ABSTRACT
การพฒนาสายอากาศภายในอาคารแบบแบนราบส˚าหรับ การรับสัญญาณโทรทัศน์ดจิตอล
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇
วศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต ▇▇▇▇▇ชาวศวกรรมไฟ
▇▇▇▇▇▇วทยาลยั มหาวทยาลยเชียงใหม่
กรกฎาคม 2560
การพฒนาสายอากาศภายในอาคารแบบแบนราบส˚าหรับ การรับสัญญาณโทรทัศน์ดจิตอล
ทศน์▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇
▇▇▇ค้นคว้าแบบอสระนีเ้ สนอต่อมหาวทยาลยเชยง▇▇▇ ม่เพื่อเป็ นส่วนหนึ่งของการศึกษาตาม
หลก
สูตร▇▇▇▇▇▇วศ
วกรรมศาสตรมหาบัณฑต
▇▇▇▇▇ชาวศวกรรมไฟฟา้
บัณฑต
วทยาลย
มหาวทยาลย
เชียงใหม่
กรกฎาคม 2560
ก
กตติกรรมประกาศ
การคน
ควา้ แบบ▇▇▇▇▇▇▇▇ส˚าเร็จส˚าเร็จไดด
้วยความ▇▇▇▇▇และการไดร
ับความอนุเคราะห์เป็ น
อยา่ งดี จาก ผ▇▇
▇วยศาสตราจารย์ ดร. ▇▇▇▇▇▇ธ์ ▇▇▇▇▇▇ และ อาจารย์ ดร.คมศก
▇▇ ▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇ ที่▇▇▇▇▇ให
ความช่วยเหลือ ให้คา˚ แนะนา
ปรึกษาและตรวจแก้ไขขอ
บกพร่องต่างๆ จนการคน
ควา้ แบบ▇▇▇▇▇น้
เสร็จ▇▇▇▇▇▇▇ ผเู้ ขียนจึงขอกราบขอบพระคุณเป็ น▇▇▇▇ ▇▇▇▇ไว้ ณ โอกาสน้
ขอกราบขอบพระคุณ คณาจารยภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าทุกท่าน ที่▇▇▇▇▇ถ่ายทอดความรู้
วชาการต่างๆ ซ่ึงเป็ นพน้
ฐานของการไดร้ ับความรู้ จนทา˚ ใหก
ารศึกษาคร้ังน้ีสาเร็จลุล่วงไปดว
ยดี
ขอขอบพระคุณเจา้ หน้าท่ีประจา˚ ภาควชาวิศวกรรมไฟฟ้าทุกท่าน ท่ีช่วยอา˚ นวยความสะดวก
ในการดา˚ เนินการด้านเอกสาร ติดตามความคืบหน้า จนการคนควา้ แบบ▇▇▇▇▇ในคร้ังน้ี ส˚าเร็จไปได
ดวยดี
ขอกราบขอบพระคุณ คุณพ่อ คุณแม่ ญาติพี่น้องทุกๆ คน ▇▇▇▇▇▇ให้ก˚าลังใจ และคอย
สนบสนุนในทุกๆ ดานดวยดีมาโดยตลอดมา
และท่ีขาด▇▇▇▇▇▇ ขอขอบพระคุณพี่ๆ เพื่อนๆ ทุกคน ▇▇▇▇▇▇▇ชะตากรรมเดียวกัน ▇▇▇▇▇▇
ช่วยเหลือกน
ใหก
ารศึกษาคร้ังน้ีสาเร็จลุล่วงไปดว
ยดี
ผู▇▇ ▇▇ยนหวง
เป็ นอย่างย่ิงว่าการคน
ควา้ แบบ▇▇▇▇▇▇▇▇ จะเป็ นประโยชน์ส˚าหรับหน่วยงานท
เก่ียวขอ
ง ตลอดจนผ▇▇
▇▇สนใจในการศึกษาต่อไป
▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇
หัวข้อการค้นคว้าแบบ▇▇▇▇▇ การพฒนาสายอากาศภายในอาคารแบบแบนราบสาหรับการรับ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇
▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ (วศวกรรมไฟฟา)▇
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ปรึกษา ผศ.ดร.▇▇▇▇▇▇ธ์ ▇▇▇▇▇▇
บทคดย่อ
งานวจ
ยั น้ีน้ีเพอ
ศึกษาและพฒ
นาสายอากาศภายในอาคารเพื่อรับสญ
ญาณโทรทศ
น์ระบบดิจิตอล
ที่มีโครงสร้าง▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ และติดต้ ได้สะดวก โดยออกแบบเป็ นสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อต
ไม่▇▇▇▇▇▇กน
ความยาวสายอากาศ 220 mm. และกวา้ ง 25 mm. แยกออกจากกน
ดว้ ย วธ
ีการ Step-shaped
feed gap และปรับเปลี่ยนขนาด ▇▇▇▇▇ทางดา้ นซ้ายมือและขวามือ ความกวา้ งสล็อต (Gap) และความยาว
ฟี ดสายอากาศ (feed) มีแถบความถี่ท่ีใชง้ าน▇▇▇▇▇ ▇หว่าง 495 – 791 MHz และมี▇▇▇▇▇ประสทิ ธ์ิการสญู เสีย
ยอนกลับ -18 dB จากการ▇▇▇▇▇ด้วยโปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศชื่อ CST Microwave Studio ทา˚ ให
สายอากาศ▇▇▇▇▇˚ เสนอน้ีมีขนาดเล็ก น้า˚ หนก
เบา โครงสรา้ งไม่ซบ
ซอน
Independent Study Title Development of Low-profile Indoor Antenna for Digital
Television Signal Reception
Author Mr.▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
Degree Master of Engineering (Electrical Engineering)
Advisor Asst. Prof. Dr.▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇
ABSTRACT
The purpose of this research is to study and develop the indoor antenna to receive terrestrial digital TV signals. It has non-complicate structure and easy to set up/install, and is designed by using asymmetric slot dipole antennas with the dimension of length 2 2 0 mm and width 2 5 mm, which are separated by step-shaped feed gap method and adjusted to left and right arms, gap, and feed for working at frequencies between 495 – 791 MHz and return loss at -1 8 dB. By using the simulation program named CST Microwave Studio, it can make this proposed antenna compact/small size, light weight, and non-complicate structure.
