาน IEEE 802.11b/g (2.4-2.4835 GHz) และ IEEE 802.11a (5.150-5.350 GHz) ตามลําดับ

สายอากาศนับได ว�าเป\นอุปกรณ:หน่ึงท่ีมีความสําคัญในการใช รับ-ส�งข อมูลข�าวสารซ่ึงในปuจจุบันมีความเป\นมัลติมีเดียมากข้ึน สายอากาศหน่ึงท่ีได รับความนิยมใช งานในย�านความถ่ีไมโครเวฟคือ สายอากาศแบบ ไมโครสตริป ซ่ึงเป\นสายอากาศท่ีมีขนาดเล็ก นํ้าหนักเบา ราคาถูกเมื่อเปรียบเทียบกับสายอากาศแบบอ่ืน ๆ ในหลายปyท่ีผ�านมีนักวิจัยหลายท�านได ออกแบบและพัฒนาสายอากาศไมโครสตริปสําหรับโครงข�ายท องถ่ิน ไร สาย (WLAN) ซ่ึงมีผู สนใจออกแบบและพัฒนาในหลากหลายรูปแบบ และมีรูปแบบการป�อนสัญญาณท่ีแตกต�าง ๆ กัน เช�น สายอากาศช�องเป�ดแบบวงแหวน [1] สายอากาศแบบไดโพล [2] สายอากาศแบบแพทช: [3-4] รูปสี่ เหลี่ยมผืนผ า [5-7] รูปตัววี [8] และสายอากาศช�องเป�ดรูปหกเหลี่ยม [9] เป\นต น แต�สําหรับสายอากาศท่ีกล�าวมาข างต นน้ัน ค�อนข างจะมีข อจํากัดกล�าวคือ มีแบนด:วิดท:ค�อนข างแคบ มีโครงสร างของ



สายอากาศท่ีค�อนข างซับซ อน ทําแมตช:ชิงได ค�อนข างยาก และการควบคุมแต�ละความถ่ีทําได ค�อนข างยาก ดังน้ัน เพ่ือลดข อจํากัดดังกล�าวจึงเป\นท่ีมาของงานวิจัยฉบับน้ี

ในงานวิจัยฉบับน้ีได นําเสนอการออกแบบและวิเคราะห:สายอากาศช�องเป�ดท่ีมีโครงสร างพ้ืนฐานและง�ายในการทําแมตช:อิมพีแดนซ: โครงสร างของสายอากาศ ประกอบด วย ช�องเป�ดรูปตัวแอลกลับด าน และสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม โดยใช ระเบียบวิธี FDTD มาทําการวิเคราะห:เพ่ือศึกษาคุณลักษณะของสายอากาศ ประกอบด วย ค�าการสูญเสียย อนกลับ (S11) อินพุตอิมพิแดนซ: (Zin) อัตราส�วนแรงดันคลื่นน่ิง(VSWR) ความหนาแน�น และแบบรูปการแผ�พลังงานสนามระยะไกล ตามลําดับ เพ่ือให สายอากาศน้ีสามารถรองรับกับโครงข�ายท องถ่ินไร สาย (WLAN) ซ่ึงมีการกําหนดย�านความถ่ีใช งานอยู�ภายใต มาตรฐาน IEEE 802.11a/b/g

2. โครงสร�างและการออกแบบสายอากาศช�องเป�ดท่ีป]อนด�วยสายส�งสัญญาณแบบท�อ

นําคล่ืนระนาบร�วม

รูปท่ี 1 โครงสร างสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม

จากรูปท่ี 1 แสดงโครงสร างและพารามิเตอร:ของสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม โดยมีพารามิเตอร:ดังน้ี

L คือ ความยาวของสายอากาศช�องเป�ดด านนอก C1 คือ ความยาวของสายอากาศช�องเป�ดด านใน W คือ ความกว างของสายอากาศช�องเป�ดด านบน C2 คือ ความกว างของสายอากาศช�องเป�ดด านล�าง G คือ ระยะห�างระหว�างสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม SW คือ ความกว างของสายส�งสญัญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม


