การออกแบบสายอากาศแบบปรับ...

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

ปการศกษา 2558

นายไพศาล ทมมาศ

การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

A FREQUENCY RECONFIGURABLE ANTENNA

DESIGN FOR ULTRA WIDEBAND

APPLICATIONS

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the

Degree of Master of Engineering in Telecommunication Engineering

Suranaree University of Technology

Academic Year 2015

Paisan Tummas

การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญามหาบณฑต

คณะกรรมการสอบวทยานพนธ (ผศ. ดร.ชตมา พรหมมาก) ประธานกรรมการ (ผศ. ดร.ปยาภรณ มสวสด) กรรมการ (อาจารยทปรกษาวทยานพนธ) (รศ. ดร.พระพงษ อฑารสกล) กรรมการ

(ศ. ดร.ชกจ ลมปจ านงค) (รศ. ร.อ. ดร.กนตธร ช านประศาสน) รองอธการบดฝายวชาการและนวตกรรม คณบดส านกวชาวศวกรรมศาสตร

ไพศาล ทมมาศ : การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด (A FREQUENCY RECONFIGURABLE ANTENNA DESIGN FOR ULTRA WIDEBAND APPLICATIONS) อาจารยทปรกษา : ผชวยศาสตราจารย ดร.ปยาภรณ มสวสด, 105 หนา

การพฒนาอยางรวดเรวของการสอสารไรสายและอตสาหกรรมการสอสารท าใหการสอสาร

แบบไรสายเปนทนยมและใชกนอยางแพรหลาย ทงในดานการศกษา อตสาหกรรม สขภาพ และการเมอง เปนตน สงผลใหจ านวนผใชเพมมากขนอยางรวดเรวและท าใหการใชงานคลนความถไมเพยงพอ จงมการน าสายอากาศแบบอลตราไวดแบนดมาใชงานเพอเพมประสทธภาพการใชงานของผใชเพมมากขน เนองจากยานความถอลตราไวดแบนดเปนยานความถทกวางมาก รองรบการใชงานทเพมขน แตสายอากาศแบบอลตราไวดแบนดมขอเสยคอเกดการแทรกสอดสญญาณและใชงานยานความถอยางไมมประสทธภาพ ดวยเหตนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถยานอลตราไวดแบนดจงมความส าคญในการเพมประสทธภาพการใชงานได

วทยานพนธฉบบนจงน าเสนอสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบใชในเทคโนโลยวทยรคด เพอจดสรรความถใชงานเปนไปอยางไมมประสทธภาพเตมท โครงสรางของสายอากาศประกอบดวย สายอากาศตรวจจบคลนความถ และสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ โดยสายอากาศตรวจจบคลนความถจะท าการสแกนชองสญญาณเพอคนหาความถใชงาน ขณะทสายอากาศแบบปรบเปลยนจะท าการปรบเลอกความถใชงานทเหมาะสม ซงสายอากาศแบบปรบเปลยนความถประกอบดวยสายอากาศโมโนโพลทแตกตางกน 5 ตว ท างานครอบคลมยาน อลตราไวดแบนดทความถ 3.1 GHz - 10.6 GHz การใชงานความถจะไดรบเนองจากการใชการหมนตวของสายอากาศไปตามความถทตองการใชงาน การหมนตวสายอากาศถกควบคมโดย ชดสเตปปงมอเตอรทมสายอากาศตดอยดานหลง ซงจะมการควบคมโดยใชสวทช MEMS (Microelectromechanical systems) สายอากาศแบบปรบเปลยนความถมขอดคอ มโครงสรางทงาย สะดวกในการตดตง ครอบคลมยานอลตราไวดแบนด

สาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม ลายมอชอนกศกษา_______________________

ปการศกษา 2558 ลายมอชออาจารยทปรกษา_________________

PAISAN TUMMAS : A FREQUENCY RECONFIGURABLE ANTENNA

DESIGN FOR ULTRA WIDEBAND APPLICATIONS. THESIS

ADVISOR : ASST. PROF. PIYAPORN MEESAWAD, Ph.D., 105 PP.

MEMS SWITCH/UWB/A RECONFIGURABLE ANTENNA/THE SENSING

ANTENNA/A STEPPING MOTOR/COGNITIVE RADIO

Rapidly developing of the wireless communications and the communications

industry makes the wireless communications which is preferable and widely used in

terms of education, health, industry, politics, and so on. The number of users is

increasing rapidly, so the spectrum of frequency is not enough. Therefore, the ultra-

wideband antennas are applied to increase the efficiency of users. The ultra-wideband

frequency range is widely bandwidth to support the increasing of users. However, the

ultra-wideband antenna has the disadvantage as interference signal and usability of

inefficient bandwidth. For this reason, the reconfigurable antenna at ultra-wideband

frequency range is important to raise the efficiency.

This thesis proposes the frequency reconfigurable antenna for cognitive radio

technology applications to allocate frequencies, used to be the maximum effective.

The antenna structure consists of sensing antenna and frequency reconfigurable

antenna. The sensing antenna is used to scan the resonant frequency channel, while the

reconfigurable antenna is used to adjust the proper frequencies. A reconfigurable

antenna consists of five different monopole antennas which are covered frequencies

from 3.1 GHz to 10.6 GHz. The operating frequencies are achieved by using a

rotational motion of the antennas at the resonant frequency. The rotations of antennas

ค

are controlled by using a stepping motor, mounted on the back of the antenna

structure. In addition, the motor's rotational motion is controlled by using MEMS

switch. A frequency reconfigurable antenna offers many advantages such as easy

fabrication, suitability for installation, and coverage spectrum UWB (Ultra

Wideband).

School of Telecommunication Engineering Student’s Signature

Academic Year 2015 Advisor’s Signature

ค

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธนส าเรจลลวงดวยด เนองจากไดรบความชวยเหลออยางดยง ทงดานวชาการและดานการด าเนนงานวจย จากบคคลตาง ๆ ไดแก ผชวยศาสตราจารย ดร.ปยาภรณ มสวสด อาจารยทปรกษาวทยานพนธ ทใหโอกาสทางการศกษา ใหค าแนะน าปรกษา ชวยแกปญหา และใหก าลงใจแกผวจ ยมาโดยตลอด รวมท งชวยตรวจทาน และแกไขวทยานพนธเลมนจนเสรจสมบรณ รองศาสตราจารย ดร.รงสรรค วงศสรรค ทคอยแนะน าชวยเหลอใหค าปรกษาอยางดมาโดยตลอด รองศาสตราจารย ดร.มนตทพยภา อฑารสกล หวหนาสาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม รองศาสตราจารย ดร.พระพงษ อฑารสกล ผชวยศาสตราจารย ดร.รงสรรค ทองทา ผชวยศาสตราจารย ดร.ชตมา พรหมมาก ผชวยศาสตราจารย ดร.วภาว หตถกรรม ผชวยศาสตราจารย เรออากาศเอก ดร.ประโยชน ค าสวสด และ อาจารย ดร.สมศกด วาณชอนนตชย อาจารยประจ าสาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ทใหความรดานวชาการ และใหโอกาสในการศกษา

คณนชนาฏ ฝาเฟยม ทคอยใหค าปรกษาและชวยเหลอทงในดานวชาการ และดานเทคนค รวมทงการชแนะเกยวกบอปกรณตาง ๆ ทสนบสนนตอการท าวทยานพนธอยางสม าเสมอ ขอขอบคณส านกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต (วช.) ทใหการสนบสนนทนการศกษา

ขอขอบคณพนองบณฑตศกษาทกทาน ทคอยใหความชวยเหลอใหค าปรกษาดานวชาการและคอยใหก าลงใจในการท าวทยานพนธ สดทายน ผวจยขอขอบคณอาจารยผสอนทกทานทประสทธประสาทความรดานตาง ๆ ทงในอดต และปจจบน และขอกราบขอบพระคณ บดา มารดา รวมถงญาตพนองของผวจยทกทาน ทใหการอบรมเลยงด และใหการสนบสนนทางการศกษาโดยเปนอยางดมาโดยตลอด ท าใหผวจยประสบความส าเรจในชวตเรอยมา ส าหรบคณงามความดอนใดทเกดจากวทยานพนธเลมน ผวจยขอมอบใหกบบดา มารดา และญาตพนองซงเปนทรก และเคารพยง ตลอดจนครอาจารยผสอนทเคารพทกทานทไดถายทอดประสบการณทดใหแกผวจยทงในอดต และปจจบนจนส าเรจการศกษาไปไดดวยด

ไพศาล ทมมาศ

สารบญ

หนา

บทคดยอ (ภาษาไทย) ......................................................................................................................... ก บทคดยอ (ภาษาองกฤษ) .................................................................................................................... ข กตตกรรมประกาศ ............................................................................................................................. ง สารบญ .............................................................................................................................................. จ สารบญตาราง ................................................................................................................................... ซ สารบญรป ........................................................................................................................................ ญ บทท

1 บทน า ................................................................................................................................... 1 1.1 ความเปนมา และความส าคญของปญหา ................................................................... 1 1.2 วตถประสงคของวทยานพนธ ................................................................................... 4 1.3 สมมตฐานของการวจย .............................................................................................. 4 1.4 ขอตกลงเบองตน ....................................................................................................... 5 1.5 ขอบเขตการวจย ........................................................................................................ 5 1.6 วธด าเนนการวจย ....................................................................................................... 5 1.6.1 แนวทางการด าเนนงานวจย .......................................................................... 5 1.6.2 ระเบยบวธวจย .............................................................................................. 6 1.6.3 สถานทท าการวจย ........................................................................................ 6 1.6.4 เครองมอทใชในการวจย .............................................................................. 6 1.6.5 การเกบรวบรวมขอมล ................................................................................. 6 1.6.6 การวเคราะหขอมล ....................................................................................... 6 1.7 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ....................................................................................... 6 1.8 สวนประกอบของวทยานพนธ .................................................................................. 7

2 ทฤษฎ หลกการ และปรทศนวรรณกรรมทเกยวของ............................................................ 8 2.1 กลาวน า ..................................................................................................................... 8

สารบญ (ตอ)

หนา 2.2 ทฤษฎเทคโนโลยวทยรคด (Cognitive Radio: CR) ................................................. 10 2.3 เทคโนโลยอลตราไวดแบนด ................................................................................... 11 2.3.1 หลกการพนฐานของอลตราไวดแบนด ....................................................... 11 2.3.2 สายอากาศอลตราไวดแบนด....................................................................... 14 2.3.3 การโพลาไรซของสายอากาศ ...................................................................... 17 2.4 สายอากาศโมโนโพล ............................................................................................... 19 2.4.1 สายอากาศโมโนโพลมาตรฐาน .................................................................. 27 2.4.2 สายอากาศโมโนโพลแบบดรปปง (Drooping Monopole) ......................... 28 2.5 ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ ............................................................ 29 2.5.1 สายอากาศครอบคลมยานอลตราไวดแบนด ............................................... 29 2.5.2 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ............................................................. 29 2.6 สรป ......................................................................................................................... 36

3 การออกแบบสายอากาศ ..................................................................................................... 37 3.1 กลาวน า ................................................................................................................... 37 3.2 การศกษาสายอากาศโมโนโพล ............................................................................... 37 3.2.1 การค านวณสายอากาศโมโนโพล ............................................................... 38 3.2.2 การจ าลองแบบของสายอากาศโมโนโพล .................................................. 39 3.3 การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบ ประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ........................................... 46 3.3.1 การปรบรปรางตวปอนส าหรบสายอากาศโมโพลแบบวงกลม ................... 47 3.3.2 การปรบรปรางตวปอนส าหรบสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน ........... 51 3.3.3 การปรบรปรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ .............................. 53 3.4 การท างานของชดสเตปปงมอเตอร ......................................................................... 64 3.4.1 ชดตรวจจบแสง .......................................................................................... 66 3.4.2 ชดประมวลผล ............................................................................................ 68 3.5 สรป ......................................................................................................................... 70

ฉ

สารบญ (ตอ)

หนา

4 การทดสอบ และวเคราะหผล ............................................................................................. 71 4.1 กลาวน า ................................................................................................................... 71 4.2 การจ าลองสายอากาศแบบปรบเปลยนความถดวย โปรแกรม CST Microwave Studio 2009 ................................................................ 71 4.3 การสรางและวดทดสอบสายอากาศ ........................................................................ 72 4.4 การวดทดสอบ S11 และความกวางแถบ ................................................................... 75 4.5 การวดทดสอบแบบรปการแผกระจายก าลงงาน ...................................................... 83 4.6 ผลการวดทดสอบอตราขยาย (Gain) ........................................................................ 88 4.7 การท างานของชดสเตปปงมอเตอร ......................................................................... 91 4.8 สรป ......................................................................................................................... 93

5 สรปการวจย และขอเสนอแนะ ........................................................................................... 94 5.1 สรปเนอหาวทยานพนธ ........................................................................................... 94 5.2 ปญหา และขอเสนอแนะ ......................................................................................... 96 5.3 แนวทางการพฒนาในอนาคต .................................................................................. 96

รายการอางอง .................................................................................................................................. 97 ภาคผนวก ภาคผนวก ก. บทความวชาการทไดรบการตพมพเผยแพร ........................................................ 99 ประวตผเขยน ................................................................................................................................ 105

ช

1

สารบญตาราง

ตารางท หนา 3.1 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพล ................................................................................. 39 3.2 ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบ ประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ........................................................... 47 3.3 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพล ................................................................................. 48 3.4 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมหลงจาก ปรบตวปอนความถ 5.65 GHz ................................................................................................. 49 3.5 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน ........................................................... 51 3.6 การวางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A ตามองศาของสเตปปงมอเตอร ................. 53 3.7 การวางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ B................................................................... 56 3.8 การวางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ C................................................................... 57 3.9 การขบแบบ Full Step .............................................................................................................. 65 3.10 การขบแบบ Half Step ............................................................................................................. 65 4.1 พารามเตอรตาง ๆ ทใชในการสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดตนแบบ .................................. 73 4.2 ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบ ประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ........................................................... 74 4.3 คาความกวางล าคลนครงก าลงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ............................................... 88 4.4 คาอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ .......................................................... 89 4.5 คาสนามระยะไกลของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ .............................................. 91 4.6 ตารางการปอนสญาณควบคมสเตปปงมอเตอรแบบครงสเตป ................................................ 92 4.7 ตารางการกดเลอกสวทชควบคมสเตปปงมอเตอร ในการควบคมเลอกสายอากาศใชงาน ..................................................................................... 93

2

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา 5.1 คณลกษณะสมบตของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ............................................... 95 5.2 ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ............................................... 95 5.3 อตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ............................................... 96

ฌ

ณ

สารบญรป

รปท หนา 1.1 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ......................................................................................... 4 2.1 การใชงานความถในระบบสอสารไรสาย ............................................................................. 10 2.2 หลกการ Cognitive Radio Loop ........................................................................................... 11 2.3 สญญาณแบบแถบความถแคบ .............................................................................................. 12 2.4 สญญาณอลตราไวดแบนดซงมแถบความถกวางมากในทางเวลาและความถ ....................... 12 2.5 การใชงานแถบความถของการสอสารอลตราไวดแบนด กบการสอสารแบบความถแคบ ............................................................................................. 13 2.6 การผสมคลนการสอสารอลตราไวดแบนดกบการสอสารแบบความถแคบ .......................... 14 2.7 การน าสญญาณอลตราไวดแบนดแบบพลสมาใชในการสงและรบขอมลดจตอล ................. 15 2.8 การน าสญญาณอลตราไวดแบนดแบบพลสมาใชในการสงและรบขอมลดจตอล ................. 16 2.9 สายอากาศแบบตวเดยวครอบคลมยานอลตราไวดแบนด ..................................................... 16 2.10 ลกษณะการโพลาไรซแบบเชงเสนของสายอากาศ แบงเปนการโพลาไรซ

ทางแนวนอน และการโพลาไรซทางแนวตง ......................................................................... 18 2.11 การโพลาไรซแบบถกตอง สายอากาศทใชสงมการจดการโพลาไรซทางแนวตง สญญาณทรบไดเปนการโพลาไรซทางแนวตง ท าใหเปนรปแบบ การรบสงสญญาณทดทสด ................................................................................................... 19 2.12 โครงสรางพนฐานสายอากาศไดโพล .................................................................................... 20 2.13 โครงสรางพนฐานสายอากาศโมโนโพล ............................................................................... 20 2.14 การแพรคลนของสายอากาศแบบโมโนโพล หรอยนโพล .................................................... 21 2.15 ลกษณะของกระแส - แรงดนไฟฟาบนไดโพลแบบ λ/2 ...................................................... 22 2.16 ลกษณะของกระแสบนสายอากาศแบบสนทางไฟฟา ........................................................... 23 2.17 ไดโพลทวางอยเหนอแผนตวน าทสมบรณ และ รปเสมอนทใชทฤษฎของ Image ............... 24 2.18 โมโนโพลทวางอยเหนอแผนตวน าสมบรณ ......................................................................... 25

ณ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 2.19 การรวมกนของคลนทแพรจากโมโนโพลและทมาจาก image .............................................. 26 2.20 จดทปอนสญญาณจากโคแอคเชยลไปยงโมโนโพลและ ระนาบกราวด ............................... 27 2.21 สายอากาศโมโนโพลแบบดรปปง (Drooping monopole) .................................................... 28 2.22 ไดโพลครงคลน (half-wave dipole), สายอากาศโมโนโพลแบบดรปปง (Drooping monopole) และ โมโนโพลมาตรฐาน ................................................................................... 29 2.23 เทคโนโลยอลตราไวดแบนดมาตรฐานไวมเดย (WiMedia) .................................................. 30 2.24 สายอากาศครอบคลมยานอลตราไวดแบนดแบบหนงตว ...................................................... 31 2.25 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช ...................................................................... 32 2.26 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบหมน ....................................................................... 33 2.27 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช แบงเปนยานความถต าและยานความถสง ............................................................................. 34 2.28 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทชแสดงโครงสราง และคาอตราสวนคลนนง ...................................................................................................... 35 3.1 โครงสรางของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม ................................................................. 38 3.2 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม........................................................................ 40 3.3 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟาของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม .......... 40 3.4 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม ...... 40 3.5 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา r แตกตางกน .......................................... 41 3.6 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา h แตกตางกน ........................................ 42 3.7 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา 1L แตกตางกน ....................................... 42 3.8 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา W แตกตางกน ....................................... 43 3.9 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม โดยให r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 (ก) 3 GHz, (ข) 6.5 GHz, (ค) 9 GHz. ........................ 44 3.10 แบบรปการแผก าลงงานสายอากาศ เมอ r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L=50 ทความถ 3.1GHz ................................................................................................. 45

