The Enhancement of Bandwidth and Gain of Planar Monopole Antenna with Probe and Horn Structure Tuning Techniques
โดย วัลนพ หลักแวงมล
ปี 2561
บทคัดย่อ
วิทยานิพนธ์นี้ได้นำเสนอการพัฒนาสายอากาศโมโนโพลแบบระนาบ เพื่อรองรับการประยุกต์ใช้งานสองย่านความถี่สำหรับการสื่อสารแบบไร้สายให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ตามมาตราฐาน IEEE802.111b/g 2.45 GHz (2.4-2.48 GHz) และ IEEE802.16e 3.5 GHz (3.4-3.69 GHz) ด้วยเทคนิคการปรับจูนโพรบ และเพิ่มอัตราขยายของสายอากาศด้วยการปรับเพิ่มโครงสร้างปากแตรโครงสร้างสายอากาศถูกออกแบบและจำลองแบบโดยใช้โปรแกรม CST ร่วมกับระเบียบวิธีเชิงประสบการณ์ เพื่อหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด สายอากาศต้นแบบมีส่วนประกอบ 2 ส่วน ส่วนแรกคือโพรบรูปวงกลมที่มีการเพิ่มสตับตัวไอลักษณะแนวนอน ถูกสร้างบนแผ่นวงจรพิมพ์ FR4 ที่มีค่าคงตัวไดอิเล็กตริก ( [subscript r]) เท่ากับ 4.3 ความหนาของวัสดุฐานรอง (h) เท่ากับ 0.0764 มิลลิเมตรและความหนาของวัสดุตัวนำ (t) เท่ากับ 0.017 มิลลิเมตร ส่วนที่สองคือท่อนำคลื่นรูปวงแหวนที่เชื่อมต่อกับโครงสร้างปากแตรแบบรูปทรงกรวย ถูกสร้างบนแผ่นทองแดงที่มีความหนา (t [subscript C]) เท่ากับ 1.0 มิลลิเมตร และมีค่าความนำของวัสดุตัวนำ (Sigma) เท่ากับ 5.8´10 [superscript7] S / m
ผลการจำลองแบบและผลการทดสอบวัดของสายอากาศโมโนโพลแบบระนาบด้วยเทคนิคการปรับจูนโพรบและโครงสร้างปากแตร พบว่าสายอากาศที่นำเสนอมีผลตอบสนองความถี่เรโซแนนซ์ที่ย่านความถี่ต่ำเท่ากับ 2.47 GHz ครอบคลุมย่านความถี่ 2.36-2.49 GHz และผลตอบสนองความถี่เรโซแนนซ์ที่ย่านความถี่สูงเท่ากับ 3.49 GHz ครอบคลุมย่านความถี่ 3.13-4.18 GHz โดยอัตราขยายของสายอากาศมีค่าเท่ากับ 8.34 dBi และ 10.08 dBi ตามลำดับ สายอากาศมีแบบรูปการแผ่พลังงานแบบสองทิศทาง สามารถนำมาสร้างและประยุกต์ใช้งานได้จริง
This thesis presented the development of planar monopole antenna to support the dual band frequencies for a better performance of wireless communication according to IEEE802.111b/g 2.45 GHz (2.4-2.48 GHz) and IEEE802.16e 3.5 GHz (3.4-3.69 GHz) standard by using probe tuning technique and increasing gain by adding horn structure.
The prototype antenna was designed for a simulation by using CST program together with an experiential methodology to find out the most appropriate parameter. The prototype antenna consisted of two parts: 1) circular probe with horizontal I-shaped stubs was constructed on the PCB (FR4) with a dielectric constant ( [subscript r]) of 4.3 and a substrate thickness (h) of 0.0764 mm., a conductor material thickness (t) of 0.017 mm., and 2) annular waveguide connecting to conical horn antenna was constructed by a copper sheet with a thickness of 0.35 mm. and a conductivity (Sigma) of 5.8´10 [superscript7] S / m.
The findings of the simulation and the measurement of the planar monopole antenna with probe tuning techniques and horn structure showed that the new design of antenna had frequency response with low frequency resonance at 2.47 GHz., covered the applications frequency range of 2.36-2.49 GHz and the high frequency resonance at 3.49 GHz. It also covered the applications frequency range of 3.13-4.18 GHz while the bi-directional radiation patterns gained 8.34 dBi and 10.08 dBi, respectively. The new design could be fabricated and brought about by practical application.