การออกแบบสายอากาศในงานวิจัยฉบับน้ีเลือกใช วัสดุฐานรอง (Substrate) แบบ RT/duroid 5880

ซ่ึงมีค�าคุณสมบัติดังน้ี คือค�าคงตัวไดอิเลคตริค (ε r ) เท�ากับ 2.20 ค�า Loss tangent (tanδ ) เท�ากับ 0.0009ความหนาของวัสดุฐานรอง (h) เท�ากับ 1.575 มิลลิเมตร และค�าความนําของวัสดุตัวนําของทองแดงเท�ากับ 4.9 x 107 ซีเมนต:/เมตร ตามลําดับ

การออกแบบสายอากาศแบบช�องเป�ดจะมีพารามิเตอร:สําคัญท่ีเป\นตัวกําหนดความถ่ีเรโซแนนซ: ท่ีต องการ คือความยาวรวมท้ังหมดของวงรอบช�องเป�ด ในงานวิจัยน้ีจะทําการออกแบบสายอากาศท่ีความถ่ี 2.4 GHz โดยค�าความยาวท่ีทําการคํานวณน้ันจะมีการอ างอิงกับความยาวคลื่นสัมพัทธ: (λg

) [10-11] ของ

ความถ่ีแรก คือความถ่ี 2.4 GHz เพียงอย�างเดียวเท�าน้ัน สําหรับสมการในการคํานวณหาค�าความยาวคลื่นสัมพัทธ:จะแสดงดังสมการท่ี (1) - (3)

λ

λε

= 0g

eff

(1)

λ =0

c

f (2)

ε

ε+

≈1

2r

eff (3)

เมื่อ λg คือ ความยาวคลื่นสัมพัทธ:

λ0 คือ ความยาวคลื่นในอากาศ c คือ ความเร็วของแสง (3 x 108 เมตร/วินาที)

f คือ ความถ่ีเรโซแนนซ:ท่ีต องการ ε eff คือ ค�าคงตัวไดอิเลคตริคสัมพัทธ:ประสิทธิผล

ε r คือ ค�าคงตัวไดอิเลคตริคของวัสดุฐานรอง h คือ ความหนา (สูง) ของวัสดุฐานรอง

การจําลองสายอากาศด วยวิธีผลต�างสืบเน่ืองจํากัดในโดเมนเวลา (FDTD) [12] สิ่งท่ีสําคัญในการคํานวณเชิงตัวเลขของวิธี FDTD คือ เสถียรภาพเชิงตัวเลข การกําหนดค�าพารามิเตอร:ท่ีเหมาะสมกับการคํานวณเป\นสิ่งจําเป\นอย�างยิ่ง ซ่ึงได แก�การกําหนดขนาดของช�วงเวลา ∆t และขนาดของช�วงระยะทาง คือ ∆ ∆ ∆, ,x y z

จํานวนช�วงระยะทางท่ีสามารถครอบคลุมพ้ืนท่ีของรูปร�างท้ังหมดท่ีต องการได และจํานวนเวลาเพียงพอท่ีจะให คลื่นสามารถเดินทางผ�านเส นทางท่ีต องการได จนเสร็จสิ้น อย�างไรก็ตาม ขนาดของช�วงระยะทาง คือ∆ ∆ ∆, ,x y z ควรจะมีขนาดต่ํากว�า 1/10 ถึง 1/20 ส�วนของความยาวคลื่นท่ีใช งาน และตัวแปรท่ีสําคัญท่ีสุด

ท่ีส�งผลกระทบต�อการคํานวณ คือ ช�วงเวลา เน่ืองจากการกําหนดช�วงของเวลาท่ีไม�เหมาะสมซ่ึงอาจมากไป



หรือ น อยไป จะทําให การคํานวณขาดเสถียรภาพ ดังน้ันจึงต องมีข อกําหนดในการเลือกค�าช�วงเวลาท่ีเหมาะสมโดยมีการกําหนดเง่ือนไขความเสถียรภาพทางเวลาไว ดังน้ี