สารบัญ
หนา้ | |
กิตติกรรมประกาศ | ค |
บทคดย่อภาษาไทย | ง |
ABSTRACT | จ |
สารบัญตาราง | ซ |
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ | ▇ |
บทที่ 1 บทน˚า | 1 |
1.1 ที่มาและความสาคญั | 1 |
1.2 วตถุ▇▇▇▇▇▇▇ | 2 |
1.3 สรุปสาระสา˚ คญั จากเอกสารและงานวจิ ยั ที่เก่ียวขอ้ ง | 2 |
1.4 ขอบเขตของการศึกษา | 2 |
1.5 ประโยชน์ที่คาดวา่ จะไดร้ ับ | 3 |
1.6 สถานที่ดาเนินการศึกษา | 3 |
บทที่ 2 ทฤษฎีพื้นฐาน | 4 |
2.1 โทรทศน์ระบบดิจิตอล (Digital Television) | 4 |
2.2 ทฤษฎีสายอากาศ | 5 |
บทที่ 3 การออกแบบสายอากาศภายในอาคารแบบแบนราบส˚าหรับการรับสัญญาณ โทรทัศน์ดิจิตอล | 29 |
3.1 การออกแบบและวเิ คราะห์สายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อต | 29 |
บทที่ 4 การวดั ค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียย้อนกลับของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อตไม่ ▇▇▇▇▇▇ | 43 |
4.1 ผลการวดั สายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อตไม่▇▇▇▇▇▇เมื่อเพมิ่ ขนาด ▇▇▇▇▇ ทางดานซายมือและขวามือ | 43 |
บทที่ 5 บทสรุป | 47 |
5.1 สรุปการออกแบบและวเิ คราะห์ | 47 |
5.2 ผล▇▇▇▇▇ร้ ับและปัญหาที่พบ | 49 |
เอกสารอ้างอิง | 50 |
ประวัติผู้เขียน | 52 |
สารบัญตาราง
หนา้
ตารางที่ 2.1 | ข▇▇ ▇▇และขอ้ ดอ้ ยของสายอากาศไมโครสตริป | 11 |
ตารางที่ 2.2 | เปรียบเทียบสายอากาศรับ ภายใน และภายนอกอาคาร | 21 |
ตารางที่ 4.1 | เปรียบเทียบค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั จากผลการวดั และจา˚ ▇▇▇การ ทางานของสายอากาศ | 45 |
ตารางที่ 5.1 | สรุปข้นั ตอนการวเิ คราะหแ์ ละประสิทธิภาพของสายอากาศในแต่ละรูปแบบ | 48 |
▇▇▇▇▇▇▇▇▇
หนา้
ภาพที่ 2.1 | สายอากาศ▇▇▇▇▇ | 6 |
ภาพที่ 2.2 | สายอากาศไมโครสตริป | 7 |
ภาพที่ 2.3 | โครงสร้างทว่ั ๆ ไปของสายอากาศไมโครสตริป | 7 |
ภาพที่ 2.4 | สายอากาศร่อง▇▇▇▇▇▇มีความยาว Ls = λ ในแผน่ ระนาบโลหะขนาด▇▇▇▇▇ | 12 |
ภาพที่ 2.5 | สายอากาศ▇▇▇▇▇ยาว λ | 12 |
ภาพที่ 2.6 | โครงสร้างของสานา˚ สญั ญาณไมโครสตริปแบบร่วมระนาบ (CPW) | 13 |
ภาพที่ 2.7 | โครงสรา้ ง▇▇▇▇▇▇นา˚ สญั ญาณแบบร่วมระนาบชนิดไม่มีกราวนด▇▇ ▇▇ นล่าง | 14 |
ภาพที่ 2.8 | ตวั อยา่ งแบบรูปการแผพ่ ลงั งานของสายอากาศ [3] | 17 |
ภาพที่ 2.9 | แบบรูปการแผพ่ ลงั งานของสายอากาศ | 18 |
ภาพที่ 2.10 | แบบรูปการแผพ่ ลงั งานของสายอากาศ | 19 |
ภาพที่ 2.11 | การ▇▇▇▇▇▇▇ยอ้ นกลบั ของกา˚ ลงั งานในระบบ | 20 |
ภาพที่ 2.12 | สายอากาศรับสญั ญาณทีวดี ิจิตอลภาคพ้นื ดิน ประเภท ภายนอกอาคารแบบ 14E | 21 |
ภาพที่ 2.13 | สายอากาศรับสญั ญาณทีวดี ิจิตอลภาคพ้นื ดิน ประเภท ภายในอาคาร | 21 |
ภาพที่ 2.14 | การต้งั ค่าก่อนทา˚ การออกแบบสายอากาศ | 23 |
ภาพที่ 2.15 | การเลือกชนิดของสายอากาศที่ออกแบบ | 23 |
ภาพที่ 2.16 | การต้งั ค่าการจา˚ ▇▇▇การทา˚ งานของสายอากาศ | 24 |
ภาพที่ 2.17 | การออกแบบโครงสร้างสายอากาศ | 24 |
ภาพที่ 2.18 | การ▇▇▇▇▇การทางานของสายอากาศ | 25 |
ภาพที่ 2.19 | โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇สล็อต แบบไม่▇▇▇▇▇▇ | 25 |
ภาพที่ 2.20 | โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇ แบบ band-notched | 26 |
ภาพที่ 2.21 | โครงสร้าง▇▇▇▇▇▇นาสญญาณ passive patch | 27 |
ภาพที่ 2.22 | โครงสร้างของสายอากาศโมโน▇▇▇สล็อต | 27 |
ภาพที่ 3.1 | การออกแบบสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสลอ็ ตคร่ึงความยาวคลื่นโดยใช้ โปรแกรม CST | 30 |
ภาพที่ 3.2 | โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อตคร่ึงความยาวคลื่น | 30 |
ภาพที่ 3.3 | การใชโ้ ปรแกรม CST ในการวเิ คราะห์ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั | 31 |
ภาพที่ 3.4 | วธิ ีการเปลี่ยนแปลงค่าความยาวของสายอากาศแบบ▇▇▇▇▇ (L) | 31 |
ภาพที่ 3.5 | การเปรียบเทียบการสูญเสียยอ้ นกลบั เมื่อเปลี่ยนแปลงค่า L | 32 |