ฎ

ณ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 3.11 แบบรปการแผก าลงงานสายอากาศ เมอ r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 ทความถ 6.5 GHz ....................................................................... 45 3.12 แบบรปการแผก าลงงานสายอากาศ เมอ r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 ทความถ 9 GHz .......................................................................... 46 3.13 โครงสรางสายอากาศมโนโพลทปอนดวยสายสงไมโครสตรป ทความถ 5.65 GHz ......... 48 3.14 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม ทความถ 5.65 GHz ................. 48 3.15 โครงสรางสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมหลงจากปรบตวปอนความถ 5.65 GH .......... 49 3.16 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม หลงจากปรบตวปอนทความถ 5.65 GHz ........................................................................... 49 3.17 คา S11ของสายอากาศโมโนโพล แบบใชสายสงไมโครสตรป และแบบปรบตวปอน ........ 50 3.18 แบบรปการแผพลงงานส าหรบสายอากาศโมโนโพล

แบบวงกลมทใชตวปอนแบบไมโครสตรป........................................................................50

3.19 แบบรปการแผพลงงานส าหรบสายอากาศแบบโมโนโพลแบบวงกลม

หลงจากปรบตวปอนทความถ 5.65 GHz............................................................................50

3.20 โครงสรางสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน...................................................................51

3.21 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน..............................................52

3.22 แบบรปการแผพลงงานส าหรบสายอากาศแบบโมโนโพลแบบวงแหวน...........................52

3.23 คา S11ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน...................................................................52

3.24 โครงสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A........................................................54

3.25 แสดงคา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A.............................54

3.26 ผลการจ าลองแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ

แบบ A ทความถ 7.7 GHz...................................................................................................55

3.27 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ B..........................................................................55

ฏ

ณ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา

3.28 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถทปรบเปลยนรปรางแบบ C (สายอากาศทน าเสนอ)........................................................................................................57 3.29 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทน าเสนอ ทความถ 3.55 GHzไดอตราขยาย 8.29 dB..........................................................................58 3.30 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ทยงไมปรบรปรางและ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 1. ................................ 58 3.31 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ทยงไมปรบรปรางและสายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 2 .................................. 59 3.32 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปราง และ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 3 ............................................................... 59 3.33 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปราง และ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 4 ............................................................... 60 3.34 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปราง และ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 5 ............................................................... 60 3.35 คา S11ของสายอากาศแบบตรวจจบความถ ............................................................................ 61 3.36 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถรวม ..................................... 61 3.37 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 1 ....................................................................... 62 3.38 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 2 ....................................................................... 62 3.39 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 3 ....................................................................... 63 3.40 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 4 ....................................................................... 63 3.41 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 5 ....................................................................... 64 3.42 สเตปปงมอเตอรทมการหมนสเตปละ 7.5 องศา ................................................................... 64 3.43 วงจรภายในสเตปปงมอเตอรแบบ 5 สาย 4 เฟส .................................................................... 65 3.44 วงจรการเชอมตอส าหรบการเขยนโปรแกรมควบคมทศทางของสเตปปงมอเตอร ............... 66 3.45 วงจรการท างานของตวจบแสง .............................................................................................. 67 3.46 วงจรการท างานของปอนสญญาณใหตวประมวลผลกลาง ................................................... 67

ฐ

ณ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 3.47 วงจรการท างานของตวประมวลผลกลางควบคมสเตปปงมอเตอร ....................................... 67 3.48 โฟลวชารตการท างานของโปรแกรม .................................................................................... 68 4.1 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชใน การสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ............................................................................... 72 4.2 โปรแกรม CorelDRAW 9 ก าหนดการตดแผน PCB ............................................................ 73 4.3 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสาย ยานอลตราไวดแบนดตนแบบ .............................................................................................. 74 4.4 ตวปอนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ........................................................................... 75 4.5 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 1 ............................... 76 4.6 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 2 ............................... 77 4.7 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 3 ............................... 77 4.8 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 4 ............................... 78 4.9 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 5 ............................... 78 4.10 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทงหมด 5 ตว .................... 79 4.11 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศตรวจจบความถ ...................................................... 79 4.12 อตราสวนคลนนง (Standing Wave Ratio: SWR) ของสายอากาศ แบบปรบเปลยนความถตวท 1...............................................................................................80 4.13 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 2 .......................................... 80 4.14 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 3 .......................................... 81 4.15 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 4 .......................................... 81 4.16 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 5 .......................................... 82 4.17 ผลการวดทดสอบอตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนรวมทงหมด 5 ตว ....... 82 4.18 อตราสวนคลนนงของสายอากาศตรวจจบความถ ................................................................. 83 4.19 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 1 โดยเสนทบ แสดงแผลจากการจ าลองแบบและเสนประแสดงผลจากการวดทดสอบ .............................. 84

ฑ

ณ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.20 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 2 โดยเสนทบ แสดงแผลจากการจ าลองแบบและเสนประแสดงผลจากการวดทดสอบ .............................. 84 4.21 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 3 โดยเสนทบ แสดงแผลจากการจ าลองแบบและเสนประแสดงผลจากการวดทดสอบ .............................. 85 4.22 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 4 โดยเสนทบ แสดงแผลจากการจ าลองแบบและเสนประแสดงผลจากการวดทดสอบ .............................. 85 4.23 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 5 โดยเสนทบ แสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประแสดงผลจากการวดทดสอบ ............................. 86 4.24 ผลจากการวดทดสอบแบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และ ระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถรวมทงหมด 5 ตว .................. 86 4.25 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก ของสายอากาศตรวจจบความถโดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประแสดงผลจากการวดทดสอบ .............................................................................. 87 4.26 การวดทดสอบอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ............................................ 89 4.27 สเตปปงมอเตอรทมการหมนสเตปละ 7.5 องศา ................................................................... 92

ฒ

2

บทท 1 บทน า

เนอหาในบทนเปนการอธบายถงความเปนมาและเหตจงใจส าหรบวทยานพนธฉบบน ซงประกอบดวย ความเปนมาและความส าคญของปญหา วตถประสงคของวทยานพนธ สมมตฐานของการวจย ขอตกลงเบองตน ขอบเขตการวจย วธด าเนนการวจย ประโยชนทคาดวาจะไดรบ และสวนประกอบของวทยานพนธ

1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา การพฒนาอยางรวดเรวของการสอสารไรสายและอตสาหกรรมการสอสารท าใหการสอสารแบบไรสายเปนทนยมและใชกนอยางแพรหลาย ทงในดานการศกษา อตสาหกรรม สขภาพ และการเมอง เปนตน สงผลใหจ านวนผใชเพมมากขนอยางรวดเรวและท าใหการใชงานคลนความถไมเพยงพอ ในปจจบนการสอสารคลนความถมการใชงานไดหลากหลายคลนความถ เชน การสอสารในโทรศพทมอถอหนงเครองนน มการใชงานคลนความถหลายฟงกชน ไดแก เทคโนโลย จเอสเอม/สามจ (GSM/3G) ไวไฟ (WiFi) ไวแมก (Wimax) ไวเลส (Wireless) บลทธ (Bluetooth), วทย และ โทรทศน เปนตน แตการใชงานในแตละครง เราเลอกใชงานแคหนงฟงกชนเทานน ดวยเหตนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถจงมความส าคญในการเลอกยานใชงานคลนความถ จากองคกร FCC (Federal Communications Commission) หรอองคกรจดสรรคลนความถกลาววา ในปจจบนนการจดสรรความถใชงานเปนไปอยางไมมประสทธภาพเตมท ดงนนจงไดมการพฒนาเทคนคเพอแกไขปญหานโดยใชเทคนคไดนามกสเปคตรมเอกเซส (Dynamic Spectrum Access network) หรอการเขาถงแบบปรบเปลยนได ส าหรบเนกเจนเนอเรชน (Next generation : xG) โดยมนโยบายการพฒนาเกยวกบเทคโนโลยวทยรคด (Cognitive Radio: CR) ดงแสดงใน (Ian F. Akyildiz, Won-Yeol Lee, Mehmet C. Vuran, and Shantidev Mohanty, 2006) เพอจดสรรคลนความถใชงาน ซงเทคโนโลยวทยรคด ประกอบไปดวย สวนสายอากาศตรวจคลนจบสญญาณ (Sensing Antenna) ตวตรวจจบคลนความถ (Spectrum Sensing) ตววเคราะห (Spectrum Analysis) ตวตดสนใจเลอกความถ (Spectrum Decision) และ สวนในการปรบเปลยนสายอากาศ (Reconfigurable Antenna) โดยอาจใชเทคนคการปรบเปลยนคณลกษณะตางๆ ของสายอากาศ จากการศกษาพบวาสายอากาศแบบปรบเปลยนคณลกษณะแบงออกไดเปน 4 ชนดไดแก แบบ

จ

2

ปรบเปลยนความถ (Frequency Reconfiguration) แบบปรบเปลยนการแผกระจายคลน (Radiation Pattern Reconfiguration) แบบปรบเปลยนทศทางและขนาดของสนามไฟฟา (Polarization) และแบบผสมผสานใชหลายวธรวมกน (Compound Reconfiguration) ซงในวทยานพนธฉบบนสนใจในสวนของสายอากาศปรบเปลยนความถ (Frequency Reconfiguration Antenna) ซงเทคโนโลยวทยรคดสามารถเพมประสทธภาพการใชงานความถไดคอ สามารถพจารณาก าหนดชวงความถของผใชงานได สามารถเลอกชวงความถใชงานทดทสดได สามารถจดระเบยบการเขาถงชองสญญาณใหกบผใชอนๆได (การแบงความถใชงาน) และสามารถยายไปชองสญญาณความถอนได เมอมผใชรองขอ ส าหรบเทคโนโลยอลตราไวดแบนด สายอากาศเปนสงส าคญทถกพฒนาในเครอขายไรสายเพอรองรบการสอสารความเรวสง ซงจะถกน าไปใชส าหรบรบสงคลนความถชวง 3.1-10.6 GHz ดงนนเทคโนโลยอลตราไวดแบนดจงใหพลงงานต า โดยพลงงานของสญญาณยานอลตราไวดแบนดจะถกกระจายไปทกความถทใชงาน ดงนนระดบคาพลงงานสงสดเฉลยทสายอากาศไดรบจงนอยมากประมาณ 0.5 mW เทานน ซงระดบพลงงานนจะใกลเคยงกบระดบของสญญาณรบกวน ดงนนเทคโนโลยอลตราไวดแบนดจงตองการสายอากาศทมแบนดวดทกวาง มก าลงงานทเพยงพอ อาจมล าคลนทศทางเดยวหรอรอบทศทาง ครอบคลมพนทใหบรการ และมอตราขยายสง นอกจากนสายอากาศจะตองมโครงสรางทงายและราคาไมแพง สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดมคณสมบตทโดดเดนคอ มรปรางสายอากาศทเรยบงาย โครงสรางสามารถเปลยนแปลงไดงายและหลากหลาย อยางไรกตามสายอากาศแบบครอบคลมยานอลตราไวดแบนดโดยใชสายอากาศตนเดยวเปนการใชคลนความถสนเปลองโดยเปลาประโยชน และในทางปฏบตจะใชเพยงชวงความถใดความถหนงใชงานเทานน แตชวงความถทไมไดใชงานกลบถกสงออกไปดวย จงสงผลใหคลนความถสญญาณไมเพยงพอ ท าใหเกดการแทรกสอดรบกวนกนของคลนสญญาณขน ประสทธภาพในการรบสงขอมลจงลดลง และอตราขยายลดลง จากปญหาดงกลาว การน าสายอากาศแบบปรบเปลยนความถมาใชในการสอสารไรสาย ยานอลตราไวแบนด เพอชวยควบคมจดสรรคลนความถอยางมประสทธภาพดงเชนงานวจย (K.R.Boyle, 2007) สายอากาศแบบปรบเปลยนความถ (Frequency Reconfiguration) แบงออกเปน 2 ชนด คอ แบบสวทช และแบบการหมน จากปรทศนวรรณกรรมทเกยวของของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถซงใชการออกแบบสายอากาศพลานาอนเวทเอฟ (a planar inverted F antenna : PIFA) (K. R. Boyle, 2007.) การท างานจะเลอกยานใชงานโดยใชสวทช (microelectromechanical systems : MEMS) เลอกยานใชงาน 2 ยานคอ ยานความถต า (Low band) และความถสง (High band) มขอด

3

คออตราขยายดขน และสายอากาศมขนาดเลกน าหนกเบา นอกจากนนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถซงใชการออกแบบดวยการหมน (Y. Tawk, M. Al-Husseini, S. Hemmady, A.R. Albrecht, G.Balakrishnan, C.G. Christodoulou, C.G., 2010) การท างานจะเลอกยานใชงานโดยใชการหมนเลอกยานใชงาน 2 ยานความถ มขอดคอสามารถเลอกยานการใชงานไดงายโดยมสองยาน และมอตราขยายเพมขน ขอเสยคอไมครอบคลมยานอลตราไวดแบนด และแบบรปการแผพลงงานไมสม าเสมอ โดยปกตแลวหากสายอากาศยานอลตราไวดแบนดใชสายอากาศตวเดยวในการสงใหครอบคลม ยานอลตราไวดแบนด จะท าใหอตราการขยายลดลง เนองจากคลนความถทไมไดใชงานถกสงออกไปดวยนนเอง จาก (Y. Tawk, M. Al-Husseini, S. Hemmady, A.R. Albrecht, G.Balakrishnan, C.G. Christodoulou, C.G., 2010) โดยศกษาตนแบบสายอากาศแบบหมน 2 ชวงความถ (Y. Tawk, M. Al-Husseini, S. Hemmady, A.R. Albrecht, G.Balakrishnan, C.G. Christodoulou, C.G., 2010) ซงมขอดคอสามารถเลอกยานการใชงานไดงายโดยมสองยาน และมอตราขยายเพมขน ขอเสยคอไมครอบคลมยานอลตราไวดแบนด และรปการแผพลงงานไมสม าเสมอ ซงเขาไดน ามาแทนทสายอากาศแบบตวเดยว (S.M. Naveen, R.M. Vani, P.V. Hunagund, 2012) ขอดคอมแบนดวดกวาง ขอเสยคอมอตราขยายนอย เพอแกไขปญหาดงกลาวขางตนจงไดศกษาการวจยของ (Zhi Ning Chen, 2007) โดยเทคโนโลยอลตราไวดแบนด มาตรฐานของ WiMedia ไดแบงชวงความถออกเปน 5 ชวงแบนดความถ ดงนนวทยานพนธนจงออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถโดยน าเอาสายอากาศ 5 ตวมาท างานแบงชวงคลนความถใชงานออกเปน 5 ชวงในการสงสญญาณท าใหอตราขยายเพมขน และประสทธภาพของการสงสญญาณเพมมากขน วทยานพนธนจะแบงสายอากาศแบบใหมเปน 5 ยานความถมาใชงานแทนสายอากาศตวเดยวทใชงานคลอบคลมยานอลตราไวดแบนด ดงรปท 1 เพอใหไดรบอตราขยาย (Gain) ทดขน การออกแบบโครงสรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดจะถกพฒนาใหเหมาะสมกบการใชงานในชวงของความถทตองการ โดยจะแบงความถทใชงานเปน 5 ชวง ดงนนจงลดปญหาการสงคลนความถทไมไดใชงานออกไป สงผลใหประสทธภาพของการแผกระจายสญญาณทดขน อตราขยายเพมขน จากขอเทจจรงนเราไดศกษาและปรบเปลยนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด โดยการศกษาสายอากาศแบบปรบเปลยนความถประเภทตางๆและผลกระทบของรปแบบของสายอากาศ ซงสามารถน ามาเพมประสทธภาพของสายอากาศตามทตองการและพารามเตอรทงหมดของสายอากาศ สดทายจะไดสายอากาศทประสบผลส าเรจไดรบอตราขยายทสงขน ซงสงกวาสายอากาศชนดเดยวกน ให แบนดวดททกวางทสามารถครอบคลมความถใชงานยานอลตราไวดแบนด นอกจากนสายอากาศจะ

4

ถกควบคมการหมนโดยใชชดควบคมสเตปปงมอเตอรและจะสามารถเลอกสายอากาศใชงานได 5 ตว

รปท 1.1 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถ

1.2 วตถประสงคของวทยานพนธ 1.2.1 เพอศกษาโครงสรางและออกแบบสายอากาศยานอลตราไวดแบนดส าหรบ

ประยกตใชงานยานอลตราไวดแบนดความถ 3.1 - 10.6 GHz 1.2.2 เพอศกษาโครงสรางและออกแบบสายอากาศการปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดความถ 3.1 - 10.6 GHz 1.2.3 เพอออกแบบและจ าลองผลสายอากาศการปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009

1.2.4 เพอสรางสายอากาศตนแบบ วดทดสอบและเปรยบเทยบผลทไดจากการจ าลองดวย โปรแกรม CST Microwave Studio 2009

1.3 สมมตฐานของการวจย 1.3.1 เมอปรบโครงสรางสายอากาศยานอลตราไวดแบนดสามารถเลอกยานความถใช

งานได 5 ยาน 1.3.2 เมอปรบเปลยนเลอกยานความถใชงานได 5 ยานจะมผลใหอตราขยายของสายอากาศการปรบเปลยนความถส าหรบการประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดสงขน

5

1.4 ขอตกลงเบองตน 1.4.1 ออกแบบสายอากาศการปรบเปลยนความถส าหรบการประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดและจ าลองผลดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 ส าหรบประยกตใชงานทความถ 3.1 - 10.6 GHz

1.4.2 สรางสายอากาศตนแบบส าหรบประยกตใชงานทความถ 3.1 - 10.6 GHz เพอท าการวดทดสอบและเปรยบเทยบผลทไดจากการจ าลองดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009

1.5 ขอบเขตการวจย 1.5.1 จ าลองแบบสายอากาศยานอลตราไวดแบนดดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 ทความถ 3.1 - 10.6 GHz 1.5.2 จ าลองแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 ทความถ 3.1 - 10.6 GHz

1.5.3 ออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใช ในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดทความถ 3.1 - 10.6 GHz

1.5.4 สรางสายอากาศตนแบบเพอเปรยบเทยบผลวดทดสอบ และผลทไดจากการจ าลอง ดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009