( ) ( ) ( )

∆ ≤∆ + ∆ + ∆2 2 2

max

1

1/ 1 / 1 /t

V x y z (4)

โดยท่ี maxV คือ ความเร็วในการแพร�กระจายคลื่นในขอบเขตสเปซโดยสามารถใช ค�าความเร็วแสง ได คือ c = 3 x 108 เมตร/วินาที

การออกแบบจําลองสายอากาศโดยใช วิธี FDTD ในงานวิจัยน้ีกําหนดขนาดหน่ึงหน�วยของยีเซลล: (Yee Cell) ให มีขนาดเล็กกว�าหน่ึงส�วนยี่สิบของขนาดความยาวคลื่นสัมพัทธ:ท่ีต องการ โดยการออกแบบให มีขนาดหน่ึงหน�วยยีเซลล:ในทิศทาง x คือ ∆ =x 0.1575 มิลลิเมตร และขนาดหน่ึงหน�วยยีเซลล:ในทิศทาง y

และ z เท�ากันคือ ∆ = ∆ =y z 0.3 มิลลิเมตร เพ่ือให สามารถครอบคลุมขนาดสายอากาศท้ังหมดท่ีออกแบบและเพ่ือให มีความผิดพลาดในการคํานวณน อยท่ีสุด โดยขนาดของเซลล:ท่ีใช ในการจําลองสายอากาศเท�ากับ10 x 400 x 100 เซลล:

ค�าการสูญเสียย อนกลับ (S11) เป\นพารามิเตอร:ของสายอากาศท่ีจะบอกถึงสัมประสิทธ์ิการสะท อนกลับของสัญญาณจากโหลด โดยสามารถคํานวณได ดังสมการ

[ ]γℑ =

ℑ2

11

( )

( )ref L

inc

V tS e

V t (5)

เมื่อ ℑ

เป\นฟูเรียร:ทรานฟอร:ม ( )

incV t คือ แรงดันท่ีส�งเข าไปในโครงสร าง ( )

refV t คือ แรงดันท่ีสะท อน

กลับของแต�ละพอร:ต และ L ระยะระหว�างจุดสังเกตและจุดอ างอิง และ ส�วนค�า γ สามารถคํานวณได จากγ α β= + j เมื่อ α และ

β

คือ ขนาดและเฟสระนาบอ างอิงค�าอินพุตอิมพีแดนซ: (Zin) สามารถคํานวณ

ได จาก

+=

−11

11

1

1in c

SZ Z

S (6)

เมื่อ cZ เป\นอิมพีแดนซ:คุณลักษณะของสายส�งสญัญาณ และ 11S คือ การสูญเสียย อนกลับ (Return Loss)

ของสายอากาศ


สําหรับสมการหาอัตราส�วนแรงดนัคลื่นน่ิงน้ันสามารถหาได จากสมการ

+=

−11

11

1

1

SVSWR

S (7)

3. ผลการจําลองของสายอากาศช�องเป�ด ในการออกแบบสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม อันดับแรก

จะเริ่มจากการออกแบบสายอากาศท่ีความถ่ี 2.4 GHz โดยใช สมการท่ี 1–3 มาคํานวณ ซ่ึงผลจากการคํานวณจะได ขนาดของพารามิเตอร:มีดังน้ี ความยาว L เท�ากับ 42.9 มิลลิเมตร และความกว าง (W) เท�ากับ 5.7มิลลิเมตร โดยกําหนดให ความกว างระยะระหว�างสายส�งสัญญาณ (G) เท�ากับ 3 มิลลิเมตร และช�องเป�ดท่ีเป\นสายส�งสัญญาณ (SW) เท�ากับ 0.3 มิลลิเมตร ตามลําดับ เมื่อทําการออกแบบสายอากาศท่ีความถ่ี 2.4 GHz ได แล ว จากน้ันทําการแทรกแผ�นสตริปลงในช�องเป�ดสี่เหลี่ยมผืนผ าทําให เกิดเป\นรูปตัวแอลกลับด าน เน่ืองจากเราทราบว�าถ าออกแบบท่ีความถ่ี 5.2 GHz ขนาดของสายอากาศช�องเป�ดจะลดลง ทําให มีพารามิเตอร:เพ่ิมข้ึนสองตัว คือ ความยาว (C1) และ ความกว าง (C2) หลังจากน้ันทําการศึกษาผลกระทบจากการปรับค�า พารามิเตอร:ดังกล�าวซ่ึงจะกล�าวในลําดับถัดไป