ภาพที่ 3.6 | วธิ ีการเปล่ียนแปลงค่าความกวา้ งของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อต (W) | 33 |
ภาพที่ 3.7 | การเปรียบเทียบการสูญเสียยอ้ นกลบั เมื่อเปลี่ยนแปลงค่า W | 33 |
ภาพที่ 3.8 | วธิ ีการเปล่ียนแปลงค่าความกวา้ งสล็อตของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อต (g) | 34 |
ภาพที่ 3.9 | การเปรียบเทียบการสูญเสียยอ้ นกลบั เมื่อเปลี่ยนแปลงค่า g | 34 |
ภาพที่ 3.10 | การออกแบบสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสลอ็ ตไม่▇▇▇▇▇▇คร่ึงความยาวคลื่น | 36 |
ภาพที่ 3.11 | โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อตไม่▇▇▇▇▇▇คร่ึงความยาวคลื่น | 36 |
ภาพที่ 3.12 | ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั สายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อตไม่ ▇▇▇▇▇▇คร่ึงความยาวคลื่น | 37 |
ภาพที่ 3.13 | วธิ ีการเปลี่ยนแปลงค่าความยาวฟี ดของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อต ไม่ ▇▇▇▇▇▇คร่ึงความยาวคลื่น (t) | 37 |
ภาพที่ 3.14 | การเปรียบเทียบการสูญเสียยอ้ นกลบั เมื่อเปลี่ยนแปลงค่า t | 38 |
ภาพที่ 3.15 | โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇แบบสล็อตไม่▇▇▇▇▇▇คร่ึง▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ เพม่ิ ขนาด▇▇▇▇▇ทางดา้ นซา้ ยมือ | 39 |
ภาพที่ 3.16 | ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั หลงั จากการเพม่ิ ขนาด▇▇▇▇▇ทางดา้ น ซายมือ | 39 |
ภาพที่ 3.17 | ทิศทางในการแพร่คล่ืนของสายอากาศ▇▇▇▇▇ในรูปแบบสองมิติ | 40 |
ภาพที่ 3.18 | การเพม่ิ ขนาด ▇▇▇▇▇ทางดา้ นซา้ ยมือ และขวามือ | 40 |
ภาพที่ 3.19 | ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั หลงั จากการเพม่ิ ขนาด▇▇▇▇▇ทางดา้ น ซายมือและขวามือ | 41 |
ภาพที่ 3.20 | ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั หลงั จากการเพม่ิ ขนาด▇▇▇▇▇ทางดา้ น ซายมือและขวามือ | 41 |
ภาพที่ 3.21 | ทิศทางในการแพร่คลื่นของสายอากาศ▇▇▇▇▇ในรูปแบบสองมิติ | 42 |
ภาพที่ 3.22 | ทิศทางในการแพร่คลื่นของสายอากาศ▇▇▇▇▇ในรูปแบบสามมิติ | 42 |
ภาพที่ 4.1 | ภาพจริงของสายอากาศที่ออกแบบ | 43 |
ภาพที่ 4.2 | ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบจากการวดจริง | 44 |
ภาพที่ 4.3 | ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั จากการจา˚ ▇▇▇การทา˚ งาน | 44 |
ภาพที่ 4.4 | การเปรียบเทียบ ค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั จากการวดั จริงกบั การ ▇▇▇▇▇การทางาน | 45 |
บทที่ 1 บทน˚ำ
1.1 ที่มำและควำมส˚ำคญ
การส่งสัญญาณโทรทัศน์ภาคพ้ืนดินระบบแอนะล็อกของไทยในปัจจุบันน้ี มีการแพร่ภาพ
ออกอากาศ 6 ช่องรายการได ก่ ช่อง 3, 5, 7, 9, NBT และ ช่องไทยพีบีเอส การส่งสัญญาณโทรทศน
ภาคพ้ืนดินระบบแอนะล็อก 1ช่องใช้ความถี่ 8 MHz จะเห็น▇▇ ▇▇ใชช้ ่วงความถ่ีท่ีกวา้ งมาก แต่ถา้ เป็ น
เทคโนโลยโี ทรทศน์ภาคพน้
ดินระบบดิจิตอลน้
มีการบีบอด
สัญญาณท่ีเรียกเป็ นภาษาองั กฤษวา
Digital
Compression ทาให้ใน 1 ช่องความถี่ (8 MHz) ตามแบบแอนะล็อกเดิม ออกอากาศไดถึง 10-15 ช่องใน
ระบบดิจิตอลในความคมชัด▇▇▇▇และให้ภาพมีคุณภาพสูงข้ึน จะเห็นไดว่า การเปล่ียนการส่งสัญญาณ
โทรทศน์ภาคพ้ืนดินระบบแอนะล็อก เป็ นดิจิตอล เป็ นการ ใชค
ลื่นความถ่ีวิทยม
าอยา่ งมีประสิทธิภาพ
ข้ึนมาก ซ่ึงก็รู้ว่าคล่ืนความถี่เป็ นทรัพยากรท่ีมีคุณค่ามาก อีกท้งั การส่งสัญญาณโทรทศน์ภาคพ้ืนดิน
ระบบดิจิตอล ยงั ใหค
ุณภาพของสัญญาณ▇▇▇▇▇ข้ึน คมชด
การรบกวนก็เกิดไดน
อย ไม่มีคล่ืนแทรก และยง
▇▇▇▇▇▇รับชมไดช
ด▇▇▇ แมอ
ยใู่ นพาหนะท่ีเคลื่อนที่ แต่ขอ
เสียของการส่งส
ญาณโทรทศ
น์ภาคพ้ืนดิน
ระบบดิจิตอล เมื่ออยใู่ นจ อบสญ
ญาณจะไม่▇▇▇▇▇▇ร
ภาพใด ๆ ไดเ้ ลย ซ่ึงแตกต่างจากระบบแอนะล็อก
ที่จะเกิดภาพทบ
ซ นหรือภาพเบลอๆ ในจุดที่สัญญาณอ่อน ดว
ยเหตุน้ีสา˚ นักงาน คณะกรรมการกิจการ