1.6 วธด าเนนการวจย 1.6.1 แนวทางการด าเนนงานวจย

1) ส ารวจปรทศนวรรณกรรมและวทยานพนธทเกยวของกบวทยานพนธ 2) วเคราะหและออกแบบสายอากาศยานอลตราไวดแบนดทความถ 3.1 - 10.6

GHz 3) วเคราะหและออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชใน

การสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดเลอกยานความถใชงานได 5 ยานทความถ 3.1 - 10.6 GHz

4) จ าลองแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009

5) สรางสายอากาศตนแบบ วดแบบรปการแผพลงงาน อตราขยาย (Gain) และการสญเสยยอนกลบ เปรยบเทยบกบผลจากการจ าลองแบบ

6

1.6.2 ระเบยบวธวจย เปนวทยานพนธประยกต ซงด าเนนการตามกรอบงานดงตอไปน 1) การศกษาและเกบรวบรวมขอมลโดยการส ารวจปรทศนวรรณกรรมและ วทยานพนธทเกยวของกบวทยานพนธ 2) ออกแบบและวเคราะหสายอากาศยานอลตราไวดแบนดดวย โปรแกรม CST Microwave Studio 2009 3) สรางสายอากาศตนแบบ วดแบบรปการแผพลงงาน ค านวณอตราขยาย (Gain) และวดทดสอบการสญเสยยอนกลบเปรยบเทยบกบผลจากการจ าลองแบบ

1.6.3 สถานทท าการวจย หองวจยและปฏบตการสอสารไรสาย อาคารเครองมอ 4 มหาวทยาลยเทคโนโลย

สรนาร 111 ถนนมหาวทยาลย ต.สรนาร อ.เมอง จ.นครราชสมา 30000 1.6.4 เครองมอทใชในการวจย 1) โปรแกรม CST Microwave Studio 2009 2) โปรแกรมแมทแลบ (Matlab) 3) เครองวเคราะหวงจรขาย (network analyzer) 4) คอมพวเตอรสวนบคคล (Personal Computer) 1.6.5 การเกบรวบรวมขอมล 1) เกบผลการทดสอบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดทไดจากการจ าลองผลดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 2) เกบผลการวดแบบรปการแผพลงงาน 3) ค านวณอตราขยาย 1.6.6 การวเคราะหขอมล

ผลทไดจากการทดสอบสายอากาศทมอตราขยายส าหรบใชงานในเทคโนโลยการสอสารแบบไรสายทความถ 3.1 - 10.6 GHz

1.7 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 1.7.1 ไดสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ซงมคณสมบตทเหมาะสมส าหรบการประยกตใชงานในเทคโนโลยการสอสารแบบไรสาย โดยมโครงสรางงาย น าหนกเบา และอตราขยายสง

7

1.7.2 สามารถเพมประสทธภาพการใชงานระบบเทคโนโลยการสอสารแบบไรสาย

1.8 สวนประกอบของวทยานพนธ วทยานพนธฉบบนประกอบดวย 5 บท บทท 1 เปนบทน า กลาวถงความเปนมาและความส าคญของปญหา วตถประสงคของวทยานพนธ สมมตฐานของการวจย ขอตกลงเบองตน ขอบเขตวทยานพนธ วธด าเนนวทยานพนธและประโยชนทคาดวาจะไดรบ บทท 2 ทฤษฎ หลกการ และปรทศนวรรณกรรมทเกยวของซงประกอบดวยทฤษฎเทคโนโลยวทยรคด (Cognitive Radio: CR) เทคโนโลยอลตราไวดแบนด สายอากาศโมโนโพล ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ บทท 3 กลาวถงการศกษาสายอากาศโมโนโพล การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด การท างานของชดสเตปปงมอเตอร บทท 4 กลาวถงการสรางสายอากาศตนแบบ และผลการวดจากหองปฏบตการซงประกอบดวยคา S11 คาอตราสวนคลนนง แบบรปการแผพลงงาน ความกวางล าคลนครงก าลง อตราขยาย (Gain) และการท างานของชดสเตปปงมอเตอร

บทท 5 กลาวถงการสรปผล ขอเสนอแนะแนวทางแกไขและแนวทางการพฒนาในอนาคต

9

บทท 2 ทฤษฎ หลกการ และปรทศนวรรณกรรมทเกยวของ

2.1 กลาวน า ในบทนกลาวถงทฤษฎ หลกการ ปรทศนวรรณกรรมและงานวจย ทเ กยวของ ซงประกอบดวย เทคโนโลยวทย ร คด เทคโนโลยอลตราไวดแบนด สายอากาศโมโนโพล สายอากาศอลตราไวดแบนด และสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ โดยท าใหทราบถงคณลกษณะของสายอากาศ ขอดและขอเสยทเกดขนเพอทจะน ามาใชปรบปรงใหสอดคลองกบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด เพอน าไปสการวเคราะหและออกแบบสายอากาศตอไป ในระบบของการสอสารนนองคประกอบในระบบไดท าหนาทแตกตางกนออกไปและ มความส าคญกนคนละแบบ และถากลาวถงระบบการสอสารแบบไรสาย ซงระบบทก าลงกาวเขามามบทบาทในการด ารงชวตประจ าวนมากขน เพราะทกวนนการเขาถงขอมลเปนสงทจ าเปนใครทมขอมลมากกวาและเรวกวาจะเปนผไดเปรยบในการตดสนใจในเรองตางๆ โดยเฉพาะทางดานธรกจ ดงน นจงไดมการพฒนาระบบการสอสารแบบไรสายแบบเดมใหมประสทธภาพมากขน ซงองคประกอบหนงทตองใหความส าคญคอสายอากาศ ซงเปนอปกรณทท าหนาทรบและสงสญญาณทถกเลอกมาใชเพอใหเกดความเหมาะสมและตอบสนองตอความตองการของระบบอยางลงตวทสดซงไดมการพฒนาและปรบปรงมาโดยตลอด เพอท าใหสายอากาศเกดประสทธภาพในการเชอมตอมากทสด สายอากาศท าหนาทแปลงขอมลจากสญญาณทางไฟฟาไปเปนคลนแมเหลกไฟฟาเพอสงออกอากาศและในทางกลบกนยงท าหนาทในการแปลงคลนแมเหลกไฟฟาไปเปนขอมลทเปนสญญาณทางไฟฟา โดยทวไปการเพมประสทธภาพของสายอากาศจะตองค านงถงการใชงานเปนส าคญเนองจากการใชงานทตางกนยอมมความตองการคณลกษณะของสายอากาศทแตกตางกนตามไปดวย ส าหรบแนวทางการออกแบบสายอากาศทใชมความแตกตางกนออกไปขนอยกบรปแบบของระบบทตองการใชงานรวมกบสายอากาศ ซงยากทจะก าหนดเปนกฎเกณฑทแนนอนลงไป ปจจบนสายอากาศทไดรบความนยมในการน ามาประยกตใชงานในระบบการสอสารแบบไรสายคอสายอากาศยานอลตราไวดแบนด (Ultra wide band antenna) สายอากาศแบบปรบเปลยนความถ (Reconfigurable antenna) เชน สายอากาศแบบไมโครสตรป (Microstrip antenna)

9

สายอากาศโมโนโพล (Jianxin Liang and Student Member, 2005) และสายอากาศระนาบอนเวอรเอฟ (Planar Inverted F Antenna : PIFA) ส าหรบสายอากาศยานอลตราไวดแบนดเปนสายอากาศทไดรบความนยมน าไปใชงาน เพราะมคณลกษณะเปนแถบกวาง (Broadband characteristics) ครอบคลมยานความถ 3.1-10.6 GHz และมโครงสรางไมยงยากซบซอน แตขอเสยของสายอากาศแบบครอบคลมยานอลตราไวดแบนดคอเปนสายอากาศทมการใชก าลงงานสนเปลองโดยเปลาประโยชนในกรณสงเพยงตวเดยวตลอดยานอลตราไวดแบนด ซงใชชวงความถหนงใชงานเทานนแตชวงความถทไมไดใชงานกลบถกสงออกไปดวย ท าใหประสทธภาพในการรบสงขอมลลดลง อตราการขยายลดลง จงมการน าสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวแบนดออกแบบเพอแกปญหาดงกลาวขางตน เพอชวยควบความถของสายอากาศใหใชงานอยางเตมทโดยไดศกษาแนวทางจากปรทศนวรรณกรรมและงานวจยของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ซงสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบงออกเปนสองประเภทคอ แบบสวทช (Microelectromechanical systems : MEMS) (K.R. Boyle, 2007) และแบบการหมน (A rotation motion) (Y.Tawk, and C.G. Christodoulou, 2009) สวนประกอบของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช (Microelectromechanical systems : MEMS) จะใชสวทชท าหนาทในการเลอกสายอากาศใชงานในชวงความถทตองการ และสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบการหมน (A rotation motion) จะใชการหมนสายอากาศในการเลอกสายอากาศใชงานในชวงความถทตองการ โดยสวนมากสายอากาศแบบปรบเปลยนความถการใชงานจะไมครอบคลมยาน อลตราไวดแบนด ดวยเหตนเราจงเจาะจงท าสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด เพอใหสายอากาศครอบคลมยานอลตราไวดแบนด โดยสายอากาศแผกระจายคลนตดตงอยบนสายอากาศตวเดยวกน โดยแบงสายอากาศยอยได 5 ตว ซงแบงตาม (Zhi Ning Chen, 2007) เทคโนโลยอลตราไวดแบนด มาตรฐานของ WiMedia ไดแบงชวงความถออกเปน 5 ชวงแบนดความถ โดยครอบคลมยานอลตราไวดแบนด 3.1-10.6 GHz มโครงสรางสสวนคอ หนงสวนบนทเปนสวนของการกระจายคลนหรอตวสายอากาศโดยทวไปจะมรปรางเปนวงกลมหรออนๆ แลวแตการออกแบบเพอน าไปใชงาน โดยมสวนทสองเปนตวปอนสญญาณ สวนทสามเปนวสดฐานรองไดอเลกตรกทคนกลางระหวางกราวดกบสวนของการแผกระจายคลนทเปนแผนตวน า และสวนทสคอ ระนาบกราวดของสายอากาศ ระนาบกราวดมสวนชวยในการแมตชอมพแดนซของสายอากาศ ใหใกลเคยง 50 โอหมใหมากทสด ท าใหไดอตราขยายทสงขน

10

2.2 ทฤษฎเทคโนโลยวทยรคด (Cognitive Radio: CR)

จากรปท 2.1 แสดงชวงคลนความถทใชประโยชนไดและความถทไมไดใชประโยชน โดยพบวาทความถต าและความถสงจะมการใชงานความถทคบคง สวนความถกลางเปนความถส ารอง (Spare Use) จะเปนชวงความถทไมไดใชงาน จากองคกร FCC (Federal Communications Commission) หรอองคกรจดสรรคลนความถกลาววา ในปจจบนนการจดสรรความถใชงานเปนไปอยางไมมประสทธภาพเตมท (Ian F. Akyildiz และคณะ, 2006)

รปท 2.1 การใชงานความถในระบบสอสารไรสาย (Ian F. Akyildiz และคณะ, 2006) ดงนนจงไดมการพฒนาเทคนคเพอแกไขปญหานโดยใชเทคนคการเขาถงโครงขายแบบปรบเปลยนความถหรอสเปกตรมพลวต (Dynamic Spectrum Access network) ส าหรบการสอสารยคใหม (Next generation, xG) โดยมนโยบายการพฒนาเกยวกบทฤษฎเทคโนโลยวทยรคด (Cognitive Radio : CR) (Y.Tawk และคณะ, 2010) ซงเปนการจดสรรคลนความถใชงาน เทคโนโลยวทยรคด สามารถเพมประสทธภาพการใชงานความถได ซงอธบายดงน 1. สามารถพจารณาก าหนดชวงความถของผใชงานได 2. สามารถเลอกชวงความถใชงานทดทสดได 3. สามารถจดระเบยบการเขาถงชองสญญาณใหกบผใชอนๆได (การแบงความถใชงาน) 4. สามารถยายไปชองสญญาณความถอนได เมอมผใชรองขอ ใชการ (detecte) นโยบายการพฒนาเกยวกบเทคโนโลยวทยรคด แสดงใน (Ian F. Akyildiz และคณะ, 2006) เพอจดสรรคลนความถใชงาน ซงเทคโนโลยวทยรคด ประกอบไปดวยสวนสายอากาศตรวจคลนจบสญญาณ (Sensing Antenna) คลนความถทถกตรวจจบได (Spectrum Sensing) ตววเคราะหความถ

11

(Spectrum Analysis) ตวตดสนใจเลอกความถ (Spectrum Decision) และ สวนสายอากาศปรบเปลยนความถ (Reconfigurable Antenna) ดงแสดงในรปท 2.2 โดยในวทยานพนธนสนใจในสวนของสายอากาศปรบเปลยนความถ (Reconfigurable Antenna)

รปท 2.2 หลกการ Cognitive Radio Loop (Y. Tawk และคณะ, 2010)

2.3 เทคโนโลยอลตราไวดแบนด 2.3.1 หลกการพนฐานของอลตราไวดแบนด การสอสารแบบแถบความถแคบ (Narrow band communication) ซงนยมใชในการสอสารไรสาย เชน ระบบโทรศพทเคลอนทจเอสเอม (Global System for Mobile communication: GSM) ระบบเครอขายเฉพาะทไรสายหรอแลนไรสาย (Wireless LAN: WLAN) นนใชเทคนคการผสมสญญาณของรปคลนสญญาณวทยทมความตอเนองทางเวลากบสญญาณคลนพาหทมความถทก าหนด เพอใชในการสงและรบสญญาณท าใหพลงงานของสญญาณถกรวมอยในชวงแถบความถหรอแบนดวดทแคบๆ ซงสามารถถกรบกวนและถกตรวจจบสญญาณไดงาย ดงรปท 2.3

12

รปท 2.3 สญญาณแบบแถบความถแคบ (กมล เขมะรงษ, ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอรแหงชาต) ส าหรบอลตราไวดแบนดมาตรฐาน IEEE 802.15.3a ความถใชงานชวง 3.1 GHz ถง 10.6 GHz ซงเปนการสอสารแบบแถบความถกวาง (Wide band communication) นนจะใชสญญาณทมรปคลนสญญาณปรากฏเพยงชวขณะหรอเปนพลสทมความกวางของสญญาณในทางเวลาทแคบมาก โดยอยในระดบนาโนวนาท (nano second : ns) หรอทระดบพโควนาท (pico second : ps) มลกษณะทใกลเคยงกนกบสญญาณในอดมคตทเรยกวาสญญาณอมพลส (Impulse signal) โดยระบบอลตราไวดแบนดในการสงและรบสญญาณนนไมใชคลนพาห (Carrierless) ในการผสมสญญาณเหมอนในระบบการสอสารแบบแถบความถแคบ แตจะเปนการสงสญญาณทมรปคลนของพลสทมรปคลนซงไมตอเนองในทางเวลาดวยอตราการสงพลส ในระดบจ านวนหลายรอยลานพลสตอหนงวนาท ในการสงและรบสญญาณ ซงท าใหพลงงานของสญญาณถกกระจายอยในชวงแถบความถทกวางมาก ดงรปท 2.4 ซงเปนทมาของชออลตราไวดแบนด

รปท 2.4 สญญาณอลตราไวดแบนดซงมแถบความถกวางมากในทางเวลาและความถ (กมล เขมะรงษ, ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกส และคอมพวเตอรแหงชาต)

13

สามารถแสดงการเปรยบเทยบสญญาณอลตราไวดแบนดซงเปนการสอสารแบบแถบความถกวางทมการกระจายก าลงงานของสญญาณอยในชวงแถบความถกวางมากในระดบ กกะเฮรตซกบสญญาณทใชในการสอสารแบบแถบความถแคบ ทมการกระจายก าลงงานของสญญาณทอยในชวงแถบความถแคบไดดงรปท 2.5

รปท 2.5 การใชงานแถบความถของการสอสารอลตราไวดแบนดกบการสอสารแบบความถแคบ (กมล เขมะรงษ, ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกส และคอมพวเตอรแหงชาต) การสอสารอลตราไวดแบนดเปนการสอสารทมการสงสญญาณดวยคลนแบบแถบความถทกวาง และใชสญญาณทมรปคลนสญญาณปรากฏชวขณะแลวหายไป โดยการสงสญญาณแบบพลสดงกลาวตอเนองกนในทางเวลาระหวางเครองสงและเครองรบวทยหรอเปนพลสทมความกวางของสญญาณในทางเวลาทแคบมาก ไมเหมอนกบการสอสารแบบแบนดแคบ ทใชเทคนคการผสมสญญาณของรปคลนสญญาณวทยทมความตอเนอง ทางเวลากบสญญาณคลนพาหทมความถทก าหนดเพอใชในการสงและรบสญญาณท าใหพลงงานของสญญาณถกรวมอยในชวงแถบความถแคบๆซงสามารถถกรบกวนไดงายดงแสดงในรปท 2.6

14

รปท 2.6 การผสมคลนการสอสารอลตราไวดแบนดกบการสอสารแบบความถแคบ (ปรยทธ สายอรณ, เทคโนโลยการสอสารและอนเตอรเนต) 2.3.2 สายอากาศอลตราไวดแบนด สายอากาศอลตราไวดแบนด เปนสายอากาศทมขอดคอ มโครงสรางทงายไมซบซอน แขงแรง มอตราการสงขอมลสง มราคาถก มการใชพลงงานต าและมการใชงานอยางแพรหลาย นยมน ามาประยกตใชส าหรบการสอสารแบบไรสายมากทสด สามารถน ามาดดแปลงไดงาย มแบบรปการแผกระจายคลนเปนแบบรอบทศทาง จงท าใหสายอากาศอลตราไวแบนดมอตราขยาย (Gain) ทต า สายอากาศอลตราไวดแบนดมสวนประกอบเปนแผนโลหะทมความยาว L วางเปนแนวตงฉาก ดงรปท 2.7 โดยจดกงกลางของตวสายอากาศจะถกตอเขากบเครองสงโดยใชสายสงเปนตวกลางในการเชอมตอ เครองสงจะจายสญญาณไฟฟากระแสสลบไปยงสายอากาศ อลตราไวดแบนด กระแสของสญญาณนจะไหลไปยงขวของสายอากาศอลตราไวดแบนด การรบสงสญญาณยานอลตราไวดแบนดแบงออกเปน 3 แบบคอ 1. แบบสงเปนสญญาณอมพลส (Impuse) ดงแสดงในรปท 2.7 2. การรบสงสญญาณอมพลสแบบความถเดยว (Single band approach) 3. การรบสงสญญาณอมพลสแบบหลายแถบความถ (Multiband approach) การสงและรบสญญาณของอลตราไวดแบนดนน จะประกอบไปดวยล าดบของสญญาณพลสซงอาจมการเปลยนแปลงหรอมคาคงท ซงต าแหนงของพลสทางเวลาหรอการปรากฏของพลสทต าแหนงใดๆ ทางเวลาจะถกน ามาใชแทนการสงขอมลในการสอสารขอมลดจตอลดงแสดงในรปท 2.7