3.1 ผลกระทบของการปรับค�า C1 ในการศึกษาคุณลักษณะต�าง ๆ ของสายอากาศโดยการปรับค�าพารามิเตอร:ต�าง ๆ ในกรณีแรก คือ

การปรับความกว าง C1 โดยกําหนดค�าของ L, W, G, C2 และ SW คงท่ี เท�ากับ 46.2 มิลลิเมตร 7.5 มิลลิเมตร3 มิลลิเมตร 4.5 มิลลิเมตร และ 0.3 มิลลิเมตร และปรับค�า C1 เท�ากับ 5.4 มิลลิเมตร 6.6 มิลลิเมตร 7.5มิลลิเมตร และ 8.4 มิลลิเมตร ตามลําดับ และผลการจําลองท่ีได แสดงดังรูปท่ี 2

รูปท่ี 2 การสูญเสียย อนกลับ (S11) กรณีปรับค�า C1

C1= 5.4 mm

C1= 6.6 mm

C1= 7.5 mm

C1= 8.4 mm



จากรูปท่ี 2 ผลกระทบของการปรับค�า C1 เมื่อทําการปรับค�าความยาว C1 เพ่ิมข้ึน จะทําให ความถ่ี เรโซแนนช:ด านต่ําแย�ลง และท่ีความถ่ีด านความถ่ีสูงดีข้ึน ในทํานองเดียวกัน เมื่อปรับค�าความยาว C1 ลดลง จะทําให ความถ่ีเรโซแนนช:ด านต่ําดีข้ึน และท่ีความถ่ีด านสูงแย�ลง ซ่ึงทําให ทราบว�า การปรับพารามิเตอร:น้ีจะช�วยในการทําแมตช:อิมพีแดนซ:ท้ังด านความถ่ีสูงและความถ่ีต่ํา โดยแมตช:อิมพีแดนซ:ท่ีสองแถบความถ่ีท่ีดีสุดคือ มี C1 เท�ากับ 6.6 มิลลิเมตร

3.2 ผลกระทบของการปรับค�า C2 ในการวิเคราะห:สายอากาศแบบช�องเป�ดในห อข อน้ีจะเป\นกรณีการปรับค�า C2 โดยนําค�า C1

เท�ากับ 6.6 มิลลิเมตร มาใช ในการวิเคราะห: และกําหนดการปรับค�า C2 เท�ากับ 3.6 มิลลิเมตร 4.5 มิลลิเมตร5.4 มิลลิเมตร และ 6.6 มิลลิเมตร ตามลําดับ โดยผลการจําลองท่ีได แสดงดังรูปท่ี 3