กระจายเสียง กิจการโทรทศ
น์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ [1] จึงให้ความสา˚ คญ
เนื่องจากเป็ นช่วง
เปล่ียนผ่านจากระบบแอนะล็อกเป็ นดิจิตอล โดยแบ่งออกเป็ นสองส่วน คือ ส่วนของภาคส่ง ขยาย โครงข่ายให้ครอบคลุมเพียงพอสา˚ หรับการใหบ้ ริการ ส่วนของภาครับ สนับสนุนโครงการวิจยั เก่ียวกบั
การพฒ
นาระบบสายอากาศรับสัญญาณโทรทศ
น์ระบบดิจิตอลและเครื่องรับดิจิตอล เพื่อให้ประชาชน
▇▇▇▇▇▇รับชมสญ
ญาณโทรทศ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ยา่ งมีประสิทธิภาพ
ดงั น้ัน เพ่ือ▇▇▇▇▇ประสิทธิภาพในการรับชมสัญญาณโทรทศ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇
ประชาชน โครงการ
คนควา้ แบบ▇▇▇▇▇▇▇▇ จึงน˚าเสนอการพฒนาและออกแบบสายอากาศภายในอาคาร ส˚าหรับรับสัญญาณ
โทรทศ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇ประยก
ตจากผลงานวิจยั ต่างๆ ให้ได้สายอากาศท่ีเป็ นไปตามมาตรฐานทางเทคนิค
สา˚ หรับเครื่องรับสญ
ญาณโทรทศน
าคพน้
ดินในระบบดิจิตอล [2]
1.2 วัตถุประสงค์
1.2.1 เพื่อศึกษา และพฒั สายอากาศที่มีโครงสรา้ งไม่ซบซอ
นาสายอากาศส˚าหรับการรับสัญญาณโทรทัศน์ดิจิตอลเพื่อให้ได น
1.2.2 เพื่อออกแบบ และพฒ
นาสายอากาศส˚าหรับการรับสัญญาณโทรทศ
น์ดิจิตอลเพื่อให้ได
สายอากาศที่มีโครงสรา้ งไม่ซบซอน
1.3 สรุปสำระส˚ำคญจำกเอกสำรและงำนวิจยั ท่ีเกี่ยวขอ้ ง
สายอากาศได▇▇▇▇▇▇มีแบนกวา้ ง▇▇▇▇▇▇รับสัญญาณทีวีดิจิตอล ที่ความถ 470- 806 MHz โดย
ใชวิธีการ step-shaped feed gap ในการออกแบบและปรับจูน ถูกนา˚ เสนอจากการวิจยั ของ ▇▇▇-▇▇▇
Chi, ▇▇▇-▇▇ ▇▇▇▇, and ▇▇▇▇-Wen Su [3] ซ่ึงทา˚ ให้มีช่วงความถี่ที่ใช้งานกวา้ งข้ึน 50% ของแบนด วดท์ โดยมีค่า ▇▇▇▇ ▇▇▇ 2.5:1
Taguchi และคณะ [4] ไดน
า˚ เสนอสายอากาศแอกทีฟ▇▇▇▇▇ รับสัญญาณโทรทศ
น์ระบบดิจิตอล
มี▇▇▇▇▇บติสัญญาณรบกวนต่า˚ และอตราขยายสายอากาศที่สูง สายอากาศน้ีสร้างบนแผ่นไดอิเล็กท▇▇▇
บาง ๆ ใชเ้ ทค▇▇▇ Photoetching โดยนา˚ สายนา˚ สัญญาณแบบร่วมระนาบ (CPW) ต้งั ฉาก กบสายอากาศ
▇▇▇▇▇ และร่วมกบ
วงจรขยายสัญญาณ ปรับจูนใหเ้ หมาะสม เพื่อใหไดอ
ตราขยายสายอากาศที่สูงกวา
8 dBd ที่ความถี่ 470-770 MHz สา˚ หรับช่องโทรทศน์ 13-62 ในประเทศ▇▇▇▇▇▇
Gapponi และคณะ [5] ไดอ
ธิบายเทคนิคการสร้างวงจรขยายสัญญาณดว
ย CAD โดยเบ้ืองตน
เร่ิมจากความรูด้ า้ นการป้องกนสญ
ญาณการรบกวนและค่าพารามิเตอร์ในการสรา้ งวงจรขยายสญ
ญาณ
1.4 ขอบเขต▇▇▇▇▇รศึกษำ
1.6.2 ใชโปรแกรมคอมพิวเตอร์ CST Microwave Studio สาหรับการวิเคราะห์ ออกแบบ และ
▇▇▇▇▇ผลสายอากาศ
1.6.3 ออกแบบสายอากาศชนิดภายในอาคาร(Indoor) ที่▇▇▇▇▇▇รับสัญญาณโทรทัศน์
ภาคพน้ ดินระบบดิจตอลิ ในรปแบบู DVB-T2
1.5 ประโยชน์ที่คำดว่ำจะได้รับ
1.5.1 ไดศึกษาระบบสายอากาศ รับสญ
ญาณโทรทศ
น์ภาคพน้
ดินระบบดิจิตอล
1.5.2 ไดส
ายอากาศที่▇▇▇▇▇▇ใช้งานไดต
ามวต
ถุ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇มีโครงสร้างไม่ซ
ซ้อน ▇▇▇▇▇▇
นา˚ ไปใชไดง้ ่าย และตดิ ตง้ั ไดเ้ อง
1.6 สถำ▇▇▇▇ด˚ำเนินกำรศึกษำ
1.6.1 ศูนยวจ
ยเทคโนโลยอ
ุ▇▇▇▇▇และเครือข่ายในระบบสื่อสารทางแสงแห่ง▇▇▇▇▇ ภาควิชา
วศวกรรมไฟฟ้า คณะวศ
วกรรมศาสตร์ มหาวท
ยาลยั เชียงใหม่
1.6.2 สานกงาน กสทช เขต 3 ลาปาง
บทที่ 2
ทฤษฎพืนฐาน
งานค้นควา้ แบบ▇▇▇▇▇▇▇▇มีวตถุ▇▇▇▇▇▇▇เพื่อออกแบบ และพัฒนาสายอากาศส˚าหรับการรับ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇
ให้ไดส
ายอากาศท่ีมีโครงสร้าง▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ และติดต้งั ไดเ้ อง โดยในการ
วเิ คราะห์ไดท
าการวิเคราะห์ดว
ยการจา˚ ▇▇▇โครงสร้างของสายอากาศโดยใชโ้ ปรแกรม CST MWS Studio
ในการศึกษา และวเิ คราะห์ผลมีหลกการและทฤษฎีดงั น้
2.1 โทรทัศน์ระบบดิจิตอล (Digital Television)
โทรทศ
น์ระบบดิจิตอล (Digital Television เป็ นการส่งสญ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ที่มีประสิทธิภาพสูง ให้ท้ังความคมชัดของภาพและเสียง หน่ึงช่องสัญญาณ (8 MHz) ส่งขอมูลได