15

รปท 2.7 การน าสญญาณอลตราไวดแบนดแบบพลสมาใชในการสงและรบขอมลดจตอล (กมล เขมะรงษ, ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกส และคอมพวเตอรแหงชาต)

โครงสรางพนฐานเครองสงและเครองรบของอลตราไวดแบนด เปนการสอสารทใชสญญาณพลสทมชวงความถสนมากระดบนาโนวนาท จงมผลท าใหเวลารบสงขอมลมเวลานานมากขน จ าเปนตองมเครองรบแบบ คอรเลยเตอร เปนวงจรเทยบความคลายคลงของสญญาณแมแบบทไดรบเพอตรวจจบพลงงานของสญญาณ ขอดคอการสงและการรบของอลตราไวดแบนดไมตองใชคลนพาห โดยสญญาณขอมลจะถกผสมกบสญญาณพลสอลตราไวดแบนดทถกสรางขนและสงผานสายอากาศ โดยไมผานวงจรผสมสญญาณท าใหไมจ าเปนตองมวงจรออสซลเลเตอรเพอก าเนดสญญาณคลนพาห และมกเซอรท าใหมอปกรณทนอยกวาระบบสอสารแบบความถแคบ ดงแสดงในรปท 2.8

16

รปท 2.8 การน าสญญาณอลตราไวดแบนดแบบพลสมาใชในการสงและรบขอมลดจตอล (กมล เขมะรงษ, ศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกส และคอมพวเตอรแหงชาต)

รปท 2.9 สายอากาศแบบตวเดยวครอบคลมยานอลตราไวดแบนด (T.A. Denidni and M.A. Habib, 2006) (Jianxin Liang และคณะ, 2005) (Osama Haraz and Abdel-Razik Sebak, 2013)

สายอากาศแบบตวเดยวครอบคลมยานอลตราไวดแบนด เปนสายอากาศทนยมใช

กนมาก ขนาดของสายอากาศทใชงานคอ L = /4 มอมพแดนซดานเขา 50 โอหม ซงสามารถค านวณหาความเขมขององคประกอบสนามไฟฟา (E-Field) และสนามแมเหลก (H-Field) ทแผออกมาจากตวสายอากาศไดดงน

17

sin

cos2

cos

2 r

eIjE

rj

(2.1)

EH (2.2)

เมอ E สนามไฟฟา และ H สนามแมเหลก 2.3.3 การโพลาไรซของสายอากาศ

การโพลาไรซของสายอากาศ จะใชในการอธบายทศทางของสนามไฟฟา ของคลนแมเหลกไฟฟาในอากาศซงถกสงออกไปโดยตวสายอากาศในทศทางซงมความเขม ของสนามสงสดและวดไดในสนามระยะไกล สายอากาศจ านวนมากจะมการโพลาไรซเปนแบบเชงเสน (Linear Polarization) นนคอ ในหนงรอบ (Cycle) เวกเตอรสนามไฟฟาจะมลกษณะเปนเสนตรงและยงถกแบงออกเปนการโพลาไรซแนวตง (Vertical Polarization) และการโพลาไรซแ น ว น อน (Horizontal Polarization) ด ง ร ป ท 2.10 น อ ก จ า ก น ย ง ม ก า ร โ พ ล า ไ ร ซ แ บ บวงกลม (Circular) และแบบรปวงร (Elliptical) ในวทยานพนธฉบบนไดออกแบบสายอากาศโดยใหมการโพลาไรซแนวตงทความถปฏบตการ 3.1 - 10.6 GHz บอยครงทการโพลาไรซของสายอากาศจะพจารณาจากรปทรงของตวสายอากาศ เชน ในกรณของสายอากาศแบบเสนลวด ซงอาจจะมสวนประกอบเพยงตวเดยวหรอหลายตววางขนานกน เชน สายอากาศไดโพลและสายอากาศยาก เราสามารถทจะสมมตใหสนามไฟฟาซงมการโพลาไรซแบบเชงเสนขนานไปกบสวนประกอบของตวสายอากาศแตกมสายอากาศบางชนดซงมการโพลาไรซแบบเชงเสนเหมอนกน แตไมสามารถจะใชรปทรงของโครงสรางมาท านายการโพลาไรซได เชนสายอากาศปากแตร (Horn) สายอากาศแบบบวง (Loop) และสายอากาศแบบรอง (Slit) เปนตน

18

รปท 2.10 ลกษณะการโพลาไรซแบบเชงเสนของสายอากาศ แบงเปนการโพลาไรซทางแนวนอน และการโพลาไรซทางแนวตง (http://www.hs8jyx.com/html/electromagnetic.html)

เพอใหการรบสญญาณท าไดมากทสดเทาทเปนไปไดสงส าคญกคอสายอากาศ ทท าหนาทรบสญญาณจะตองมการโพลาไรซเปนแบบเดยวกนกบการโพลาไรซของสญญาณทสงมาหากเกดการสญเสยสญญาณอนเนองมาจากการจดวางการโพลาไรซไมถกตอง (เชน สญญาณทรบไดเปนการโพลาไรซทางแนวตง แตสายอากาศทใชสงมการจดการโพลาไรซทางแนวนอน เรยกวาเกดการแยกการโพลาไรซแบบไขว (Cross-Polarization Isolation) ท าใหใหสญญาณทรบไดลดลง -30 dB หรอแทบจะรบสญญาณไมไดเลย และการจดการโพลาไรซทถกตองนนแสดงในรปท 2.11

19

รปท 2.11 การโพลาไรซแบบถกตอง สายอากาศทใชสงมการจดการโพลาไรซทางแนวตง สญญาณ ทรบไดเปนการโพลาไรซทางแนวตง ท าใหเปนรปแบบการรบสงสญญาณทดทสด

(http://www.hs8jyx.com/html/electromagnetic.html)

2.4 สายอากาศโมโนโพล สายอากาศแบบโมโนโพล (Monopole Antenna) เปนการพฒนารปแบบและการท างานจากสายอากาศไดโพล ทท างานแบบสองขว พนฐานการท างานของสายอากาศไดโพลแสดงดงรปท 2.12 โครงสรางจะเปนสายสงสองตวน าปลายเปดสองเสน จดทความยาวจากปลายสดเทากบ /4 เมอโคง หรอหกงอใหปลายสายมลกษณะบานออกหรอหนไปทางตรงขามกนจะท าใหสายตวน าเกดการแผกระจายคลนออกไป ซงเรยกวาสายอากาศไดโพล ความยาวทงหมดของสายอากาศไดโพลเปน เทากบ /2 ของความถทใชงาน สวนสายอากาศโมโนโพล จะใชตวน าดานบนเพยงตวเดยวทเปนตวแผกระจายคลน สวนตวน าอนลางจะเปนระนาบกราวด จะเหนไดวา ทความถเดยวกน สายอากาศโมโนโพลจะมความยาวตวแผกระจายคลน เทากบ /4 แตสายอากาศไดโพล จะเปนเทากบ /4 สองขาง สามารถพจารณาไดวาสายอากาศโมโนโพลอาศยหลกการท างานครงหนงของสายอากาศไดโพล และมระนาบกราวดเขามาทดแทน อกครงหนงเพอใหกระบวนการท างานสมบรณ จากรปท 2.13 สายอากาศโมโนโพลจะปอนสญญาณเพยงขวเดยว และจะใชระนาบกราวดแทนขวทเหลอ แบบรปการแผกระจายคลนของสายอากาศโมโนโพลจะคลายกบสายอากาศไดโพล ท งนขนอยกบขนาดของระนาบกราวด ซงในทางอดมคตแลวระนาบกราวดของสายอากาศ โมโนโพลจะเปนระนาบกราวดสมบรณแบบ และเปนอนนตสงผลใหแบบรปการแผกระจายคลนม

20

เพยงดานบน หรอเพยงครงดานบนของสายอากาศไดโพล แตในทางปฏบตแลวจะพบวา ไมสามารถออกแบบระนาบกราวดไดตามอดมคต ดงนนระนาบกราวดสายอากาศโมโนโพลในทางปฏบตจงเลกกวาในทางทฤษฎมาก จงท าใหแบบรปการแผกระจายคลนเกดการเปลยนทศทางออกไปทางดานหลงของระนาบกราวดดวย หากออกแบบใหสายอากาศโมโนโพลมระนาบขนาดเลกมาก จะพบวา แบบรปการแผกระจายคลนมลกษณะคลายสายอากาศไดโพล ซงมกจะเรยกกนวา มแบบรปการแผกระจายคลนคลายรอบตว (like omnidirectional)

รปท 2.12 โครงสรางพนฐานสายอากาศไดโพล (นายนพนธ ทางทอง, 2011)

รปท 2.13 โครงสรางพนฐานสายอากาศโมโนโพล (นายนพนธ ทางทอง, 2011) สายอากาศแบบโมโนโพล (Monopole Antenna) เปนสายอากาศส าหรบการสงคลนในยานความถตงแตความถมาก (VLF) ความถต า (LF) และความถปานกลาง (MF) จะตองใหความสนใจในแงของความสงของสายอากาศ และการตดตงในแนวตงกบพนโลก เนองจากทความถระดบนคาความยาวคลนมคามาก จงคดคนวธใชสายอากาศทมความยาวเพยง /4 แทนดวยเหตผลทแสดงในรป 2.14

21

รปท 2.14 การแพรคลนของสายอากาศแบบโมโนโพล หรอยนโพล (http://dtv.mcot.net/data/ manual/book1309960190.pdf) จากรปท 2.14 เปนภาพของสายอากาศขนาด λ/4 ตดตงในแนวตงกบพนโลก โดยมญยาณจดปอนทบรเวณดานลางระหวางสายอากาศกบพนดน เราเรยกสายอากาศชนดนวายนโพล (unipole) หรอโมโนโพล (monopole) ซงมคณสมบตแพรคลนไดขนาดเทากนทกทศทางในระนาบแนวนอน สวนระนาบแนวต งมพลงงานบางสวนพงสฟาและอกบางสวนพงเขาหาพนดน เหมอนกบทแสดงดวยเสนประในรปคลนทมทศลงจะกระทบพนดนและสะทอนกลบขนมา โดยมคามมตกกระทบเทากบคามมสะทอน (คดจากพนโลกทเรยบ) ณ จดหนงทหางจากสายอากาศ พลงงานคลนทรบไดเกดจากคลนตรงและคลนทสะทอนกบพนโลก คาความเขมของสนามทจดน เปนคารวมของความเขมสนามในคลนแตละแบบ ถามผสงเกตอยทจดน อาจคดไดวาคลนสะทอนนนสามารถจนตนาการวาแพรออกสายอากาศสวนทใตพนดน (ความจรงไมมสวนน) จากรปเราเหนสายอากาศในความคดน เรยกวาสายอากาศจ าลอง (image antenna) กได ซงจะแสดงวาสายอากาศถกใชงานทความถ 2 เทา ของความจรงของมน ความสงทงหมด ของสายอากาศ (รวมสวนจ าลอง) มคา λ/2 ทกประการ

22

คาอนพทอมพแดนซของสายอากาศน มคาเปนความตานทานอยางเดยวคอ 37 โอหม และในรปท 2.13 จะแสดงการกระจายของกระแสและแรงดนไฟฟาของสายอากาศไดโพลแบบ λ/2

รปท 2.15 ลกษณะของกระแส - แรงดนไฟฟาบนไดโพลแบบ λ/2, (a) คดจากคา r.m.s. (b) คดจาก

คา peak (http://dtv.mcot.net/data/manual/book1309960190.pdf) จากรป 2.15 ทแสดงลกษณะของกระแสน ามาวเคราะหกบสายอากาศแบบ λ/2 หรอโมโนโพลไดวา คลนนง ทเกดขนจะมคากระแสมากทสด ทจดปลายสายอากาศอาจมผลลพธใหคากระแสปรมาณมากไหลจากสายอากาศลงพนดน และสญเสยพลงงานสวนนไป การแกไขใหสญเสยพลงงานสวนนนอยทสด เพอรกษาคาประสทธภาพของสายอากาศใหสงสดเทาทท าได มแนวทางคอ พนดนตองมสภาพตวน าสง โดยการน าลวดทองแดงตอออกจากฐานรอบสายอากาศ เปนระยะทางเทากบความสงของเสา และฝงลงดนดวยความลกประมาณ 1/3 เมตร ซงเสนลวดนท าหนาทคลายกราวดใหกบสายอากาศท าใหเกดการสะทอนของคลนอยางสมบรณ บางกรณการใชสายอากาศแนวตงลกษณะไมจ าเปนตองเปนโมโนโพลเสมอไป (มความสงหรอความยาวเทากบ λ/4) อยางเชนทความถต ามาก คาความยาวของขนาด λ/4 จดวาสงมากไดเชน ทความถ 300 KHz มคา λ/2 = 500 เมตร, คา λ/4 = 250 เมตร หรอความถ 30 KHz มคา λ/2 = 5000 เมตร เหนไดวาการสรางสายอากาศโมโนโพลในยานความถต าขนาดนไมคมคาเลย จงแกไขโดยการสรางสายอากาศใหมขนาดสนลงและไมจ าเปนตองมขนาด λ/4 เสมอไป อาจจะสรางทขนาด λ/16 หรอนอยกวาน เราเรยกสายอากาศแบบนวา สายอากาศอยางสนทางไฟฟา (electrically short)

23

ซงมการตงเสาในแนวดงกบพนโลก และมจดปอนสญญาณทจดฐานของสายอากาศและพนดน สวนการไหลของกระแสทเกดขนจะมลกษณะเปนเสนตรง (Linear) ดงแสดงในรปท 2.16

รปท 2.16 ลกษณะของกระแสบนสายอากาศแบบสนทางไฟฟา (http://dtv.mcot.net/data/ manual/book1309960190.pdf) การสรางสายอากาศทขนาดนอยกวา λ/4 จะมผลตอคณสมบตตางๆ ดงน - ท าใหคาอมพแดนซมองคประกอบทางประจไฟฟาเพมเขามา (เกดรแอกแตนซ) - ลดคาความตานทานการแพรคลนของสายอากาศ - ลดคากระแสในสายอากาศ (คากระแสในวงจรจนทวไปมคาสงสดทรโซแนนซ) การทจะท าใหสายอากาศกลบมารโซแนนซใหม ตองตอคาความเหนยวน าไฟฟาอนกรมเขาทจดปอนสญญาณ แตพบวาโชคไมดทคาสงสดของกระแสทมขนอยเลยความยาวสายอากาศไป ดวยเหตนท าใหก าลงสงทออกมาของสายอากาศแบบสนทางไฟฟามคานอยกวาทประเมนไว ความสงประสทธพล (Effective Height) พจารณาจากกระแสทไหลบนสายอากาศจะมคาไมคงทตลอดทกจดของสายอากาศ แตมคาเปลยนแปลงตามคาความสงหรอความยาวประสทธผลเปนการคดโดยก าหนดใหกระแสบนสายอากาศมขนาดคงทคาหนง และใหคาความเขมของสนามเทากนทกจด ดงนนสามารถสรปไดวา ผลคณของคาความสงหรอความยาวจรงของสายอากาศ (physical length : lphys) กบคาเฉลยของกระแส (Imean) มคาเทากบผลคณของความสงหรอความยาวประสทธผล (leff) กบคาคงทของกระแส (I) เขยนเปนสมการคอ lphys Imean = leffI (2.3) หรอ

24

I

IlL

meanphys

eff (2.4)

ในกรณของสายอากาศแบบสนทางไฟฟา กระแสมการเปลยนแปลงเปนเสนตรงจากคามากทสด (I) ทฐานเสาไปจนมคาศนยทจดยอดสด ดงนนคา Imean = I/2

physeff lL2

1 (2.5)

สวนกรณของสายอากาศโมโนโพล เนองจากการสะทอนของคลนกบพนดนท าใหเหมอนมสายอากาศขนาด 2 เทาของความยาวจรงอย ดงนนคา leff = lphys

ระนาบกราวด เปนตวน าทมการสะทอนเหมอนกระจกเงา ส าหรบตวอยาง เมอมสายอากาศ สงซงเปนไดโพล อยเหนอระนาบกราวด ซงจะเปนตวน าทดในการสงทางดานรบสญญาณจะมคา ผลรวมของสญญาณตรงและสญญาณทไดจากการสะทอนกบระนาบกราวดe ซงแสดงดงรปท 2.17 (a) และรปท 2.17 (b) ถาเราลากเสนลงมาใตระนาบกราวด ground plane เรอยๆจนถงจดหนงจะสงเกตเหนวาจดเรมตนอยทภาพเงา (image) นกคอการสมมตจดทพลกกลบลงของ ไดโพล นนเอง ซงเรยกทฤษฎนวา ทฤษฎเงา (image theory)

รปท 2.17 a) ไดโพลทวางอยเหนอแผนตวน าทสมบรณ, b) รปเสมอนทใชทฤษฎของ Image (http://pgm.npru.ac.th/telecom/data/files/การทดลองท%206%20สายอากาศแบบโม

โนโพล.pdf) รปท 2.18 แสดงโมโนโพลทมความยาว 1 ใน 4 ของคลน หรอ /4 ทวางอยเหนอแผนตวน าทสมบรณซงจะท าใหเสมอนมสายอกครงหนงรวมเปนครงคลนหรอไดโพลขนาด /2

25

รปท 2.18 โมโนโพลทวางอยเหนอแผนตวน าสมบรณ (http://pgm.npru.ac.th/telecom/data/files/ การทดลองท%206%20สายอากาศแบบโมโนโพล.pdf) กระแสไฟฟาในสายอากาศ โมโนโพล จะมคาเทากบไดโพลแตอนพตโวลทเตจจะมคาเพยงครงเดยวของไดโพล ดงนนอนพตอมพแดนซของโมโนโพลจะเปนครงของไดโพล Zin /4 monopole 37.5 ในเมอกระแสของ โมโนโพล มคาเทากนกบ ไดโพลขนาด /2 ดงนนก าลงในการแพรสญญาณจงเทากน แตระนาบกราวดนนจะตดแบบรปการแผคลนลงครงหนง สวนความกวางล าคลนจะเปนครงหนงของไดโพล เพราะฉะนนทศทาง (directivity) และอตราขยาย (gain) จะมคาเปนสองเทาของไดโพล G /4monopole 2 1.64 3.2 or 5 dB