รูปท่ี 3 การสูญเสียย อนกลับ (S11) กรณีปรับค�า C2

จากรูปท่ี 3 แสดงค�าการสูญเสียย อนกลับ (S11) กรณีปรับค�า C2 จากผลการจําลองท่ีได เมื่อรับค�า การปรับค�า C2 มากข้ึนจะทําให แมตช:ช่ิงท่ีความถ่ีด านต่ําดีข้ึน และด านความถ่ีสูงให แย�ลง และความถ่ีสูง จะเลื่อนต่ําลง ในทํานองเดียวกัน เมื่อปรับค�า C2 ลดลง จะทําให แมตช:ช่ิงท่ีความถ่ีด านต่ําแย�ลงและด านความถ่ีสูงจะดีข้ึน และความถ่ีสูงจะเลื่อนสูงข้ึน จากการวิเคราะห:ผลการจําลองเบ้ืองต น ทําให ทราบว�าการปรับค�าพารามิเตอร: C2 จะช�วยในการปรับแมตช:อิมพีแดนซ: และความถ่ีเรโซแนนซ:ท้ังด านความถ่ีต่ํา และด านความถ่ีสูง ดังน้ันจึงนําคุณสมบัติดังกล�าวมาทําการปรับปรุงเพ่ือให ได สายอากาศท่ีมีสองความถ่ีต�อไป

C2= 3.6 mm

C2= 4.5 mm

C2= 5.4 mm

C2= 6.6 mm


จากการศึกษาผลกระทบจากการปรับพารามิเตอร: C1 และ C2 ทําให ทราบถึงผลกระทบในการปรับค�าพารามิเตอร:แต�ละตัว ดังน้ันเพ่ือให ได สองแถบความถ่ีใช งานตามท่ีต องการออกแบบ จึงต องทําการ ปรับค�าพารามิเตอร:ดังกล�าวอีกเล็กน อย เพ่ือให แมตช:ช่ิงดีข้ึน โดยค�าพารามิเตอร:ท่ีให ผลดีท่ีสุดมีดังน้ี คือ L เท�ากับ 46.2 มิลลิเมตร W เท�ากับ 7.5 มิลลิเมตร C1 เท�ากับ 7.2 มิลลิเมตร และ C2 เท�ากับ 4.5 มิลลิเมตรตามลําดับ โดยผลการจําลองคุณลักษณะต�าง ๆ ของสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อ นําคลื่นระนาบร�วมแสดงในรูปท่ี 4 และตารางท่ี 1

รูปท่ี 4 คุณลักษณะของสายอากาศช�องเป�ด

จากตารางท่ี 1 แสดงคุณลักษณะต�าง ๆ ของสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อ นําคลื่นระนาบร�วม โดยผลการจําลอง ได สองความถ่ีเรโซแนนช: คือ 2.46 GHz โดยมีค�าการสูญเสียย อนกลับเท�ากับ -28.39 dB และท่ีความถ่ี 5.20 GHz มีค�าการสูญเสียย อนกลับ เท�ากับ -31.07 dB ซ่ึงผลท่ีได จาก การจําลองสามารถครอบคลุมแถบความถ่ีเป\นไปตามมาตราฐาน IEEE 802.11b/g (2.4-2.4835 GHz) และIEEE 802.11a (5.150-5.350 GHz) ตามวัตถุประสงค: ค�าอินพุตอิมพิแดนซ: (Zin) ของสายอากาศท่ี 2.46 GHzและท่ีความถ่ี 5.2 GHz ใกล เคียง 50 โอห:ม อัตราส�วนแรงดันคลื่นน่ิง จะใกล เคียงกับ 1 และมีอัตราขยายเท�ากับ 3.03 dBi และ 3.00 dBi ท่ีความถ่ี 2.46 GHz และ 5.2 GHz ตามลําดับ



ตารางท่ี 1 คุณลักษณะต�าง ๆ ของสายอากาศช�องเป�ดสองความถ่ีท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อ นําคลื่นระนาบร�วม

คุณลักษณะของสายอากาศ ความถี่เรโซแนนชa

ท่ี 2.46 GHz ความถี่เรโซแนนชa

ท่ี 5.20 GHz

S11 พารามเิตอร: -28.39 dB -31.07 dB

อัตราส�วนแรงดันคลื่นน่ิง (VSWR) 1.07 1.05

จํานวนจริงของอินพุตอิมพีแดนซ: (Zin real) 50.04 โอห:ม 48.61 โอห:ม

จํานวนจินตภาพของอินพุตอิมพีแดนซ: (Zin Imag)