มากกว่าแบบแอนะล็อกในหน่ึงช่องสญ
ญาณ เป็ นการบีบอด
สญญาณที่เรียกเป็ นภาษาองั กฤษวา
Digital
Compression ทา˚ ให้ไดค
ุณภาพของภาพและเสียง▇▇▇▇▇กว่า ▇▇▇▇ โทรทศ
น์ระบบ HDTV การรบกวนเกิดได
ดวย ไม่มีสัญญาณแทรก ▇▇▇▇▇▇รับชมที่ชด
▇▇▇แม้ขณะอยใู่ นพาหนะเคล่ือนท่ีก็ตาม ตรงกน
ขา้ มกับ
โทรทศน์ระบบแอนะล็อกที่คุณภาพสัญญาณภาพและเสียง▇▇▇▇▇▇คมชด กวา่
และใชทรัพยากรความถี่ที่มากก
การเปลี่ยนระบบจากแอนะล็อกเป็ นระบบดิจิตอล จึงมีความจา˚ เป็ นตองเปลี่ยนทว่ั โลกตามไปดวย
และมีขอตกลงตามมติที่ประชุมรัฐมนตรีสารสนเทศอาเซียน หรือ AMRI (ASEAN Ministers Responsible
for Information) ว่าทุกประเทศ▇ ▇▇▇▇▇ภาพโทรทัศน์ภาคพ้ืนดินระบบดิจิตอลได้ และต้องยุติการ
ออกอากาศระบบแอนะล็อกในช่วงปี พ.ศ. 2558-2563 ดงั น้ัน ประเทศไทยก็ตอ
งเร่งผลกดน
ให้ทีวีดิจิตอล
เกิดข้ึน เพื่อให้▇▇▇▇▇▇แข่งขนกบ
ประเทศอ่ืนได้ สา˚ นักงาน กสทช. จึงไดจด
ทาแผนความถี่วิทยส
าหรับ
กิจการโทรทศ
น์ภาคพน้
ดินในระบบดิจิตอล
การทา˚ งานของโทรทศน์ระบบดิจิตอลเป็ นการเขา้ รหัสในการ▇▇▇▇▇▇สญ▇▇▇▇▇▇และเสยงเรยกวีี ่า
รหัสดิจิตอล มีค่า “0” ก “1” เท่าน้ัน ใช้เทคนิคต่างๆในการเปล่ียนแปลงสัญญาณภาพและเสียงจาก
ระบบแอนะล็อกเป็ นดิจิตอล มีการบีบอด
ขอ▇▇▇ ▇▇การเขา้ รหัสขอ
มูลก่อนที่จะทา˚ การผสมสญ
ญาณขอ
มูล
คลื่น▇▇▇▇ออกไป กระบวนการบีบอัดข้อมูลสัญญาณดิจิตอล โดย MPEG-2 หรือ MPEG-4 ท˚าการ
ถอดรหัส หลงั จากน้ ส
ญาณถูกส่งไปยงั หนา้ จอโทรทศ
น์ ทา˚ ให้หน่วยที่เล็กที่สุดของภาพที่แสดงบน
จอภาพ ซ่ึงในระบบ HDTV น้ัน▇▇
▇พที่มีความละเอียด สูงกว่าโทรทศ
น์ทว่ั ไปมาก ทา˚ ให้ภาพที่ออกมามี
ความคมชด ละเอียด
มาตรฐานของโทรทศ
น์ระบบดิจิตอล แผนความถ่ีวิทยุสา˚ หรับกิจการโทรทศ
น์ภาคพ้ืนดินใน
ระบบดิจิตอล พ.ศ. 2555 [6] ของส˚านักงาน กสทช. ก˚าหนดให้ใช้ มาตรฐาน DVB-T2 (Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial) บน▇▇▇▇ ความ ถี่▇▇▇ ▇▇▇▇ (Ultra High Frequency: UHF)
กา˚ หนดความถ่ีวทยุ 510 – 790 MHz
ปัญหาและอุปสรรคในการเปลี่ยนผา่ นการแพร่ภาพโทรทศ
น์ภาคพน้
ดินจากระบบ แอนะล็อกเป็ น
ระบบดิจิตอล คือการให้บริการครอบคลุมทุกพ้ื▇▇▇▇ เนื่องจากการรับส
ญาณโทรทศ
น์ภาคพ้ืนดินระบบ
ดิจิตอล จุดอบส ญาณไม่▇▇▇▇▇▇รับภาพใด ๆ ไดเ้ ลย ซึ่งแตกต่างจากระบบแอนะล็อก ที่เกิดภาพทบ
ซ้อนหรือภาพเบลอๆในจุดที่สัญญาณอ่อน จึงทา˚ ให้ผูประกอบการ ขยายโครงข่ายให้ครอบคลุม เพียงพอ
สา˚ หรับการให
ริการ ส่วนของประชาชน ตอ
งมีสายอากาศ▇▇▇▇▇ ในการรับสญ
ญาณโทรทศ
น์ระบบดิจิตอล
เพอ
ให▇
▇▇▇▇▇รับชมสญ
ญาณโทรทศ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ยา่ งมีประสิทธิภาพ
2.2 ทฤษฎีสายอากาศ [7]
สายอากาศมีการใหค
า˚ จา˚ กด
ความหลายอยา่ ง▇▇▇▇
- เป็ นส่ิงที่▇▇▇▇▇▇ส่งหรือรับคลื่น
- เป็ นตว
แปลง ระหว่างสายนา˚ สัญญาณหรือที่เรียกอีกชื่อหน่ึงว่าท่อนา˚ คลื่นกบ
อากาศ หรือ
ในอีกทางหน่ึง ก็▇▇▇▇▇▇เป็ นตว
แปลงจากอากาศสู่สายนา˚ สัญญาณ ในเทคโนโลยร
ะบบสื่อสารไร้สาย
สายอากาศเป็ นองคป
ระ▇▇▇▇▇▇สา˚ คญ
การออกแบบสายอากาศ▇▇▇▇▇▇▇น
ช่วยทา˚ ให▇
▇▇▇▇▇▇▇ภาพโดยรวมของ
ระบบส่ง-รับดีข้ึน สายอากาศมีหลายรูปแบบ แบ่งตามโครงสร้างที่สนใจได้ดงั น้ี 1) สายอากาศ▇▇▇▇▇
2) สายอากาศไมโครสตริป และ 3) สายอากาศแบบร่อง และ 4) สายนา˚ สญญาณแบบรวมระนาบ่
2.3.1 สายอากาศ▇▇▇▇▇ (Dipole Antenna)
สายอากาศ▇▇▇▇▇ เป็ นสายอากาศหน่ึงที่มีโครงสรา้ งง่ายที่สุด ประกอบดว
ยเสนลวดสองเส้นที่มี
ความยาว L วางเป็ นแนวเส
ตรงต่อกน
ดงั ภาพที่ 2.1 จุด▇▇▇▇▇▇▇▇ของ▇▇▇▇▇ถูกต่อเขา้ กบ
ตวป้อนสั▇▇▇
▇▇ท่ีน้ีกา˚ หนดใหเ้ ป็ นเครื่องส่ง โดยใชสายนา˚ สัญญาณทา˚ หน้าท่ีเป็ นตวั กลางในการเชอมต▇▇▇▇▇▇สงท่ื่่่ื า˚ การ
ป้อนสัญญาณเป็ นสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลบไปยงั สายอากาศ กระแสของสัญญาณน้ีจะไหลไปยงั ข้วั หนึ่ง
ของ▇▇▇▇▇ และไหลกลบ
มายงั อีกข้วั หน่ึงของ▇▇▇▇ลดงั แสดงในภาพที่ 2.1 ซ่ึงมีทิศทางตรงขา้ มกบ
ทิศทาง