26

แบบรปการแผคลนของโมโนโพล /4 ทพนผวดนสามารถอธบายวามรปแบบการเคลอนทเหมอนกนกบไดโพล /2 ส าหรบมมทมากกวาศนย ซงเปนไปตามทฤษฎดงแสดงในรป 2.18 (b) และเขยนไดดงสมการท 2.6

0,

sin

cos2

cos

2

1)( 4/

monopoleF (2.6)

เมอวางสายอากาศ โมโนโพล ในต าแหนงทเหนอกราวด โดยมความสงเทากบ d/2 ดงแสดงในรปท 2.19 สายอากาศนนจะแสดงตวเปน 2 องคประกอบทเรยงตวกนอย คลนทแพรกระจายออกจากสายอากาศทอยทางดานบนและลางจะไปรวมกนแตจะมเฟสทตางกนท าใหเกดองคประกอบแถวล าดบ (array factor) ดงทจะไดศกษาตอไป

รปท 2.19 การรวมกนของคลนทแพรจากโมโนโพลและทมาจาก image (http://pgm.npru.ac.th/ telecom/data/files/การทดลองท%206%20สายอากาศแบบโมโนโพล.pdf) ซงนจะมความคลายคลงกนคอไดโพลทวางอยเหนอแผนตวน าทสมบรณ ซงไมไดกลาวถงมากอนหนาน เพราะเราศกษากนถงเฉพาะแตไดโพลทอยในอากาศวาง (free space) ไมไดวางอยเหนอกราวด

27

2.4.1 สายอากาศ โมโนโพลมาตรฐาน รปท 2.20 เปนการแสดงสายอากาศโมโนโพล ซงจะมการปอนสญญาณจากสาย โคแอคเชยล (50 โอหม) ทเชอมตอกบแผนระนาบกราวดขนาดใหญ โดยทระนาบกราวดเปนสวนส าคญอนหนงในการออกแบบสายอากาศโมโนโพล ซงควรจะมขนาดใหญพอประมาณ ในทางปฏบตจะใชขนาดรศมเทากบ 5 ซงจะใหผลคลายกบในทางอดมคต และสายอากาศโมโนโพล จะมคารศมนอยทสดเปน 0.5 ในการปอนสญญาณเขาจะใชสายโคแอคเชยลขนาด 50 โอหม เพอสงก าลงไปยงสายอากาศโดยจะมการมการเปลยนแปลงระดบอมพแดนซ ลดลงเปน 37.5 โอหม เนองจากสายอากาศมอนพตอมพแดนซ 37.5 โอหม ซงในกรณนการปรบคาอมพแดนซนนจะอาศยระยะหางระหวางตวน าทอยตรงกลางของโมโนโพลกบขอบทจะเปนระนาบกราวด ซงความสมพนธทวานจะเปนดงสมการท 2.7

a

bZ log600 (2.7)

เมอ a = 0.159 cm. และ b = 0.317 cm. อมพแดนซทไดจะเปน 41.5 โอหม ซงเปนคาตรงกลางระหวางอมพแดนซของสายโคแอคเชยล และอมพแดนซของสายอากาศโมโนโพลคอ 37.5 โอหม

รปท 2.20 จดทปอนสญญาณจากโคแอคเชยลไปยงโมโนโพลและระนาบกราวด (http://pgm. npru.ac.th/telecom/data/files/การทดลองท%206%20สายอากาศแบบโมโนโพล.pdf)

28

2.4.2 สายอากาศโมโนโพลแบบดรปปง (Drooping Monopole) โมโนโพลมาตรฐาน ในระบบสายอากาศจะรวมถงสายอากาศโมโนโพลแบบดรป (drooping dipole) ซงเปนโมโนโพลทสรางใชงานไดสะดวกมาก ดงแสดงในรปท 2.21

รปท 2.21 สายอากาศโมโนโพลแบบดรปปง (Drooping monopole) (http://pgm.npru.ac.th/telecom/ data/files/การทดลองท%206%20สายอากาศแบบโมโนโพล.pdf) ในการอธบายคณสมบตของสายอากาศโมโนโพลแบบดรป พจารณาทไดโพลครงคลน (half wave dipole) ทมอมพแดนซ = 73 โอหม ในรป 2.22 (a) เมอวางลวดทดานลางของครงของไดโพล โดยใหกางออก 180 องศาดงรปท 2.20 (c) จะท าใหไดโมโนโพลมาตรฐานทมคณสมบตทาง อมพแดนซ = 37.5 โอหม ลวดทกางจะท ามมตางกนเพยง 90 องศา (45 องศาจากแนวตง) ดงรปท 2.20 (b) จะท าใหได สายอากาศโมโนโพลแบบดรป ทมคณสมบตทางอมพแดนซใกลเคยงคา 50 โอหม ซงวธการทใชนจะเปนการแมทชงกนทาง อมพแดนซกบสายโคแอคเชยล

29

รปท 2.22 a) ไดโพลครงคลน (half-wave dipole), b) สายอากาศโมโนโพลแบบดรปปง (Drooping monopole), c) โมโนโพลมาตรฐาน (http://pgm.npru.ac.th/telecom/data/files/การทดลอง ท%206%20สายอากาศแบบโมโนโพล.pdf)

2.5 ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ 2.5.1 สายอากาศครอบคลมยานอลตราไวดแบนด สายอากาศแบบครอบคลมยานอลตราไวดแบนด (T.A. Denidni and M.A. Habib, 2006), (Osama Haraz and Abdel - Razik Sebak, 2013) และ (Jianxin Liang และคณะ 2005) คอ การน าสายอากาศหนงตวมาท างานครอบคลมยานอลตราไวดแบนด ซงยานความถถกก าหนดโดยองคกรก าหนดยานความถ (Federal Communications Commission : FCC) ความถอยท 3.1 - 10.6 GHz และไดก าหนดใหอยในมาตรฐาน IEEE 802.15.3a สายอากาศอลตราไวดแบนด มความเรวในการรบ-สงขอมลสงสดถง 480 Mbps ทระยะทาง 10 เมตร ตวอยางสายอากาศอลตราไวดแบนดแสดงในรปท 2.9

2.5.2 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถ

เนองดวยความกาวหนาของเทคโนโลยการสอสารแบบไรสาย สงผลใหความตองการในการเพมประสทธภาพของสายอากาศมมากขนตามไปดวย จากสายอากาศธรรมดาหนงตนกสามารถพฒนาใหมอตราขยายทสงขน แบนดวดทกวางขน ดวยการแบงสายอากาศออกเปนหลายตวแบบใหมขน ตวอยางปรทศนวรรณกรรมไดแสดงในรปท 2.24 - 2.28

30

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบงออกเปน 2 แบบคอ แบบสวทช (microelectromechanical systems : MEM Switch) และแบบการหมน เชน สายอากาศแบบ MEMS switch (K.R.Boyle, 2007) มขอดคอ สมรรถนะของสายอากาศดขน และสายอากาศมขนาดเลกน าหนกเบา ขอเสยมแถบความถแคบเทคนคอนทสองตอมาเปนการการแบงสายอากาศออกเปนหลายตวเลอกยานสายอากาศดวยการหมน (Y.Tawk, C.G. Christodoulou, 2009) มขอดคอ สามารถเลอกยานใชงานไดงายโดยมสองยาน และอตราขยายเพมขน ขอเสยคอไมครอบคลมยานความถยานอลตราไวดแบนด และการแผสญญาณไมสม าเสมอ สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช การออกแบบสายอากาศ พลานาอนเวทเอฟ (a planar inverted F antenna : PIFA) (K. R. Boyle, 2007) การท างานจะเลอกยานใชงานโดยใชสวทช (microelectromechanical systems : MEM Switch) เลอกยานใชงาน 2 ยานคอ ยานความถต า (Low band) และความถสง (High band) มขอดคออตราขยายดขน และสายอากาศมขนาดเลกน าหนกเบา ขอเสย แถบความถแคบ ดงนนวทยานพนธนจงเสนอการออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถใหครอบคลมยานอลตราไวดแบนดแบบใหม จะแบงตามเทคโนโลยอลตราไวดแบนดมาตรฐานไวมเดย (WiMedia) ดงแสดงในรปท 2.23

รปท 2.23 เทคโนโลยอลตราไวดแบนดมาตรฐานไวมเดย (WiMedia) (Zhi Ning Chen, 2007)

31

โดยแบงเปน 5 ยานชวงความถ ซงใชสายอากาศ 5 ตว เพอใหมอตราขยายและลดการแทรกสอดสญญาณ จากขอเทจจรงนเราไดศกษาและปรบเปลยนโครงสรางสายอากาศ และศกษาผลกระทบของรปแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถซงสามารถเพมประสทธภาพของสายอากาศตามทตองการได จากงานปรทศนวรรณกรรมทไดกลาวมาขางตนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ยงคงเปนทสนใจและถกน ามาประยกตใชกนในปจจบน ดงแสดงงานปรทศนวรรณกรรมในรปท 2.24 ถง รปท 2.28

(ก) โครงสรางแบบทน าสายอากาศตวเดยวมาใชครอบคลมความถยานอลตราไวดแบนด

(ข) แสดงคาสมประสทธการสะทอนกลบ ( return loss) รปท 2.24 สายอากาศครอบคลมยานอลตราไวดแบนดแบบหนงตว (S.M. Naveen และคณะ, 2012)

32

สายอากาศจากรปท 2.24 เปนสายอากาศหนงตวท างานครอบคลมความถยานอลตราไวดแบนด มขอดคอครอบคลมยานอลตราไวดแบนด ขอสงเกตคอ อตราขยายต า

(ก) โครงสรางแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ (reconfigurable antenna) แบบสวทช

(ข) แสดงคาสมประสทธการสะทอนกลบ ( return loss) รปท 2.25 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช (Y. Tawk และคณะ, 2010)

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถจากรปท 2.25 มขอดคอสามารถเลอกยานใชงานไดงายโดยใชสวทชทงหมด 3 ยาน สายอากาศมขนาดเลก น าหนกเบา และอตราขยายเพมขน ขอสงเกตคอ ไมครอบคลมยานความถอลตราไวดแบนด

33

(ก) โครงสรางของสายอากาศปรบเปลยนความถแบบหมน

(ข) คาสมประสทธการสะทอนกลบ ( return loss) รปท 2.26 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบหมน (Y. Tawk, and C.G. Christodoulou, 2009)

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบการหมน จากรปท 2.26 มขอดคอสามารถเลอกยานใชงานไดงายโดยมสองยาน สายอากาศมขนาดเลก น าหนกเบา และอตราขยายเพมขน ขอสงเกตคอ การแพรกระจายคลนไมสม าเสมอ และไมครอบคลมยานความถอลตราไวดแบนด

34

(ก) โครงสรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช (K. R. Boyle, 2007)

(ข) โครงสรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช (K. R. Boyle, 2007) รปท 2.27 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทชแบงเปนยานความถต าและยานความถสง สายอากาศ แบบสวทชจากรปท 2.27 เปนสายอากาศทแยกสญญาณออกเปนยานความถต า

35

และความถสง แบงชวงความถออกเปน 9 ชวงความถ ใชซอฟแวรในการควบคมการท างานเลอกยาน มขอดคอ อตราขยายของสายอากาศดขน สายอากาศมขนาดเลก น าหนกเบา และมชวงใชงานถง 9 ชวง

(ก) โครงสรางของสายอากาศ

(ข) คาอตราสวนคลนนงของแรงดน (Voltage Standing Wave Ratio : VSWR) ของสายอากาศ

รปท 2.28 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทช (Yingsong LI and และคณะ, 2012)

36

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบสวทชจากรปท 2.28 มขอดคอ สามารถเลอกยานใชงานไดงายโดยการกดสวทช และครอบคลมยานอลตราไวดแบนด ขอสงเกตคอ สายอากาศมโครงสรางทซบซอน

2.6 สรป ส าหรบวทยานพนธนน าเสนอการประยกตใชสายอากาศอลตราไวดแบนด โดยน าขอด

ของเทคโนโลยการสอสารอลตราไวดแบนดมาปรบใชในวทยานพนธนไดแก มอตราการสงขอมลทสง มราคาถก มแบนดวดท ทกวาง มการใชพลงงานต า ดวยเหตนจงมความสอดคลองกบเทคโนโลยสายอากาศแบบโมโนโพล ทมขอดคอ มโครงสรางทงายไมซบซอน และมความแขงแรง มแบนดวธทกวาง มการใชพลงงานทต า เปนตน ดงนนวทยานพนธนจงเลอกเทคโนโลยสายอากาศแบบโมโนโพลมาประยกตใช โดยการน ายานความถอลตราไวดแบนดมาแบงชวงความถใชงานเปน 5 ชวง ครอบคลมยานอลตราไวดแบนด เพอใหสายอากาศมอตราขยายสงขนและสามารถน าสายอากาศไปประยกตใชส าหรบตดตงใชในการสอสารแบบไรสาย และเพมประสทธภาพใหกบเครอขายทองถนแบบไรสาย

38

บทท 3 การออกแบบสายอากาศ

3.1 กลาวน า ส าหรบยานอลตราไวดแบนด สายอากาศเปนสงส าคญทจะถกพฒนาในเครอขายไรสาย ซงจะถกน าไปใชส าหรบรบสงคลนความถ ดงนนสายอากาศควรมก าลงงานทเพยงพอ อาจมล าคลนทศทางเดยวหรอรอบทศทาง ครอบคลมพนทใหบรการ และมอตราขยายสง นอกจากนสายอากาศจะตองมโครงสรางทงายและราคาไมแพง สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดมคณสมบตทโดดเดนคอ มรปรางสายอากาศทเรยบงาย โครงสรางสามารถเปลยนแปลงไดงายและหลากหลาย อยางไรกตามสายอากาศแบบครอบคลมยานอลตราไวดแบนดโดยใชสายอากาศตนเดยวเปนสายอากาศทมการใชคลนความถสนเปลองโดยเปลาประโยชนในกรณสงสายอากาศเพยงตวเดยวตลอดยานอลตราไวดแบนด ซงใชเพยงชวงความถใดความถหนงใชงานเทานน แตชวงความถทไมไดใชงานกลบถกสงออกไปดวย จงสงผลใหการใชงานคลนสญญาณไมเพยงพอ ท าใหเกดการแทรกสอดรบกวนกนของคลนสญญาณขน ท าใหประสทธภาพในการรบสงขอมลจงลดลงและอตราขยายลดลง จากปญหาดงกลาว การน าสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวแบนดมาออกแบบเพอแกปญหาดงกลาวขางตน บทนจะกลาวถงการออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด โดยออกแบบทความถปฏบตการ 3.1-10.6 GHz สายอากาศทออกแบบแลวจะถกจ าลองผลในโปรแกรม CST Microwave Studio เพอพจารณาคา S11 การแจกแจงกระแส แบบรปการแผพลงงาน และอตราขยายของสายอากาศ

3.2 การศกษาสายอากาศโมโนโพล จากทฤษฎสายอากาศโมโนโพล ซงแสดงโครงสรางสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม ได

ดงรปท 3.1 ประกอบไปดวย 4 สวน สวนแรกเรยกวาแพทช (Patch) คอสวนในการแผกระจายคลน โดยทวไปมกมลกษณะรปรางเปนสเหลยมมมฉากหรอวงกลม สวนทสองคอวสดฐานรอง (Substrate) เปนสารไดอเลกตรก สวนทสามเปนตวปอน และสวนทสเปนระนาบกราวด ถากราวดมขนาดเทากบแผนไดอเลกตรกจะเรยกวาสายอากาศไมโครสตรป ซงมแบนดวดทแคบ เมอลดขนาด

38

กราวดลง จะเรยกวา สายอากาศโมโนโพลบนแผนวงจรพมพ จากการศกษาปรทศนวรรณกรรม พบวาสายอากาศชนดนมแบนวดธกวางมาก และมแบบรปการแผพลงงานรอบตวในระนาบเดยว (omidirectional) ดงน นเพอยนยนทฤษฎ จงท าวเคราะหดวยการจ าลองแบบ (Simulation) ของโครงสรางสายอากาศท างานในยานความถอลตราไวดแบนด (3.1-10.6 GHz) สวนท ส คอตวปอนสญญาณ รปแบบการปอนสญญาณมไดหลายรปแบบไมวาจะเปน CPW (CoplanarWaveguide) สายโคแอคเชยลโพรบ (Coaxial Probe) และไมโครสตรป (Microstrip line) เปนตน จากการศกษางานวจยสายอากาศโมโนโพลทมรปแบบการปอนสญญาณไมโครสตรป (Microstrip line) จะครอบคลมความถใชงานของยานอลตราไวดแบนด (3.1-10.6 GHz) โดยผลการวดของคาแบนดวดทและความถกลางของสายอากาศทสรางขนมแนวโนมใกลเคยงกบผลการจ าลองแบบดวย

รปท 3.1 โครงสรางของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม (Jianxin Liang และคณะ, 2005) 3.2.1 การค านวณสายอากาศโมโนโพล

สามารถค านวณหาคาพารามเตอรอางองของสายอากาศโมโนโพล แสดงไดดงตอไปน เมอก าหนดใหมการออกแบบสายอากาศทมความถคอประมาณ 3 GHz และปอนก าลงงานดวยสายสงไมโครสตรป 50 โอหม ความยาวของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม หาไดจาก

2r = g /2 (3.1) เมอ r คอรศมของวงกลม

39

จาก g = rf

c

0

(3.2)