3.81 โอห:ม 2.38 โอห:ม

อัตราขยาย (Gain) 3.03 dBi 3.00 dBi

แบนด:วิดท: (Bandwidth) 0.74 GHz

(2.10-2.84 GHz) 0.93 GHz

(4.76-5.69 GHz)

(ก) 2.46 GHz (ข) 5.20 GHz

รูปท่ี 5 ความหนาแน�นสนามไฟฟ�าของสายอากาศช�องเป�ด


(ก) 2.46 GHz (ข) 5.20 GHz

รูปท่ี 6 ความหนาแน�นสนามแม�เหล็กของสายอากาศช�องเป�ด

(ก) 2.46 GHz (ข) 5.20 GHz

รูปท่ี 7 ความหนาแน�นของกระแสไฟฟ�าของสายอากาศช�องเป�ด

สนามไฟฟ�าของสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วม จากผล

การจําลองแสดงในรูปท่ี 5 จะเห็นได ว�าสนามไฟฟ�าจะมีความเข มสูงท่ีบริเวณกลางของช�องเป�ดท้ังสองด านและส�วนของสายส�งจะมีค� าความเข มสนามไฟฟ�าสู งสุดเหมือนกัน ท้ังความถ่ี 2.46 GHz และ 5.2 GHz ส�วนสนามแม�เหล็กของสายอากาศรูปแบบน้ีจะมีความเข มสูงสุดท่ีบริเวณมุมทุกมุมของช�องเป�ดดังรูปท่ี 6 และความหนาแน�นของกระแสไฟฟ�าของสายอากาศช�องเป�ดจะมีความเข มสูงสุดท่ีบริเวณขอบของช�องเป�ด



ดังรูปท่ี 7 จะเห็นได ว�าความหนาแน�นของกระแสน้ันจะสัมพันธ:กับเข มสนามแม�เหล็กท้ังความถ่ี 2.46 GHz และ 5.2 GHz โดยจะมีความเข มสูงสุดท่ีบริเวณมุมทุกมุมของช�องเป�ด

จากผลการจําลองของสายอากาศแบบรูปการแผ�พลังงานสนามระยะไกลในระนาบสนามแม�เหล็ก (xy - plane) และระนาบสนามไฟฟ�า (xz - plane) แสดงในรูปท่ี 8 ซ่ึงการแผ�กระจายสนามระยะไกลระนาบของสนามไฟฟ�าเป\นแบบสองทิศทาง (bi-directional)

(ก) ระนาบสนามแม�เหล็ก ความถ่ี 2.46 GHz (ข) ระนาบสนามไฟฟ�า

(ค) ระนาบสนามแม�เหล็ก ความถ่ี 5.20 GHz (ง) ระนาบสนามไฟฟ�า

รูปท่ี 8 แบบรูปการแผ�พลังงานสนามระยะไกลของสายอากาศแบบช�องเป�ด


4. สรุปและอภิปรายผล จากการออกแบบสายอากาศช�องเป�ดท่ีป�อนด วยสายส�งสัญญาณแบบท�อนําคลื่นระนาบร�วมสําหรับ