ของกระแสที่ส่งไปยงั ข้วั แรกของ▇▇▇▇▇
การ▇▇▇▇▇▇ตวของกระแส (Current Distribution) ท˚าให้เห็นขนาด ของกระแสสัญญาณ
กระแสสลบที่เกิดข้ึนตลอดท้งั ความยาวของสายอากาศ▇▇▇▇▇ซ่ึงมี▇▇▇▇▇▇เท่ากน โดยที่ปลายท้งั สองมีค่า
เท่ากน
คือมีค่าเท่ากบ
ศูนย์ ท้งั น้ีค่าสูงสุด▇▇▇
▇▇จุด▇▇▇▇▇▇▇▇หรือที่จุดอื่นๆ บนตวั ▇▇▇▇▇ แต่ก็ข้ึนอยกบ
ความ
ยาวของ▇▇▇▇▇และความถ่ีของสญ
ญาณที่มาจากเครื่องส่ง
TO TRANSMITTER
ภาพที่ 2.1 สายอากาศ▇▇▇▇▇
2.3.2 สายอากาศไมโครสตริป (Microstrip antennas)
ประกอบดวย▇▇▇ช์ (Patch) เป็ นโลหะที่วางบนแผ่นรอง (Substrate) ที่มีกราวนด์ ดา้ นล่าง ▇▇▇ช
โลหะอาจมีรูปร่างไดห
ลายรูปแบบแลว
แต่การออกแบบ แต่ที่▇▇▇▇คือสี่เหลี่ยมผน
ผา เน่ืองจากมีค่าโพลา
ไรเซชน
แบบไขวต่า
(Low-cross polarization) สายอากาศแบบน้ีมีรูปร่าง แบนราบ สะดวกในการวาง
บนผิวแนวระนาบและไม่ระนาบ ง่ายในการสร้างและออกแบบมีราคาถูก เพราะใช้เทคโนโลย
เดียวกน
กบการทา˚ แผน
วงจรพม
พ์ (Printed circuit)
ภาพที่ 2.2 สายอากาศไมโครสตริป
รูปแบบพ้ืนฐานของสายอากาศไมโครสตริป ▇▇▇▇▇▇แบ่งออกได้เป็ น 3 รูปแบบ คือสายอากาศ ไมโครสตริปแบบแผ่น (Microstrip patch antenna) สายอากาศไมโครสตริปแบบ▇▇▇▇▇ (Microstrip dipole antenna) และสายอากาศไมโครสตริปแบบช่องเปิ ด (Microstrip slot antenna) ในแต่ละชนิดก็มี
รูปแบบและสมบต นา˚ ไปใชง้ าน
ิต่างๆแตกต่างกันออกไป ในการออกแบบน้ันตอ
งคา˚ นึงถึงความเหมาะสมต่อการ
ลกษณะโครงสร้างขอสายอากาศไมโครสตริปประกอบด้วย ส่วน▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇ตวน˚าหรือท
เรียกว่า ▇▇▇ช์ (Patch) และแผน
ระนาบกราวนด์ ซ่ึงแยกออกจากกน
ดวย วสดุฐานรองหรือที่เรียกกน
อีก
ชื่อวา ซบสเตรท (Substrate) ท่ีมีค่าค่า▇▇ตวั ไดอิเล็กตรกิ ดงั แสดงในภาพที่ 2.3
ภาพที่ 2.3 โครงสร้างทว่ั ๆ ไปของสายอากาศไมโครสตริป
โดยที่ W คือ ความกวา้ งของสายอากาศ (Patch)
L คือ ความยาวของสายอากาศ (Patch)
h คือ ความสูงของวสดุฐานรอง (Substrate)
ε r คือ ค่า▇▇ตวั ไดอิเล็กต▇▇▇▇▇
พทธข
องวส
ดุฐานรอง (Substrate)
ตวั อยา่ ง สายอากาศแบบไมโครสตริปพน้
ฐานแสดงไดด
งั ภาพท่ี 2.3 เห็นว่าสายอากาศ แบบไมโค
▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ฐาน เป็ นรูปแบบอยา่ งง่าย ความยาวคล่ืนตอ
งคิดแบบความยาวคลื่นส
พทธกบ
ชนิดของแผ่น
ทองแดง สายอากาศแบบพ้ืนฐานน้ีคือใชง้ านไดกบ
ช่องสญ
ญาณแคบมาก ประกอบกบ
มีขนาดใหญ่ และ
ประสิทธิภาพต่า นา˚ ไปใชง้ าน
จึงม
ถูกน˚ามาเพียงเพื่อเรียนรู้เบ้ืองตน
ของสายอากาศแบบระนาบเท่าน้ัน แต่ไม่ถูก
1) การออกแบบสายอากาศไมโครสตริป [8]
ในการออกแบบสายอากาศไมโครสตริป ▇▇▇▇▇▇▇▇▇วณความกวางและความยาวของ
สายอากาศไมโครสตริป ไดจ
ากสมการดงั ต่อไปน้
2 f
ε r + 1
2
W = c
(2.1)
2 f εe μ0ε 0
L = 1
− 2ΔL
(2.2)
โดยที่
ΔL = h0.412
(εe
W
+ 0.3)(
h
+ 0.264)
W
(2.3)
(εe − 0.258)( h
+ 0.8)
และ
1
1 + 12h
ε = ε r + 1 + ε r − 1 ( )
e 2 2
Ws
(2.4)
โดยที่ W คือ ความกวางของสายอากาศ
L คือ ความยาวของสายอากาศ
Ws คือ ความกวา้ งของสายส่งสญั h คือ ความสูงของวส▇▇▇▇▇ฐาน f คือ ความถี่ที่ใชงาน
ญาณแบบสายไมโครสตริป
εe คือ ค่า▇▇ตวั ไดอิเล็กต▇▇▇▇▇
พทธ▇
▇▇▇▇▇▇▇▇▇
εr คือ ค่า▇▇ตวั ไดอิเล็กต▇▇▇▇▇
พทธข
องวส
ดุฐานรอง
μ0 คือ ค่าความซาบซึมไดของอวกาศวา่ ง
ε0 คือ ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าของอากาศวา่ ง
c คือ ความเร็วแสง
2) แผนตวั นา˚ สายอากาศ
แผ่นตวั นา˚ สายอากาศ ▇▇▇ ▇▇▇▇
บางๆที่เป็ นโลหะ ทา˚ หน้าท่ีเป็ นตวั แผ่พลงั งาน มีลก
ษณะ คือ
ความตา้ นทานต่า
ทนต่อสภาวะแวดลอ
มไดเ้ ป็ นอยา่ งดี และ▇▇▇▇▇▇ยด
ติดกบ
ผิวของวส
ดุฐานรอง▇▇▇▇▇
โดย▇▇▇▇วส
ดุ▇▇▇▇▇มาใชจ
ะพบว่า เป็ น ▇▇▇▇▇
ทองแดง หรือ อ▇▇มิเนียม แลว
แต่จะนา˚ มาใชง้ าน แต่วส
ดุท
นา˚ มาใช้ ส่งผลต่อประสิทธิภาพของสายอากาศ และความซบซอนในการผลิต ขนาดและรปู รางของแผ่ ่น
ตวน˚า ของสายอากาศมีผลต่อการกา˚ หนดความถ่ีใชง้ าน รูปแบบการแผ่พลังงานและค่าความสูญเสีย