เมอ 0f คอความถในอากาศวาง และ g คอความยาวคลน

จะได g = .67.474.4103

1039

8

mm

จาก (3.1) จะได 2

2g

r

.92.11 mmr 3.2.2 การจ าลองแบบของสายอากาศโมโนโพล โครงสรางของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม (Jianxin Liang และคณะ, 2005) แสดงในรปท 3.1 มโครงสรางสามสวนคอ สวนบนทเปนสวนของการแผคลนโดยทวไปจะมรปรางเปน วงกลม สามเหลยม วงรหรออน ๆ แลวแตการออกแบบเพอน าไปใชงาน โดยมสวนทสองเปนวสดฐานรองไดอเลกตรกทคนกลางระหวางกราวดกบสวนของการแผกระจายคลนทเปนแผนตวน า และสวนทสามคอ กราวดของสายอากาศ และสามารถแสดงคาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพลไดดงตาราง 3.1 เรมตนการจ าลองผลดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 โดยปอนสญญาณทบรเวณกงกลางของสายอากาศโมโนโพล จะไดคา S11 แสดงดงรปท 3.2 พบวาคา S11 มคานอยกวา -10 dB ครอบคลมชวงความถตงแต 3.1 GHz ถง 10.6 GHz โดยคา S11 มคาต าสดทความถ 3.4 GHz ซงถอเปนความถเรโซแนนซ สวนความถ 5.5 GHz และ 7.8 GHz จะเปนความถฮารโมนกสท 1 และ 2 ตามล าดบ ส าหรบแบบรปการแผพลงงานทงในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลก แสดงดงรปท 3.3 และรปท 3.4 ตามล าดบ ซงมความกวางครงก าลงของระนาบสนามไฟฟาเทากบ 67.2 องศา โดยผลการจ าลองทไดมอตราขยาย 3.91 dB ตารางท 3.1 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพล

พารามเตอรของสายอากาศไดโพล ขนาด(mm.) h : ระยะหางขอบลางของแพตชกบขอบบนของระนาบกราวด 0.3 L1 : ความสงของระนาบกราวด 20 w1 : ความกวางของตวปอน 2.6 W : ความกวางทงหมดของระนาบกราวด 42 r : รศมของแพตชวงกลม 11.92 L : ความสงทงหมดของสายอากาศ 50

40

รปท 3.2 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม

รปท 3.3 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟาของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม

รปท 3.4 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม

41

ศกษาการปรบเปลยนรศม r

รปท 3.5 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา r แตกตางกน

เมอพจารณารปท 3.3 และ 3.4 พบวาสายอากาศโมโนโพลทความถยานอลตราไวดแบนดมการแผกระจายคลนแบบรอบตวในระนาบเดยว (Omni-directional) และยงพบวาเมอท าการปรบเปลยนรศม r สงผลใหความถในการเรโซแนนซเปลยนแปลง แตแบนดวดทยงคงกวางอย แสดงดงรปท 3.5 และผลของอตราการขยายก าลงงานของสายอากาศเทากบ 3.91 dB เทยบกบการน าไปใชงานยงมอตราขยายต า และถาน าสายอากาศดงกลาวไปใชงานจรงทความถยานอลตราไวดแบนด จะเกดการรวบกวนกนของสญญาณเนองจากมการใชงานตลอดทงยาน และท าใหเกดการใชความถแบบไมมประสทธภาพ ดงนนวทยานพนธนจงตองการออกแบบใหสายอากาศท างานในความถยานอลตราไวดแบนดโดยมการรบกวนกนนอย โดยออกแบบใหสายอากาศท างานแบงเปน 5 ยานตามมาตรฐานอลตราไวดแบนด (Zhi Ning Chen, 2007)

ศกษาการปรบเปลยนคา h เมอท าการเปรยบเทยบคา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา h แตกตางกน

พบวาความถเรโซแนนซเปลยน โดยคา h จะใชในการแมตชอมพแดนซ ดงแสดงในรปท 3.6

42

รปท 3.6 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา h แตกตางกน

ศกษาการปรบเปลยนคา 1L ท าการเปรยบเทยบคา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา 1L แตกตางกน พบวา

ความถเรโซแนนซเปลยน ดงแสดงในรปท 3.7

รปท 3.7 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา 1L แตกตางกน

43

ศกษาการปรบเปลยนคา W ท าการเปรยบเทยบคา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา W แตกตางกน พบวา

ความถเรโซแนนซเปลยนแปลงเลกนอย ดงแสดงในรปท 3.8

รปท 3.8 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทคา W แตกตางกน เมอพจารณาแบบรปการแจกแจงกระแส (current distribution) ของสายอากาศโมโนโพล

โดยให r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm, และ L = 50 พบวาการแจกแจงกระแสมลกษณะแบบรปทแตกตางกนในแตละความถ โดยทความถ 3 GHz จะใหแบบรปกระแสทมความเขมสงบรเวณกงกลางสายสง และปรมาณความเขมจะลดลงไปยงปลายทงสองดานของสายสงไมโครสตรป แสดงดงรปท 3.9 (ก) เราถอวาความถนเปนความถเรโซแนนซสวนทความถ 6.5 GHz แบบรปกระแสมความเขมสงอยบรเวณสวนบนและลางของสายสง แสดงดงรปท 3.9 (ข) ถอเปนฮารโมนกท 1 สวนทความถ 9 GHz กระแสมความเขมสงอยบรเวณดานบน กลางและดานลาง แสดงดงรป 3.9 (ค) ถอเปนฮารโมนกท 2 ดงนนถาตองการออกแบบสายอากาศใหมความถเปน 5 ยานตามมาตรฐาน อลตราไวดแบนด เราสามารถปรบเปลยนรปรางของตวปอนสญญาณตามต าแหนงการแจกแจงกระแสได

44

(ก) 3.1 GHz

(ข) 6.5 GHz

(ค) 9 GHz

รปท 3.9 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม โดยให r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 (ก) 3 GHz, (ข) 6.5 GHz, (ค) 9 GHz.

45

เมอพจารณารปแบบการแผก าลงงานทความถ 3.1 GHz 6.5 GHz และ 9 GHz พบวาลกษณะแบบรปการแผก าลงงานแตละความถใกลเคยงกน หมายความคอไมวาจะใชงานทความถใดกตามลกษณะการแผกระจายคลนจะมลกษณะการแผกระจายคลนรอบตวในระนาบเดยว แสดงดงรปท 3.10 ถง 3.12 ตามล าดบ

(ก) E-plane (ข) H-plane รปท 3.10 แบบรปการแผก าลงงานสายอากาศ เมอ r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 mm ทความถ 3.1 GHz

(ก) E-plane (ข) H-plane รปท 3.11 แบบรปการแผก าลงงานสายอากาศ เมอ r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 mm ทความถ 6.5 GHz

46

(ก) E-plane (ข) H-plane รปท 3.12 แบบรปการแผก าลงงานสายอากาศ เมอ r = 10 mm, h = 0.3 mm, W = 42 mm และ L = 50 mm ทความถ 9 GHz

จากผลการจ าลองแบบขางตน ท าใหผวจ ยมแนวคดในการออกแบบสายอากาศยาน

อลตราไวดแบนด โดยท าใหสายอากาศโมโนโพลสามารถท างานครอบคลมยานความถ 3.1 - 10.6 GHz มอตราขยายสงขน และใชความถอยางมประสทธภาพ ซงใชการออกแบบเปน 5 ยานตามมาตรฐาน อลตราไวดแบนด โดยมหลกการออกแบบคอปรบเปลยนรปรางของตวปอนสญญาณและรปรางของตวรแผกระจายก าลงงาน โดยจะใชการออกแบบทความถกลางของแตละยานความถ

3.3 การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสาร ไรสายยานอลตราไวดแบนด

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบหมน (Y.Tawk, C.G. Christodoulou, pp. 1378-1381, 2009) สามารถชวยเพมประสทธภาพของสายอากาศไดดวยการใชสายอากาศ 2 ตวท างานคนละชวงความถ โดยเลอกยานความถดวยแบบหมน ขอดคอสามารถเลอกยานการใชงานไดงายโดยม 2 ยาน ขอเสยไมครอบคลมความถยานอลตราไวดแบนด และการแผกระจายสญญาณไมสม าเสมอ ดงนนวทยานพนธนจงเสนอการออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถใหครอบคลมยานอลตราไวดแบนดแบบใหมโดยใชสายอากาศ 5 ตว (Zhi Ning Chen, 2007) โดยใชระบบควบคมการหมน เพอใหมอตราขยายและแบนดวดททดขน จากขอเทจจรงนเราไดศกษาและปรบเปลยนโครงสรางสายอากาศ และศกษาผลกระทบของรปแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถซงสามารถเพมประสทธภาพของสายอากาศตามทตองการชวงความถใชงานของสายอากาศแบบ

47

ปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดแสดงในตารางท 3.2

ตารางท 2.3 ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการ สอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

ล าดบสายอากาศ ครอบคลมยานความถ (GHz) สายอากาศตวท 1 3.1 – 4 สายอากาศตวท 2 4 – 5.0 สายอากาศตวท 3 5 – 6.3 สายอากาศตวท 4 6.3 – 8 สายอากาศตวท 5 8.0 – 10.6

3.3.1 การปรบรปรางตวปอนส าหรบสายอากาศโมโพลแบบวงกลม การออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถโดยแบงสายอากาศยอยได 5 ตว ซงแบงตาม (S.M. Naveen, R.M. Vani and P.V. Hunagund, 2007) เทคโนโลยอลตราไวดแบนด มาตรฐานของ WiMedia ไดแบงชวงความถออกเปน 5 ชวงแบนดความถ โดยครอบคลมยานอลตราไวดแบนด 3.1-10.6 GHz พจารณาการปรบเปลยนตวปอนจากการปอนแบบไมโครสตรป (microstrip line) ในรปท 3.13 ซงมความเขมของกระแสอยบรเวณดานลางของตวปอนสญญาณซงแสดงดงรป 3.14 เปนตวปอนสญญาณใหมลกษณะดงรปท 3.15 พบวาความถเรโซแนนซของสายอากาศจะเปลยนไป และ มแบนดวดทแคบลง ดงรปท 3.17 ถาพจารณาในกรณของอตราขยายพบวาการปรบเปลยนตวปอนท าใหอตราขยายเพมขนจาก 3.91 dB เปน 7.51 dB แสดงดงรปท 3.16 ดงนนในล าดบตอไปกจะท าการปรบลดขนาดของตวปอนสญญาณใหเหมาะสมของแตละยานความถ

48

รปท 3.13 โครงสรางสายอากาศมโนโพลทปอนดวยสายสงไมโครสตรป ทความถ 5.65 GHz

ตารางท 3.3 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพล พารามเตอรของสายอากาศไดโพล ขนาด(mm.)

h : ระยะหางขอบลางของแพตชกบขอบบนของระนาบกราวด 0.3 L1 : ความสงของระนาบกราวด 20 w1 : ความกวางของตวปอน 2.6 W : ความกวางทงหมดของระนาบกราวด 42 r : รศมของแพตชวงกลม 6 L : ความสงทงหมดของสายอากาศ 50

รปท 3.14 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม ทความถ 5.65 GHz

49

รปท 3.15 โครงสรางสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมหลงจากปรบตวปอนความถ 5.65 GHz

ตารางท 3.4 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมหลงจากปรบตวปอนความถ 5.65 GHz

พารามเตอรของสายอากาศไดโพล ขนาด (mm.) h : ระยะหางขอบลางของแพตชกบขอบบนของระนาบกราวด 0.3 L1 : ความสงของระนาบกราวด 20 w1 : ความกวางของสายตวน า 2.6 W : ความกวางทงหมดของระนาบกราวด 42 r : รศมของแพตชวงกลม 6 L : ความสงทงหมดของสายอากาศ 50

รปท 3.16 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลม หลงจากปรบตวปอนทความถ 5.65 GHz

50

รปท 3.17 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพล แบบใชสายสงไมโครสตรป และแบบปรบตวปอน

รปท 3.18 แบบรปการแผพลงงานส าหรบสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมทใชตวปอนแบบ ไมโครสตรป

รปท 3.19 แบบรปการแผพลงงานส าหรบสายอากาศแบบโมโนโพลแบบวงกลม หลงจากปรบตว ปอนทความถ 5.65 GHz

51

3.3.2 การปรบรปรางตวปอนส าหรบสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน วทยานพนธนเลอกใชรปรางตวแผก าลงงาน 2 แบบคอ แบบวงกลมและวงแหวน

ส าหรบการปรบรปรางของตวแผก าลงงานจากวงกลมมาเปนวงแหวนแสดงในรปท 3.20 ซงมความเขมของกระแสอยบรเวณดานลางของตวปอน แสดงดงรปท 3.21 พบวาความถเรโซแนนซของสายอากาศเปลยนไปโดยจะมแบนดวดทแคบลง ดงรปท 3.23 ถาพจารณาในกรณของอตราขยายพบวาการปรบเปลยนตวปอนท าใหอตราขยายเพมขนจาก 3.91 dB เปน 8.51 dB แสดงดงรปท 3.18 และ 3.19 ตามล าดบ

รปท 3.20 โครงสรางสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน

ตารางท 3.5 คาพารามเตอรของสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน พารามเตอรของสายอากาศไดโพล ขนาด(mm.)

h : ระยะหางขอบลางของแพตชกบขอบบนของระนาบกราวด 0.3 L1 : ความสงของระนาบกราวด 20 w1 : ความกวางของสายตวน า 2.6 W : ความกวางทงหมดของระนาบกราวด 42 r : รศมของแพตชวงกลม 7.5 L : ความสงทงหมดของสายอากาศ 50

52

รปท 3.21 การแจกแจงกระแสของสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 3.22 แบบรปการแผพลงงานส าหรบสายอากาศแบบโมโนโพลแบบวงแหวน

รปท 3.23 คา S11 ของสายอากาศโมโนโพลแบบวงแหวน

53

3.3.3 การปรบรปรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ การพฒนาเกยวกบเทคโนโลยวทยรคดเพอจดสรรคลนความถใชงาน ประกอบไปดวย สวนสายอากาศตรวจคลนจบสญญาณ (Sensing Antenna) ตวตรวจจบคลนความถ (Spectrum Sensing) ตววเคราะห (Spectrum Analysis) ตวตดสนใจเลอกความถ (Spectrum Decision) และสวนสายอากาศปรบเปลยนความถ (Reconfigurable Antenna) ดงนนวทยานพนธนจงออกแบบระบบสายอากาศแบงเปน 2 สวนวางบนแผนวงจรพมพเดยวกน แสดงดงรปท 3.24 โดยดานซายจะเปนสายอากาศตรวจคลนจบสญญาณ และดานขวาเปนสายอากาศปรบเปลยนความถ ซงโครงสรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ สามารถแบงการท างานเปน 5 ยานความถ ดงนนจงจ าเปนตองออกแบบสายอากาศ 5 ตวส าหรบปรบเปลยนการท างาน สายอากาศปรบเปลยนความถแบบ A ในการออกแบบเบองตนจะเลอกใชสายอากาศตรวจคลนจบสญญาณตาม (Y. Tawk, J. Costantine, K. Avery and C.G. Christodoulou, 2011) ส าหรบสายอากาศปรบเปลยนความถจะใชสายอากาศโมโนโพลแบบวงกลมรวมกบการปรบรปรางตวปอน พรอมปรบระยะ h และปรบต าแหนงสายอากาศ โดยการหาต าแหนงสายอากาศจะพจารณาจากสเตปปงมอเตอร ซงสามารถหมนไดสเตปละ 7.5 องศา ดงนนจงก าหนดใหสายอากาศอยในต าแหนงตางๆดงตารางท 3.6 ขนาดสายอากาศแสดงดงรปท 3.24 จากผลการจ าลองแบบ พบวา เมอน าสายอากาศมาออกแบบบนแผนวงจรพมพเดยวกน จะเกดการเหนยวน ากบสายอากาศขางเคยง จงท าใหความถขอสายอากาศแตละตวเปลยนแปลงไป ดงแสดงในรปท 3.25 ตารางท 3.6 การวางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A ตามองศาของสเตปปงมอเตอร

สายอากาศ

จ านวนสเตปปงมอเตอร (1 STEP = 7.5 องศา)

ต าแหนงองศาของสายอากาศ

(องศา) ตวท 1 2 15 ตวท 2 44 330 ตวท 3 24 180 ตวท 4 38 285 ตวท 5 30 225

54

รปท 3.24 โครงสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A

รปท 3.25 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A

55

รปท 3.26 ผลการจ าลองแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ A ทความถ 7.7 GHz

สายอากาศปรบเปลยนความถแบบ B

รปท 3.27 รปสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ B

จากการพจารณาการออกแบบสายอากาศปรบเปลยนความถแบบ A ซงเปนการน าสายอากาศโมโนโพลทปรบขนาดใหเหมาะสมแตละยานความถแลวมาจดเรยงลงบนแผนวงจรพมพ

56

เดยวกน ท าใหคา S11 มการเปลยนแปลง โดยสายอากาศไมสามารถท างานในยานความถทออกแบบไวได เนองจากเกดการเหนยวน าระหวางสายอากาศ ตอมาจงหาต าแหนงสายอากาศโดยพจารณาจาก สเตปปงมอเตอรใหมอกครง พรอมทงปรบเปลยนรปรางสายอากาศใหเหมาะสม ดงนนจงก าหนดใหสายอากาศอยในต าแหนงตางๆ ดงตารางท 3.7 ขนาดสายอากาศแสดงดงรปท 3.27 และผลการจ าลองแบบแสดงดงรปท 3.26 พบวาสายอากาศปรบเปลยนความถแบบ B มความถใชงานใกลเคยงความถทตองการออกแบบในบางยานความถเทานน แตยงไมครอบคลมทกยานความถใชงาน เนองจากสายอากาศตวทใกลกนเกดการเหนยวน ากนขน ท าใหความถไมไดตามยานความถใชงาน เปรยบเทยบคา S11 ดงแสดงในรปท 3.30 ถง 3.35 ตารางท 3.7 การวางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ B

สายอากาศ จ านวนสเตปปงมอเตอร (1 STEP=7.5 องศา)

ต าแหนงองศาของสายอากาศ (องศา)

