Thin-Film Antenna for Wireless Communications
โดย พงศธร อรุณมิตร์
ปี 2565
บทคัดย่อ
วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอสายอากาศแบบฟิล์มบางสำหรับการสื่อสารไร้สาย โดยวัสดุฐานรองนั้นเป็นฟิล์มกรองแสงติดรถยนต์คาร์บอนสีดำ มีค่าคงตัวไดอิเล็กตริก (Ɛr) เท่ากับ 3.2 ค่าการสูญเสียแทนเจนต์ (tanδ) เท่ากับ 0.016 และความหนาของวัสดุฐานรองเท่ากับ 0.056 มม. สายอากาศถูกออกแบบด้วยโปรแกรม Computer Simulation Technology Microwave Studio (CST Microwave Studio) เพื่อให้ได้คุณลักษณะต่าง ๆ ที่ทำการวิเคราะห์ประกอบไปด้วย ค่าการสูญเสียย้อนกลับ ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ ค่าอัตราขยายของสายอากาศ แบบรูปการแผ่พลังงานระยะไกล และค่าประวิงกลุ่ม
สายอากาศ 2 พอร์ตได้ถูกออกแบบบนวัสดุฐานรองที่เป็นฟิลม์บาง โดยทำการออกแบบและวิเคราะห์โดยใช้สายนำสัญญาณแบบระนาบร่วมทั้ง 2 พอร์ต โดยมีรูปร่างสายอากาศเป็นแบบแพทช์สี่เหลี่ยม ที่มีขนาดเท่ากับ 64 x 27 มม.2 และในงานวิจัยได้พัฒนาสายอากาศเป็นแบบ 3 พอร์ต โดยเพิ่มสายอากาศแพทช์วงกลม ที่ใช้สายนำสัญญาณแบบระนาบร่วมเช่นกัน มีขนาดเท่ากับ 64 x 70 มม.2
ผลการการวัดทดสอบสายอากาศแบบฟิล์มบางแบบ2 พอร์ต มีค่าการสูญเสียย้อนกลับที่ต่ำกว่า -10 dB S11 กับ S22 อยู่ในช่วง 3 –12 GHz มีค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ต่ำกว่า 0.5 ค่าประวิงกลุ่มน้อยกว่า 1.5 ns. อัตราขยายของสายอากาศเฉลี่ย 4 dBi สำหรับสายอากาศแบบฟิล์มบางแบบ 3 พอร์ต พบว่ามีค่าการสูญเสียย้อนกลับ S11 อยู่ในช่วง 1.77 –17.39 GHz และ S22 กับ S33 อยู่ในช่วง 1.63 –17.22 GHz มีค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ต่ำกว่า 0.5 ตลอดช่วงการใช้งาน ค่าประวิงกลุ่มน้อยกว่า 1.5 ns. มีอัตราการขยายสูงสุดอยู่ที่ 5 dBi โดยสายอากาศทั้ง 2 แบบ จะมีค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านมีค่าต่ำกว่า -15 dB และมีแบบรูปการแผ่พลังงานระยะไกลแบบรอบทิศทาง จากผลการทดสอบสายอากาศสามารถไปประยุกต์ใช้กับการสื่อสารไร้สายในระบบต่าง ๆ เช่น WLAN WPAN WBAN UWB และ WiMAX
Abstract
This thesis presented the thin-film antenna for wireless communications.The substrate is a black carbon car film. The dielectric constant (Ɛr) was 3.2, the loss tangent (tanδ) was 0.016, and the thickness of the substrate was 0.056 mm.The antenna was designed by Computer Simulation Technology Microwave Studio (CST Microwave Studio) program to make the various characteristics that were analyzed, including return loss, correlation coefficient, antenna gain, far-field radiation pattern, and group delay.
The 2 ports antenna was designed on the thin film substrate. The design and analysis were performed by using the coplanar waveguide for both ports, with the rectangular-shaped patch antenna.The dimensions were 64 x 27 mm2. The 3 ports antenna was developed by adding a circular patch antenna that used a coplanar waveguide.The dimensions were equal to 64 x 70 mm2.
According to the results of the 2 ports thin film antenna, a return loss was lower than -10 dB. S11 and S22 were in the range of 3 –12 GHz, correlation coefficient was less than 0.5, and a group delay of less than 1.5 ns. The average antenna gain was 4 dBi. For the 3 ports thin film antenna, it was found that a return loss of S11 was in the range of 1.77 –17.39 GHz and S22 and S33 were in the range of 1.63 –17.22 GHz, a correlation coefficient was less than 0.5, and a group delay was less than 1.5 ns with a maximum gain of 5 dBi. Both antennas had a transmission coefficient of less than -15 dB. It had a far-field radiation pattern, an omni-directional, and bi-directional. From the test results, these antennas can be applied to wireless communications in various systems such as WLAN, WPAN, WBAN, UWB, and WiMAX.