เนื่องจากการยอ
นกลบ
แผน
ตวั นา˚ อาจมีรูปร่างต่าง ๆ ▇▇▇▇ สี่เหลี่ยมผน
ผา สี่เหลี่ยมจตุรัส ▇▇▇▇▇ วงรี เป็ น
ตน แต่ท่ี▇▇▇▇ออกแบบ ส่วนใหญ่▇▇▇ ▇▇▇▇ตวั นา˚ ร▇▇ ▇▇▇เห▇▇▇ยม และ▇▇▇▇▇ เนื่องจากการออกแบบและการ
ผลิต▇▇▇▇▇▇ทา˚ ไดง้ ่ายไม่ซบซอน
3) ช้นวสดุฐานรอง
ในการออกแบบช้
วสดุฐานรองของสายอากาศ สิ่งที่ตอ
งให้ความส˚าคญ
คือ ชนิดและ
ขนาดของช้น
วสดุฐานรอง เป็ นตว
กา˚ หนด▇▇▇▇▇บต
ิทางไฟฟ้าของสายอากาศแบบไมโครสตริป ผลของ
การแผ่พลังงานของสายอากาศมีค่าลดลงเมื่อค่า▇▇ตว
ไดอิเล็กต▇▇▇สัมพท
ธ์ของวส
ดุฐานรอง▇▇▇▇▇ข้ึ▇
▇▇▇ความหนาของวสดุฐานรองมีค่าเท่าเดิม การแผ่พลงั งานของสายอากาศมีค่า▇▇▇▇▇ข้ึนเม่ือความหนาของ
วสดุฐานรอง▇▇▇▇▇ข้ึนและการแผ่พลงั งานนี้ มีปริมาณลดลง เมื่อความหนาต่อความยาวคลื่น
มีค่าประมาณ 0.05 การเลือกวสดุเพื่อใชเ้ ป็ นวสดุฐานรองนอกจากตองคา˚ นึงถึงสมบติทางกล สมบติทาง
เคมี ความ▇▇▇▇ต่อสภาวะแวดลอม ▇▇▇▇ ความชนื้ อุณหภูมิที่มีการเปลี่ยนแปลง ความ▇▇▇▇▇▇ในการยด
ติดกบ
ผิวโลหะ▇▇▇
▇ ความเรียบของผิวซ่ึง▇▇▇▇▇ประสิทธิภาพในการยด
ติดกบ
โลหะ และ▇▇▇▇▇▇ผลิตเป็ น
วสดุฐานรองสา˚ หรับสายอากาศได
4) ระนาบกราวนด์
▇▇▇ ▇▇▇▇▇โลหะขนาดใหญ่เมื่อนา˚ ไปเทียบกบ
แผ่นตวั นา˚ สายอากาศ ซ่ึงส่วนมากทา˚ จากโลหะ
ชนิดเดียวก กบสายอากาศ โดยขนาดของระนาบกราวนด์ ส่งผลต่อแบบรูปการแผ่▇▇▇▇▇▇คลื่น เนื่องจาก
คล่ืนเล้ียว▇▇▇ที่บริเวณขอบของระนาบกราวนด์ นอกจากน้ียงั ส่งผลต่อการวเิ คราะห
มบต
ิ ของสายอากาศอีก
ดวย เนื่องจากการวเิ คราะห์สายอากาศส่วนใหญ่▇▇▇▇▇▇วา่ แผน
ระนาบกราวนดม
ีขนาดใหญ่กวา่ แผน
ตวั นา
สายอากาศมากจน▇▇▇▇▇▇ประมาณไดว้ ่าเป็ น▇▇▇▇▇▇ ขนาดที่จา˚ กดของระนาบกราวนด์มีผลต่อลา˚ คลื่น
หลัก (Main lobe) นอยมาก และทา˚ ให้เกิดลา˚ คล่ืนดา้ นหลงั ของรูปแบบการแผ่▇▇▇▇▇▇คลื่น
5) วธีการทางานของสายอากาศไมโครสตรปิ
สายอากาศมีการทา˚ งาน▇▇▇▇เดียวกบ
เสาอากาศทว
ไป คือ นาเอาสายอากาศมาเชื่อมเขา้ กบ
แหล่งจ่ายขอ
มูลผ่านทางหวั เช่ือมต่อก็▇▇▇▇▇▇ใชง้ านได้ โดยส่วนใหญ่แลวมก
ไม่มีการปรับแต่งใด ๆ อีก
โดยเฉพาะอยา่ งยงิ่ กบ
สายอากาศท่ีมีทิศทางแคบมาก ไม่มีการขยบ
เขยอ้
นใด ๆ หลงั จากติดต้งั แลว
สายอากาศไมโครสตริปมีท้งั ขอ
ดีและขอดอ
ยหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกบ
สายอากาศท
ใช้ใน▇▇▇ ▇ไมโครเวฟแบบต่างๆ ▇▇▇▇▇▇สรุปไดใ้ นตารางที่ 2.1 ซ่ึงขอดอยของสายอากาศไมโครสตริป
▇▇▇▇▇▇กา˚ จด
ใหล
ดนอ
ยลงได้ ถา้ ออกแบบใหถ
ูกตอ
งและเลือกใชวส
▇▇▇▇▇มีการสูญเสียต่า
ซ่ึงคาดวา
ต่อไป
ใน▇▇▇▇▇จะมี▇▇▇▇▇˚ สายอากาศไมโครสตริปมาใชง้ านอยา่ งกวา้ งขวางมากข้ึน เนื่องจาก ความหนาของ ไมโครสตริปบางมาก
ตารางที่ 2.1 ขอ
ดีและขอดอ
ยของสายอากาศไมโครสตริป
ข▇▇ ▇▇ | ขอ้ ดอ้ ย |
- ราคาถูก - น้า˚ หนกั เบา แขง็ แรงทนทาน - ขนาดเล็ก ปริมาตรน▇▇ ▇ ▇▇▇ไม่ตา้ นลม - ▇▇▇▇▇▇นา˚ มาดดั แปลงรูปร่างทา˚ ให▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇ - การผลิตง่าย - ▇▇▇▇▇▇ป้อนสญญาณและปรับอิมพแดนซ์ได้ พร้อมๆ กบั การสรา้ งสายอากาศ - ▇▇▇▇▇▇สร้างเป็ นสายอากาศแถวลา˚ ดบั ไดง้ ่าย - ต่อเขา้ กบั วงจรหรือติดต้งั ไดง้ ่ายกวา่ - ▇▇▇▇▇▇กา˚ หนดลกั ษณะการเดินทางของคลื่น ไดท้ ้งั แบบเชิงเสน้ และแบบ▇▇▇▇▇โดยการ เล่ือนตา˚ แหน่งที่ป้อนสญั ญาณและรูปร่างของ แผน่ แผพ่ ลงั งานท่ีใช้ | - มีกา˚ ลงั งานในการแผพ่ ลงั งานต่า˚ - มีแถบความถี่แคบ (Narrow bandwidth) - มีการสูญเสียมากโดยส่วนมากเกิดจากการ สูญเสียที่จุดต่อและจุดป้อนสญั ญาณจึงส่งผล ใหไ้ ดอ้ ตราขยาย (Gain) ต่า˚ - สายอากาศไมโครสตริปส่วนใหญ่มีการ แผก่ ระจายคล่ืนเพยี งคร่ึงระนาบ - ต้องเก็บรักษาไวท้ ี่อุณหภูมิที่เหมาะสม เพื่อ ▇▇▇▇▇▇▇▇สมบติของสารที่ใชท้ าสายอากาศ |
2.3.3 สายอากาศร่อง (Slot antenna) [9]
สายอากาศร่อง (Slot antenna) ถูกน˚ามาใชง้ านอยา่ งกวา้ งขวาง เนื่องจากมีลักษณะแบน
ราบ และมีขนาดเล็กโดยสายอากาศร่องแบบต่างๆ น้น
เป็ นรูปแบบคู่▇▇▇▇▇▇▇▇▇เสน
ลวดหรือสายส่ง