โครงข�ายท องถ่ินไร สาย จากการศึกษาพบว�า การปรับค�าพารามิเตอร: C1 และ C2 จะช�วยในการทําแมตซ:อิมพีแดนซ:ท้ังด านความถ่ีต่ําและความถ่ีสูง นอกจากน้ัน ยังสามารถเลื่อนความถ่ีเรโซแนนช:ท่ีด านต่ํากับ ด านความถ่ีสูงได ตามต องการ จากผลการจําลองของสายอากาศได สองความถ่ีเรโซแนนช: คือ 2.46 GHz และ5.20 GHz โดยมีค�าการสูญเสียย อนกลับเท�ากับ -28.39 dB และ -31.07 dB ตามลําดับ อัตราขยายของสายอากาศ เท�ากับ 3.03 dBi ท่ีความถ่ี 2.4 GHz และ 3.00 dBi ท่ีความถ่ี 5.2 GHz แบบรูปการแผ�พลังงานสนามระยะไกลระนาบสนามไฟฟ�าเป\นแบบสองทิศทาง และมีแบนด:วิดท:ท่ีความถ่ี 2.46 GHz เท�ากับ 0.74 GHz (2.1-2.84 GHz) และความถ่ี 5.20 GHz มีแบนด:วิดท: เท�ากับ 0.93 GHz (4.76-5.69 GHz) โดย ท้ังสองแถบความถ่ีสามารถครอบคลุมแถบความถ่ีท่ีเป\นไปตามมาตราฐาน IEEE 802.11 a/b/g ดังน้ัน การออกแบบและศึกษาวิเคราะห:สายอากาศในงานวิจัยฉบับน้ีสามารถรองรับโครงข�ายท องถ่ินไร สายได นอกจากน้ัน สายอากาศรูปแบบน้ีก็ยังสามารถนําไปใช ในวัสดุฐานรองชนิดอ่ืน ๆ ได เช�นเดียวกัน แต�สิ่งสําคัญท่ีจะต องคํานึงถึง คือ ค�าคงตัวไดอิเลคตริคของวัสดุฐานรอง ( )

rε และความหนา (สูง) ของวัสดุฐานรอง (h)

เน่ืองจากพารามิเตอร:สองตัวน้ีจะมีผลต�อการคํานวณหาความถ่ีเรโซแนนซ:ท่ีต องการออกแบบ

5. เอกสารอ�างอิง [1] Xianming Q, Michael YWC. Broadband Annular Dual-slot Antenna for WLAN Applications.

IEEE AP-S Int. Symp. 2002; 2: 452-455. [2] Hua-Ming C, Jia-Mao C, Ping-Shou C, Yi-Fang L., Microstrip-fed Printed Dipole Antenna

for 2.4/5.2 GHz WLAN Operation. IEEE AP-S Int. Symp. 2004; 2: 2584-2587. [3] Anguera J, Martine E, Puente C, Borja C, Soler J. BroadBand dual-frequency microstrip

patch antenna with modified Sierpinski fractal geometry. IEEE Trans. Antennas Propag. 2004; 52: 66-73.

[4] Shun-Lai M, Jeen-Sheen R. Design of single-feed dual-frequency patch antenna for GPS and WLAN applications. IEEE Trans. Antennas Propag. 2011; 59: 3433-3436.

[5] Amjad A O, Maximilian C S, Zuhair M H, Nihad D. Design and measurement of self-matched dual-frequency coplanar waveguide-fed-slot antennas. IEEE Trans. Antennas Propag. 2007; 55: 223-226.

[6] Chulvanich C, Nakasuwan J, Songthanapitak N, Anantrasirichai N and Wakabayashi T. Design Narrow Slot Antenna for Dual Frequency. PIERS. 2007; 3: 1024-1028.



[7] Apeksha S C , Pragnesh N S , Seema M. Analysis of Dual Frequency Microstrip Antenna Using Shorting Wall, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2013; 3: 578-582.

[8] Amit K, Sachin K, Prof. P R C. Design of a Dual-Band Microstrip Patch Antenna for GPS, WiMAX and WLAN, IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSR-JECE). 2013; 6: 56-59.

[9] Sanchita B, Ashish S, Abhishek G. Dual Frequency Hexagonal Microstrip Patch Antenna, International Journal of Scientific and Research Publications. 2013; 3: 1-9.

[10] Ramesh G, Prakash B, Inder B, Apisak I. Microstrip Antenna Design Handbook. MA: Artech House; 2001.

[11] Constantine A. Balanis. Antenna Theory: Analysis and Design. Third edition. New Jersey: John Wiley & Sons; 2005.

[12] Qian, Yongxi. Itoh, Tatsuo. FDTD Analysis and Design of Microwave Circuits and antennas: Software and Applications. Tokyo: Realize; 1999.

journal of industrial technology ubon ratchathani rajabhat university · 2015. 6. 24. · vol. 5...

Documents