ตวท 1 24 180 ตวท 2 2 15 ตวท 3 36 270 ตวท 4 10 75 ตวท 5 44 330

สายอากาศปรบเปลยนความถแบบ C

จากความรในหวขอทผานมาผวจยไดทดลองปรบรปรางของตวปอนสญญาณและรปรางตวแผพลงงานใหแตกตางกนดงรปท 3.24 เพอลดการเหนยวน าระหวางสายอากาศ ผวจยไดออกแบบสายอากาศแตละตวใหมรปรางแตกตางกน โดยปรบต าแหนงสายอากาศตวท 1 ถงตวท 5 ทมความถใกลเคยงกนใหแยกออกจากกน ใหเอาความถอนทไมใกลเคยงกนมาสบเปลยน พบวา S11 ไมเปนไปตามทความถทใชงาน แสดงดงรปท 3.25 เนองจากต าแหนงของสายอากาศยงคงวางไมถกตองจงเปนเหตผลใหปรบต าแหนงการวางของสายอากาศเปนครงทสอง และทดลองปรบรปรางของตวแผกระจายก าลงงานเปนแบบวงแหวนดงรปท 3.27 พบวา S11 ยงมคาไมต ามาก ดงรปท 3.30 ถง 3.34 จงท าการปรบต าแหนงการวางของสายอากาศแตรปรางยงคงเหมอนครงทสองดงรปท 3.28 ถาพจารณา แบบรปการแผก าลงงานพบวา เปนแบบรอบทศทางในระนาบเดยว (omnidirectional) แสดงดงรปท 3.29 และพบวา S11 เปนไปตามความถทไดออกแบบไวในความถยานอลตราไวด

57

แบนด ดงรป 3.30 ถง 3.34 คาอตราขยายของสายอากาศทดทสดทความถใชงาน โดยไดอตราขยายท 8.29 dB รปท 3.35 แสดงคา S11 ของสายอากาศแบบตรวจจบความถทงกรณสายอากาศตนเดยวและกรณวางบนแผนวงจรเดยวกนกบสายอากาศปรบเปลยนความถ พบวาคา S11 ของสายอากาศตรวจจบความถสามารถท างานครอบคลมยานความถ 3.1 - 10.6 GHz โดยก าหนดใหสายอากาศอยในต าแหนงตางๆ ดงตารางท 3.8

รปท 3.28 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถทปรบเปลยนรปรางแบบ C (สายอากาศทน าเสนอ)

ตารางท 3.8 การวางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแบบ C สายอากาศ จ านวนสเตปปงมอเตอร

(1 STEP=7.5 องศา) ต าแหนงองศาของสายอากาศ

(องศา) ตวท 1 24 180 ตวท 2 2 15 ตวท 3 10 75 ตวท 4 36 270 ตวท 5 44 330

58

รปท 3.29 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทน าเสนอทความถ 3.55 GHzไดอตราขยาย 8.29 dB

รปท 3.30 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปราง และ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 1

59

รปท 3.31 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปรางและ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 2

รปท 3.32 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปรางและ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 3

60

รปท 3.33 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปรางและ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 4

รปท 3.34 คา S11 ของสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทยงไมปรบรปรางและ สายอากาศแบบปรบรปรางแลวเสรจ Shape 5

61

รปท 3.35 คา S11 ของสายอากาศแบบตรวจจบความถ

ผลการปรบสายอากาศ ท าใหไดสายอากาศตนแบบ เพอน าไปใชในการสอสารยาน อลตราไวดแบนดความถ 3.1 GHz - 10.6 GHz ดงแสดงในรปท 3.36 และแบบรปการแผก าลงงานในระนาบสนามไฟฟาและระนาบสนามแมเหลก แสดงดงรปท 3.37 ถง 3.41

รปท 3.36 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถรวม

62

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 3.37 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 1

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 3.38 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 2

63

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 3.39 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 3

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 3.40 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 4

64

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 3.41 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศตวท 5

3.4 การท างานของชดสเตปปงมอเตอร ในหวขอน จะกลาวถงรายละเอยดในการควบคมทศทางของสเตปปงมอเตอร โดยสเตปปง

มอเตอรทใชเปนแบบ 5 สาย 4 เฟส ซงจะมสายรวม (Common) 1 สาย และอก 4 สายเปนสายเฟส ใชในการควบคมการท างานของสเตปปงมอเตอร กลาวคอ เมอท าการปอนกระแสใหไหลผานขดลวดทละขดเรยงกนไปจะท าใหมอเตอรเกดการหมนขน เมอตองการเปลยนทศทางการหมนของสเตปปงมอเตอร สามารถท าไดโดยเปลยนล าดบการปอนกระแส

รปท 3.42 สเตปปงมอเตอรทมการหมนสเตปละ 7.5 องศา

65

รปท 3.43 วงจรภายในสเตปปงมอเตอรแบบ 5 สาย 4 เฟส

ในการขบสเตปปงมอเตอร สามารถท าได 2 ลกษณะ คอ แบบ Full Step และแบบ Half Step โดยการขบสเตปปงมอเตอรแบบ Half Step จะมความละเอยดมากกวาแบบ Full Step โดยการขบสเตปปงมอเตอร ทง 2 แบบ ท าโดยการปอนกระแสไฟฟาใหขดลวดทละขดเรยงกนไป สามารถแสดงไดดงตารางท 3.9 และ 3.10 ตารางท 3.9 การขบแบบ Full Step

Full Step Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1

ตารางท 3.10 การขบแบบ Half Step

Half Step Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 1 1 0 0 0 2 1 1 0 0 3 0 1 0 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1

66

ในการควบคมสเตปปงมอเตอร เนองจากสเตปปงมอเตอร เปนอปกรณทตองการกระแสไฟฟาสงในการท างาน ดงนนจงไมสามารถตอกบไมโครคอนโทรลเลอรไดโดยตรง โดยจ าเปนตองใชไอซเบอร ULN2003APG ซงเปนตวไดรฟเวอรทใชในการขบเพอจายกระแสใหกบ สเตปปงมอเตอรและจะมเอาทพทและอนพทกลบสถานะกน (อนพทเปน 1 เอาทพทเทากบ 0 และแรงดนอนพทเปน 0 แรงดนเอาทพทเทากบแหลงจาย) โดยวงจรการเชอมตอส าหรบการเขยนโปรแกรมควบคมทศทางของสเตปปงมอเตอรแสดงในรป 3.44

รปท 3.44 วงจรการเชอมตอส าหรบการเขยนโปรแกรมควบคมทศทางของสเตปปงมอเตอร

การเขยนโปรแกรมควบคมทศทางของสเตปปงมอเตอรนนจะตองท าการควบคมใหกระแสไหลผานขดลวดภายในแตละขดไลเรยงกนและจะวนเชนนนไปเรอยๆเพอใหงายตอการเขยนโปรแกรมควบคมในทนจะเลอกใชตวแปรแบบอาเรยเพอเกบคาขอมลเพอสงออกไปควบคมในการสงขอมลออกไปแตละครงจะตองมการหนวงเวลา ดงนนจงตองมฟงกชนหนวงเวลารวมอยในโปรแกรมนดวย 3.4.1 ชดตรวจจบแสง

การตรวจจบแสงนนจะใชตว LDR จ านวน 5 ตวเปนตวตรวจจบแสง ซงท าหนาทเปนภาค ฟรอนเอนในการท างานตวแรก ดงแสดงในรปท 3.45

67

รปท 3.45 วงจรการท างานของตวจบแสง

การตรวจจบแสงตว LDR จ านวน 5 ตวเมอท าการตรวจจบแสง ตวแอลดอารจะสงสญญาณมาททรานซสเตอร โดยขอมลสญญาณ A1 ถง A5 ดงแสดงในรปท 3.46

รปท 3.46 วงจรการท างานของปอนสญญาณใหตวประมวลผลกลาง

ตวทรานซสเตอรจะสงขอมลสญญาณ S1 ถง S5 เขาไปยงตวประมวลผลกลาง เพอควบคม สเตปปงมอเตอรตอไปดงแสดงในรปท 3.47

รปท 3.47 วงจรการท างานของตวประมวลผลกลางควบคมสเตปปงมอเตอร

68

3.4.2 ชดประมวลผล ประกอบไปดวยอปกรณหลก CPU ตวประมวลผล ในทนเราใช IC AT89C4051 เปนตวควบคมวงจรทงหมด การท างานของชดควบคมสเตปปงมอเตอรแสดงในรปท 3.48

รปท 3.48 โฟลวชารตการท างานของโปรแกรม

เรมตน

อนนเชยลพอรต

สวตช S1 ถกกดหรอไม

สงใหมอเตอรหมนไปยงสายอากาศตวท 1

สงใหมอเตอรหมนไปยงสายอากาศตวท 5

สงใหมอเตอรหมนไปยงสายอากาศตวท 3

สงใหมอเตอรหมนไปยงสายอากาศตวท 2

สงใหมอเตอรหมนไปยงสายอากาศตวท 4

สวตช S2 ถกกดหรอไม

สวตช S5 ถกกดหรอไม

สวตช S4 ถกกดหรอไม

สวตช S3 ถกกดหรอไม

ใช

ใช

ใช

ใช

ใช

ไมใช

ไมใช

ไมใช

ไมใช

ไมใช

69

การเขยนโปรแกรมแอสเซมบล ดงแสดงดานลาง ; Program stepping motor R_SW BIT P3.0 ; Interrupt 0 PIN S0 STEP EQU 030H ;start program ORG 0000H MOV P1,#00000000B MAIN: MOV STEP,#00000000B MOV P1,STEP LOOP: JB R_SW,LOOP AJMP ST1 ST1: MOV R0,#0 MOV DPTR,#TB1 LOOP3: MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY_0 INC R0 CJNE R0,#8,LOOP3 SJMP MAIN TB1: DB 00001001B DB 00001100B

70

DB 00000110B DB 00000011B DB 00001001B DB 00001100B DB 00000110B DB 00000011B DELAY_0: MOV R7,#09990000H DELAY_1: MOV R6,#09990000H DELAY_2: NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R6,DELAY_2 DJNZ R7,DELAY_1 RET

3.5 สรป ในบทนไดกลาวถงโครงสรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ดวยการจ าลองผลในปรแกรม CST Microwave Studio 2009 พบวาสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดมขอด คอ สามารถเพมอตราขยาย และลดสญญาณแทรกสอด วทยานพนธนไดน าสายอากาศโมโนโพลนมาแบงชวงความถใชงานออกเปน 5 ชวง จงไดสายอากาศโมโนโพลทงหมด 5 ตวท างานครอบคลมยานอลตราไวดแบนด เพอพจารณาขอดและขอเสยของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด มขอด คอ อตราขยายเพยงพอส าหรบเครอขายทองถนไรสาย ซงมคามากกวา 7 dB มความกวางล าคลนครงก าลงทกวางเพยงพอ และครอบคลมความถปฏบตการตงแต 3.1 GHz ถง 10.6 GHz อกทงสามารถท างานเปนไปตามมาตรฐาน IEEE 802.15.3a

71

บทท 4 การทดสอบและวเคราะหผล

4.1 กลาวน า จากทฤษฎและหลกการทเกยวของ ตลอดจนการออกแบบและวเคราะหคณลกษณะทส าคญ

ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ดงไดกลาวไวแลวในบทท 3 และ 4 ดงนนในบทนจะกลาวถงการสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดตนแบบขน จากนนท าการวดทดสอบคณลกษณะตาง ๆ ไดแก S11 แบบรปการแผพลงงาน ความกวางล าคลนครงก าลง และอตราขยาย (Gain) โดยในการวดทดสอบคณลกษณะขางตน จากเครองวเคราะหโครงขาย (network analyzer) รน HP8720C สดทายไดท าการวเคราะหเปรยบเทยบผลจากการวดทดสอบและจ าลองผลดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009

4.2 การจ าลองสายอากาศแบบปรบเปลยนความถดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 จากผลการจ าลองดวยโปรแกรม CST Microwave Studio ทไดกลาวไวแลวในบทท 4 จนไดขนาดของสายอากาศตามทตองการ สามารถแสดงไดดงตารางท 4.1 และรปท 4.1 แสดงรปสายอากาศสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด โดยสายอากาศตนแบบสรางจากการน าแผนวงจรพมพ และท าระบบปอนสญญาณ เพอท าการปอนสญญาณขาเขาดวยขวตอชนด SMA 50 โอหม

จ

72

รปท 4.1 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวด แบนด

4.3 การสรางและวดทดสอบสายอากาศ สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวด

แบนดตนแบบ สรางจากการน าโครงสรางของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดตนแบบ วาดและตดสตกเกอรโดยใชโปรแกรม CorelDRAW 9 แสดงดงรปท 4.2 ดวยขนาดทแสดงในตารางท 4.1 เพอน าไปใชในการสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ซงไดใชแผนไมโครสตรปชนด FR4 โดยรปท 4.3 แสดงแผนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทสรางเสรจแลว

73

รปท 4.2 โปรแกรม CorelDRAW 9 ก าหนดการตดแผน PCB

ตารางท 4.1 พารามเตอรตาง ๆ ทใชในการสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบ ประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดตนแบบ

พารามเตอรของสายอากาศ ขนาดทางไฟฟา (λ) ตวท 1 0.008 ตวท 2 0.009 ตวท 3 0.002 ตวท 4 0.0064 ตวท 5 0.008

สายอากาศตรวจจบ 0.038

74

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดจะท างานครอบคลมยานอลตราไวดแบนดความถ 3.1 GHZ ถง 10.6 GHZ ดงแสดงในตารางท 4.2

ตารางท 4.2 ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการ สอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

ล าดบสายอากาศ ครอบคลมยานความถ (GHz) สายอากาศตวท 1 3.1 – 4 สายอากาศตวท 2 4 – 5.0 สายอากาศตวท 3 5 – 6.3 สายอากาศตวท 4 6.3 – 8 สายอากาศตวท 5 8 – 10.6

รปท 4.3 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวด แบนดตนแบบ

75

จากรปท 4.3 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด แบงสวนเปน สวนชดประมวลผลท าหนาทในการควบคมสายอากาศทงหมด สวนชดตรวจจบแสงท าหนาทในการสงขอมลใหชดประมวลผล สวนชดสวทชควบคมเลอกยานใชงานท าหนาทในการเลอกยานใชงาน สวนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถมอย 5 ตว สวนสายอากาศตรวจจบความถม 1 ตว สวนชดขบสเตปปงมอเตอรซงอยดานหลงสายอากาศแบบปรบเปลยนความถท าหนาทหมนสายอากาศทเลอกใชงาน

รปท 4.4 ตวปอนสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ

ตวปอนของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถนนจะมการเพมแผนทองแดงหนาสมผส เพอใหหนาสมผสตวปอนสมผสกบตวสายอากาศแบบสนทมากขน ท าใหสญญาณทสงออกไปมประสทธภาพเตมทแสดงดงรปท 4.4

4.4 การวดทดสอบ S11 และความกวางแถบ ส าหรบคาพารามเตอรทส าคญทใชในการพจารณาการแมตชอมพแดนซดานเขา คอ คาสมประสทธการสะทอนกลบ (reflection coefficient) หรอในรปพารามเตอร S11 และอตราสวนคลนนง (Standing Wave Ratio : SWR) ในการพจารณาคาพารามเตอร S11 หมายถงการสะทอนกลบของก าลงไฟฟาดานเขา (port1) ของสายอากาศ ซงขนาดของ S11 อาจจะมคาไดตงแต 0 dB ถง ลบอนนต

76

(negative infinity dB) ถามคาเทากบ 0 dB แสดงวาไมแมตชอยางสมบรณดทสด (รงสรรค วงศสรรค และ ชวงค, ม. ป. ป) ในงานประยกตตาง ๆ คาของ S11 จะยอมรบไดถามคาต ากวาหรอเทากบ -10 dB แสดงวามการแมตชทด จากรปท 4.5 ถง รปท 4.11 แสดงกราฟผลวดของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ในรปของพารามเตอร S11 จากรปสงเกตไดวาสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทไดท าการสรางขนนนมคา S11 ต ากวา -10 dB โดยสายอากาศแตละตนจะท างานในยานความถทแตกตางกน ดงแสดงในตารางท 4.2 ซงสายอากาศทงหมดสามารถท างานครอบคลมชวงความถตงแต 3.1 GHz ถง 10.6 GHz

รปท 4.5 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 1

77

รปท 4.6 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 2

รปท 4.7 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 3

78

รปท 4.8 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 4

รปท 4.9 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 5

79

รปท 4.10 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทงหมด 5 ตว

รปท 4.11 ผลการวดทดสอบคา S11 ของสายอากาศตรวจจบความถ

อตราสวนคลนนง (Standing Wave Ratio : SWR) ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถแสดงดงรปท 4.12 ถง รปท 4.18

80

รปท 4.12 อตราสวนคลนนง (Standing Wave Ratio : SWR) ของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ ตวท 1

รปท 4.13 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 2

81

รปท 4.14 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 3

รปท 4.15 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 4

82

รปท 4.16 อตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถตวท 5

รปท 4.17 ผลการวดทดสอบอตราสวนคลนนงของสายอากาศแบบปรบเปลยนรวมทงหมด 5 ตว

83

รปท 4.18 อตราสวนคลนนงของสายอากาศตรวจจบความถ

4.5 การวดทดสอบแบบรปการแผกระจายก าลงงาน การวดทดสอบแบบรปการแผพลงงาน โดยท าการทดสอบในระยะสนามระยะไกล คอ

/2 2DR ซง R คอ ระยะหางระหวางสายอากาศทดสอบและสายอากาศอางองโดยการทดสอบนก าหนดใหระยะทางมคาคงททความถ 3.44 GHz 4.5 GHz 5.36 GHz 7.29 GHz และ 10.2 GHz ในทนก าหนดใหมคาดงตารางท 4.4 และ D คอขนาดความยาวของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ซงในทนไดใชสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด โดยมความถปฏบตการอยท 3.1 GHz ถง 10.6 GHz มาเปนสายอากาศอางองท าหนาทเปนสายอากาศภาคสง โดยทสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ น ามาทดสอบท าหนาทเปนสายอากาศภาครบและสายอากาศภาคสง จากการวดทดสอบแบบรปการแผพลงงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถทงในระนาบสนามไฟฟาและระนาบสนามแมเหลกแสดงดงรปท 4.19 ถง 4.25 ตามล าดบ ซงไดแสดงเปนกราฟเปรยบเทยบระหวางผลทไดจากการจ าลองดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 และผลจากการวดทดสอบสายอากาศ

84

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก รปท 4.19 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศ แบบปรบเปลยนความถตวท 1 โดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประ แสดงผลจากการวดทดสอบ

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก รปท 4.20 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศ แบบปรบเปลยนความถตวท 2 โดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประ แสดงผลจากการวดทดสอบ

85

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก รปท 4.21 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศ แบบปรบเปลยนความถตวท 3 โดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประ แสดงผลจากการวดทดสอบ

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก รปท 4.22 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศ แบบปรบเปลยนความถตวท 4 โดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประ แสดงผลจากการวดทดสอบ

86

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก รปท 4.23 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศ แบบปรบเปลยนความถตวท 5 โดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประ แสดงผลจากการวดทดสอบ

(ก) ระนาบสนามไฟฟา

รปท 4.24 ผลจากการวดทดสอบแบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบ สนามแมเหลกของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถรวมทงหมด 5 ตว

87

(ข) ระนาบสนามแมเหลก

รปท 4.24 ผลจากการวดทดสอบแบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบ สนามแมเหลกของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถรวมทงหมด 5 ตว (ตอ)

(ก) ระนาบสนามไฟฟา (ข) ระนาบสนามแมเหลก รปท 4.25 แบบรปการแผพลงงานในระนาบสนามไฟฟา และระนาบสนามแมเหลกของสายอากาศ ตรวจจบความถ โดยเสนทบแสดงแผลจากการจ าลองแบบ และเสนประแสดงผลจากการ วดทดสอบ

88

จากผลการวดทดสอบจะไดความกวางล าคลนครงก าลงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ซงแสดงไวดงตารางท 4.3

ตารางท 4.3 คาความกวางล าคลนครงก าลงของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใช ในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

สายอากาศ แบบปรบแปลยนความถใชใน

ยานอลตราไวดแบนด

ความกวางล าคลนครงก าลง (องศา)

การจ าลองผล วดทดสอบ

สนามไฟฟา สนามแมเหลก สนามไฟฟา สนามแมเหลก ตวท1 88.4 88.6 80 83 ตวท2 74.9 78.9 71 74.5 ตวท3 48.9 49 45 47 ตวท4 64.3 65.8 62 65 ตวท5 70.1 72.9 69 70 สายอากาศตรวจจบความถ 84 75.5 80 72

4.6 ผลการวดทดสอบอตราขยาย (Gain) ส าหรบการวดอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดไดท าการวดอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด แสดงดงรปท 4.26 โดยก าหนดใหสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดเปนทงสายอากาศภาคสงและสายอากาศภาครบ ซงไดก าหนดระยะหางระหวางสายอากาศภาคสงและสายอากาศภาครบทใชในการทดสอบเทากบ 0.15 เมตร มก าลงดานเขาทปอนใหกบสายอากาศภาคสงเทากบ -10 dB

89

รปท 4.26 การวดทดสอบอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชใน การสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

ใชสมการหาระยะสนามระยะไกลดนน

ระยะ

22DFarField (4.1)

จะไดคาสนามระยะไกลดงตารางท 4.4 ตารางท 4.4 คาสนามระยะไกลของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ

สายอากาศ สนามระยะไกล (FarField)(cm.)

สายอากาศตวท 1 (3.44 GHz) 5.75 สายอากาศตวท 2 (4.50 GHz) 7.46 สายอากาศตวท 3 (5.56 GHz) 9.26 สายอากาศตวท 4 (7.29 GHz) 12.195 สายอากาศตวท 5 (10.2 GHz) 17.24 สายอากาศตรวจจบ (3 GHz) 5

90

จากนนใชสมการการสงผานของฟรส (Friis transmission equation) เปนพนฐานในการค านวณหาคาอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถโดยสมการการสงผานของฟรสทน ามาใชเทากบ

rt

t

r GGRP

P2

4

(4.2)

RGPP=G

dBdBdBdB ttrr

4log20 (4.3)

โดยท Pt คอ ก าลงทปอนใหกบสายอากาศภาคสง Pr คอ ก าลงทรบไดของสายอากาศภาครบ Gt คอ อตราขยายของสายอากาศภาคสง

Gr คอ อตราขยายของสายอากาศภาครบ R คอ ระยะหางระหวางสายอากาศภาคสงและสายอากาศภาครบ (0.5 เมตร)

ผลการวดทดสอบอตราขยายสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ จากสมการ (4.2) เราสามารถค านวณหาอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถได โดยอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถนมคามากกวา 7 dB จากผลการค านวณจะไดอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ จากการวดทดสอบเปรยบเทยบกบผลจากการจ าลองดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 ซงแสดงไวดงตารางท 4.5

91

ตารางท 4.5 คาอตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถ สายอากาศ อตราขยาย (dB)

การจ าลองผล การวดทดสอบ สายอากาศตวท 1 (3.44 GHz) 8.29 8.13 สายอากาศตวท 2 (4.50 GHz) 10.8 10.1 สายอากาศตวท 3 (5.56 GHz) 11.17 11 สายอากาศตวท 4 (7.29 GHz) 8.0 7.37 สายอากาศตวท 5 (10.2 GHz) 9.58 8.9 สายอากาศตรวจจบ (3 GHz) 2.17 2.3

4.7 การท างานของชดสเตปปงมอเตอร การท างานของชดสเตปปงมอเตอร แบงเปน 3 สวนคอ ชดตรวจจบแสง ชดประมวลผล และชดขบสเตปปงมอเตอร ชดตรวจจบแสง ประกอบไปดวยอปกรณหลกเซนเซอรตรวจจบแสง 5 ตว ท าหนาทในการตรวจจบวตถทเคลอนทผานมาดงในรปท 4.3 ชดประมวลผล ประกอบไปดวยอปกรณหลก CPU ตวประมวลผล ในทนเราใช IC AT89C4051 เปนตวควบคมวงจรทงหมดดงในรปท 4.3 ชดขบสเตปปงมอเตอร สเตปปงมอเตอรทมการท างานหมนสเตปละ 7.5 องศา แสดงดงรปท 4.18 ในวทยานพนธนเราก าหนดใหการท างานของสเตปปงมอเตอรหมนครงสเตปคอ 3.75 องศา เพอใหการหมนราบเรยบแมนย ามากขนนนเอง

92

รปท 4.27 สเตปปงมอเตอรทมการหมนสเตปละ 7.5 องศา โดยสเตปปงมอเตอรจะใชไฟเลยงท างานกระแสตรง 12 โวลท การปอนสญาณควบคม สเตปปงมอเตอรแบบครงสเตป แสดงในตารางท 4.5 ตารางท 4.6 ตารางการปอนสญาณควบคมสเตปปงมอเตอรแบบครงสเตป

Half Step Phase1 Phase2 Phase3 Phase4 1 1 0 0 0 2 1 1 0 0 3 0 1 0 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1

การทดสอบชดปรบเปลยนสายอากาศนน จะใชสวทชในการควบคมชดสเตปปงมอเตอรในการควบคมเลอกสายอากาศใชงาน ดงแสดงในตารางท 4.6

93

ตารางท 4.7 ตารางการกดเลอกสวทชควบคมสเตปปงมอเตอรในการควบคมเลอกสายอากาศ ใชงาน

สายอากาศ สวทช ตวท 1 ตวท 2 ตวท 3 ตวท 4 ตวท 5

สายอากาศตวท 1 ON OFF OFF OFF OFF สายอากาศตวท 2 OFF ON OFF OFF OFF สายอากาศตวท 3 OFF OFF ON OFF OFF สายอากาศตวท 4 OFF OFF OFF ON OFF สายอากาศตวท 5 OFF OFF OFF OFF ON

4.8 สรป ในบทนแสดงการสราง และการวดทดสอบคณลกษณะของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด เพอพจารณาเปรยบเทยบผลทไดจากการวดทดสอบ และการจ าลองผลดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 วามความสอดคลองกนมากนอยเพยงใด ซงคณล กษณะของสายอากาศทไดท าการวดทดสอบไดแก คา S11 แบบรปการแผพลงงานของสายอากาศในสนามระยะไกลทงในระนาบสนามไฟฟาและระนาบสนามแมเหลกและอตราขยายพบวาคาสมประสทธการสะทอนกลบ แบบรปการแผพล งงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถต นแบบในสนามระยะไกล รวมถงอตราขยายผลทไดจากการจ าลองดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 และผลการวดทดสอบมคาใกล เคยงก น ส าหรบผลบางสวนทแตกตางก นซงอาจจะมสาเหตมาจากขอจ ากดของคอมพวเตอรทใชจ าลองผล ตลอดจนผลทเกดจากการวดทดสอบในสภาพจรง

95

บทท 5 สรปการวจย และขอเสนอแนะ

5.1 สรปเนอหาวทยานพนธ วทยานพนธฉบบนไดน าเสนอการวเคราะหคณลกษณะของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถท างานครอบคลมยานอลตราไวดแบนด สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดเพอเพมอตราขยายของสายอากาศ ซงสายอากาศจะมอตราขยายทเพมสงขน และสามารถครอบคลมพนทใหบรการไดกวางขนในระนาบอซมธ (azimuth) ส าหรบขนตอนในการวเคราะหพารามเตอรของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดในวทยานพนธนไดศกษาขนาด และโครงสรางสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด จากการปรบคาพารามเตอรตาง ๆ ส าหรบประยกตใชเปนสายอากาศส าหรบเครอขายทองถนไรสาย (WLAN) ส าหรบการออกแบบสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ในวทยานพนธน ในเบองตนไดออกแบบหาชวงความถใชงานวาเราตองการกชวงความถ ซงในวทยานพนธนเราเลอก 5 ชวงความถใชงานดงนนเราจะออกแบบสายอากาศได 5 ตว โดยการปรบเปลยนหาคาพารามเตอรทเหมาะสมเพอใหไดสายอากาศทเหมาะสมใชกบชวงความถนนๆ สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดครอบคลมชวงความถตงแต 3.1 GHz ถง 10.6 GHz ซงเปนชวงความถส าหรบเครอขายทองถนไรสายยานอลตราไวดแบนด โดยไดเลอกใชโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 ในการออกแบบเพอศกษาความเปนไปไดของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด ส าหรบรายละเอยดในการออกแบบ และวเคราะหทงหมดไดกลาวไวแลวในบทท 5 เปนการสรปคณลกษณะสมบตของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด เมอน าผลทไดจากการจ าลองดวยโปรแกรม CST Microwave Studio 2009 และจากการวดทดสอบมาเปรยบเทยบกนพบวามคาใกลเคยงกน คณลกษณะสมบตของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดนนไดแสดงในตารางท 5.1

จ

95

ตารางท 5.1 คณลกษณะสมบตของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการ สอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

สายอากาศ แบบปรบแปลยนความถใชใน ยานอลตราไวดแบนด

ความกวางล าคลนครงก าลง (องศา)

การจ าลองผล วดทดสอบ

สนามไฟฟา สนามแมเหลก สนามไฟฟา สนามแมเหลก ตวท 1 88.4 88.6 80 83 ตวท 2 74.9 78.9 71 74.5 ตวท 3 48.9 49 45 47 ตวท 4 64.3 65.8 62 65 ตวท 5 70.1 72.9 69 70 สายอากาศตรวจจบความถ 84 75.5 80 72

ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดดงแสดงในตารางท 5.2

ตารางท 5.2 ชวงความถใชงานของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการ สอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด

ล าดบสายอากาศ ครอบคลมยานความถ (GHz) สายอากาศตวท 1 3.1 – 4 สายอากาศตวท 2 4 – 5.0 สายอากาศตวท 3 5 – 6.3 สายอากาศตวท 4 6.3 – 8 สายอากาศตวท 5 8.0 – 10.6

96

อตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดดงแสดงในตารางท 5.3

ตารางท 5.3 อตราขยายของสายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไร สายยานอลตราไวดแบนด

ล าดบสายอากาศ อตราขยาย (dB) สายอากาศตวท 1 (3.44 GHz) 8.29 สายอากาศตวท 2 (4.50 GHz) 10.8 สายอากาศตวท 3 (5.36 GHz) 11.17 สายอากาศตวท 4 (7.29 GHz) 8.0 สายอากาศตวท 5 (10.2 GHz) 9.58

สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนดมขอดดงน 1. สายอากาศท างานครอบคลมยานอลตราไวดแบนด 2. สายอากาศสรางงาย มโครงสรางไมซบซอน 3. สายอากาศมอตราขยายเพมขน

5.2 ปญหาและขอเสนอแนะ จากบทท 5 สายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด เนองจากเมอเลอกสายอากาศแลวต าแหนงของสายอากาศไมตรงกบจดปอนสญญาณ จงมการแกไขโดยการลดความเรวของสเตปปงมอเตอรลงท าใหต าแหนงถกตอง

5.3 แนวทางการพฒนาในอนาคต ส าหรบวทยานพนธนไดน าเสนอการออกแบบายอากาศแบบปรบเปลยนความถส าหรบประยกตใชในการสอสารไรสายยานอลตราไวดแบนด สามารถเพมอตราขยาย (Gain) ของสายอากาศไดโดยการแบงการใชงานคลนความถออกเปนชวงๆตามการใชงานของผใช ซงท าใหลดการสญเสยพลงงานลงได และลดการแทรกสอดของสญญาณรบกวน ท าใหจดสรรใชคลนความถอยางมประสทธภาพ

รายการอางอง

รงสรรค วงศสรรค และ ชวงค พงเจรญพาณชย. (ม.ป.ป.). คมอการทดลองพนฐานของสายอากาศ. ส านกวชาวศวกรรมศาสตร: มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

รงสรรค วงศสรรค. (2552). วศวกรรมสายอากาศ. สาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคม ส านกวชา วศวกรรมศาสตร: มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

Christodoulou, C.G. (2009). Reconfigurable Antennas in cognitive Radio that can Think for Themselves. IEEE International Sysposium on Digital Object Identifier. 2009: pp. k- 1-k-3.

Ian F. Akyildiz, Won-Yeol Lee, Mehmet C. Vuran, and Shantidev Mohanty. (2006). NeXt generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireless network: A survey. Broadband and Wireless Networking Laboratory, School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332, United States, Received 2 January 2006: pp. 2127-2159.

Jianxin Liang, Student Member, IEEE, Choo C. Chiau, Student Member, IEEE, Xiaodong Chen,Member,IEEE, and Clive G. Parini, Member, IEEE. (2005). Study of a Printed Circular Disc Monopole Antenna for UWB Systems, IEEE Transaction on Antennas and Propagation. 2005: Vol. 53, pp. 3500-3504.

K. R. Boyle. (2007). Reconfigurable antennas for SDR and cognitive radio. The Second European Conference on Antennas and Propagation. Nov 2007: pp. 1-6.

Osama Haraz and Abdel - Razik Sebak. (2013). UWB Antennas for Wireless Applications, Additional information is available at the end of the chapter, 2013: pp. 125-152.

S.M. Naveen, R.M. Vani and P.V. Hunagund. (2012). Compact Wideband Rectangular Monopole Antenna for Wireless Applications, Wireless Engineering and Technology., 2012: pp. 240-243.

จ

T.A. Denidni and M.A. Habib. (2006). Broadband printed CPW - fed circular slot antenna. Electron. Lett. vol.42, no.3 2006: pp.135 - 136.

Y.S. Li, X.D. Yang, C.Y. Liu, and T. Jiang. (2010). Compact CPW - fed ultrawideband antenna with band - notched characteristic. Electron. Lett. vol.46, no. 23 2010: pp.1533 - 1534.

Y.S. Li, X.D. Yang, Q. Yang and C.Y. Liu. (2011). Compact coplanar waveguide fed ultra wideband antenna with a notch band characteristic. AEU-Int. J.Electron. Commun. vol.65, no.11 2011: pp.961-966.

Y. Tawk, M. Al-Husseini, S. Hemmady, A.R. Albrecht, G. Balakrishnan, and C.G. Christodoulou, C.G. (2010). Implementation of a Cognitive radio Front-End Using Optically Reconfigurable Antennas. Electromagnatics in Advanced Applications(ICEAA). 2010: pp.294-297.

Yingsong LI, Wen xing LI, Si Li and Tao Jiang. (2012). Miniaturization reconfigurable wide slot antenna for multi-mode wireless communication applications. Antennas and Propagation(APCAP), IEEE Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation. 2012: pp. 225-226.

Y. Tawk and C.G. Christodoulou. (2009). A New Reconfigurable Antenna Design for Cognitive Radio. Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE Transaction on Antennas and Propagation. 2009: Vol.8, pp. 1378-1381.

Y. Tawk, J. Costantine, K. Avery and C.G. Christodoulou. (2011). Implementation of a Cognitive Radio Front-End Using Rotatable Controlled Reconfigurable Antenna. Antennas and Propagation (APCAP). IEEE Transaction on Antennas and Propagation. 2011: Vol.59,pp. 1773-1778.

Zhi Ning Chen. (2007). UWB Antennas : Design and Application, RF & Optical Department Institute for Infocomm Research Singapore of organization, 2007: pp. 1-5.

98

ภาคผนวก ก

บทความวชาการทไดรบการตพมพเผยแพรในระหวางศกษา

99

รายชอบทความวชาการทไดรบการตพมพเผยแพรในระหวางศกษา P. Tummas, P. Krachodnok and R. Wongsan, A Frequency Reconfigurable Antenna Design for UWB Applications, International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology., Nakhon Ratchasima, Thailand, October 14-17, 2014. P. Tummas, P. Krachodnok and R. Wongsan, (2013). A Frequency Reconfigurable Antenna Design for UWB Applications, Thailand - Japan mirowave (TJMW2013) King Mongkut's University of Technology North Bangkok., Thailand, December 2-4, 2013.

100

100

101

101

102

102

102

103

103

104

ประวตผเขยน

นายไพศาล ทมมาศ เกดเมอวนท 1 สงหาคม 2524 ทจงหวดบรรมยส าเรจการศกษาระดบประกาศนยบตรวชาชพจากวทยาลยเทคนคบรรมย จงหวดบรรมย ส าเรจการศกษาระดบประกาศนยบตรวชาชพชนสงจากมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสานจงหวดนครราชสมาและส าเรจการศกษาระดบบณฑตศกษา วศวกรรมศาสตรบณฑต (สาขาวชาวศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม) จากมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสานจงหวดนครราชสมาเมอพ.ศ. 2548 จากน นไดเขาศกษาตอ ในระดบปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑตสาขาวชาวศวกรรมโทรคมนาคมมหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

โดยขณะทศกษาในระดบปรญญาโทไดมผลงานวชาการทไดรบการตพมพเผยแพรระดบนานาชาตจ านวน 2 ฉบบดงน

(1) International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology. (SELECTED TOPICS IN ANTENNA 2) ในหวขอ "A Frequency Reconfigurable Antenna Design for UWB Applications", Nakhon Ratchasima, Thailand, May 14-17, 2014.

(2) 2013 Thailand - Japan mirowave (TJMW2013) King Mongkut's University of Technology North Bangkok. "A Frequency Reconfigurable Antenna Design for UWB Applications", Thailand, December 2-4, 2013.