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ดงั น้ันแบบรูปการแผ่▇▇▇▇▇▇คลื่น▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ของสายอากาศร่อง▇▇▇▇▇▇ทาการคานวณได
จากลักษณะเฉพาะ ของสายอากาศเส้นลวดหรือสายส่งสัญญาณ โดยใชหลกการของ Binet’s Principle
โดยร่องที่ใชอ
อกแบบสายอากาศมีท้ง
แบบร่องแคบ และร่องกวา้ ง ซ่ึงสายอากาศร่องแคบมีจุด▇▇▇▇▇▇สนใจ
หลก
ๆ คือ▇▇▇▇▇พแ
ดนซ์ของตวั สายอากาศแมตซ์กบ
สายส่งสัญญาณ▇▇▇
▇ ในขณะที่สายอากาศร่องกวา้ งมี
ขอจา˚ กด
ในเร่ืองของอิม▇▇▇▇▇ช์แบนดว
ิดธ
ี่แคบและมีค่าโพ▇▇▇▇▇▇เซชน
ไขวส
ูง ซ่ึงเป็ นขอ
จา˚ กด
ใน▇▇▇
▇▇˚ สายอากาศร่องกวา้ งไปใชงาน นอกจากน้ีแลวผลกระทบของร่องกวางทาให้▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇เฟสของ
สนามไฟฟ้าในร่อง▇▇▇▇▇▇เท่ากน
ซ่ึงส่งผลกระทบต่อ▇▇▇▇▇แดนซ์แบนด์วิดธ์และบีมหลก
ในระนาบ
สนามไฟฟ้าเกิดมุมเอียง (Tile) โดยรายละเอียดของการศึกษาท้งั สายอากาศร่องแคบและร่องกวา้ งจะกล่าว ต่อไปรวมท้งั ในตอนทา้ ยจะได้น˚าเสนอสายอากาศร่องกวา้ งที่มีการปรับปรุงแบนด์วิดธ์จะโดยใช้ 2
เทคนิคร่วมกน
คือ การป้อนใชส
ตปจูน (Tuning Stub) และสตริปโหลด (Loading Strip) ในการศึกษาและ
วิเคราะห์ผลใช้โปรแกรมจา˚ ▇▇▇การทา˚ งานทางแม่เหล็กไฟฟ้า IE3D ในการจา˚ ▇▇▇การทา˚ งานท้งั การ
สูญเสียยอนกลับ▇▇▇▇▇แดนซ์และการ▇▇▇▇▇▇ของกระแสและสนามต่างๆ และในท่ีน้ีกล่าวถึงลักษณะ
ต่างๆ สายอากาศร่องบนแผ่นระนาบท้งั บนร่องแคบและร่องกวา้ งเทคนิคการป้อนแบบ ต่างๆท้งั สายส่ง
สญญาณแบบไมโครสตริปเพื่อเปรียบเทียบกบ
โครงสร้างระนาบร่วมรวมท้งั เทคนิคการทา˚ ใหส
ายอากาศ
ร่องมีแบนดวด
ทกวา้ ง
1) สายอากาศร่องแคบ
โครงสรา้ งสายอากาศร่องแคบ ประกอบดว
ยตวั แผ่พลงั งาน (Radiator) ซ่ึงเกิดจากการเจาะ
ร่องของแผ่นโลหะขนาดใหญ่แสดงดงั ภาพที่ 2.4 โดยทว่ั ไปร่องจะมีความยาวคลื่น ณ ความถี่
ท่ีตองการและความกวา้ งของรอ่ งมีขนาดเล็กกวา่ ความยาวคล่ืนมากๆ (W <<1)
Ls =
F
Ws
ภาพที่ 2.4 สายอากาศร่อง▇▇▇▇▇▇มีความยาว Ls = ในแผนระนาบโลหะขนาดอนนต
Ws
Ls =
ภาพที่ 2.5 สายอากาศ▇▇▇▇▇ยาว
จากภาพที่ 2.4 และ 2.5 เป็ นภาพแสดงแบบรูปการแพร่▇▇▇▇▇▇คล่ืนของสายอากาศร่อง แคบบนแผ่นโลหะขนาด▇▇▇▇▇ มีความยาวคือ Ls = ความกวางคือ Ws ร่องถูกป้อนพลงั งานที่
จุด F-F โดยการแผ่▇▇▇▇▇▇คลื่นของสายอากาศร่องมีลกษณะเหมือนสายอากาศ▇▇▇▇▇สตริปที่มี
ความยาว มีความกวาง Ws และป้อนสัญญาณท่ีตรงตา˚ แหน่ง F-F ดงั แสดงดงั ภาพที่ 2.4 แต่มีสิ่ง
▇▇▇▇▇▇เหมือนกัน หลักๆ คือ สนามไฟฟ้า (Electric field) และสนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) จะสล กัน
โดยในกรณีสายอากาศได▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇สนามไฟฟ้าตามแนวแกนนอนขณะที่วงรอบเสนสนามแม่เหล็ก
อยใู่ นระนาบแนวต้งั ส่วนสายอากาศร่องสนามแม่เหล็กจะอยใู่ นแนวแกนนอนและสนามไฟฟ้าจะอยใ่ น
แนวแกนต้งั โดยเสนสนามไฟฟาจะเกิ้ ดขึ้น▇▇▇▇▇ ▇หวา่ งรองและมี่ ขนาดสงสด▇▇▇▇▇ จุดปอ้ น
2.3.4 สายนา˚ สญญาณแบบรวม่ ระนาบ (Coplanar Waveguide: CPW) [10]
สายนา˚ สญ
ญาณแบบร่วมระนาบที่ใชโ้ ดยทวั่ ไปน้น
มีโครงสรา้ งดงั ท่ีแสดงไวใ้ นภาพท่ี 2.6 มีรูปร่าง
เป็ นแถบโลหะตวั นา˚ วางอยบ
นวส
ดุฐานรองที่เป็ นสารไดอิเล็กต▇▇▇ ถูกคน
ดวยช่องเปิ ดสองช่อง ลก
ษณะ
เฉพาะหลก
ที่ใชใ้ นการพิจารณาสายนาสัญญาณ คือ ลก
ษณะเฉพาะทางอิมพแ
ดนซ์ และเพอ
ให้เกิดความ
เขา้ คู่กน
ระหวา่ งอิม▇▇▇▇▇ซ
องสายนา˚ สญ
ญาณกบ
อิมพแ
ดนซ์ของสายอากาศ ตอ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇
ต่อล
ษณะเฉพาะทาง▇▇▇▇▇แดนซ์ ซ่ึงได้แก่ ความหนาของวส
ดุฐานรองและความกวา้ งของของแผ่น
สตริป (W) ความกวา้ งของช่องเปิ ด (S) เห็นไดว
า่ การเลือกชนิดของวส
ดุฐานรองเป็ นส่วนสา˚ คญ
ในการ
พิจารณาลักษณะเฉพาะทาง▇▇▇▇▇แดนซ์ และสมบต
ิของวส
ดุฐานรอง▇▇▇▇▇˚ มาใชม
ีดงั น้ี คือ 1) ค่า▇▇ตว
ไดอิเล็กต▇▇▇สัมพท
ธ์ (Dielectric constants) 2) ค่าแทน▇▇▇ตก
ารสูญเสีย (Loss tangent) 3) ค่า▇▇ตว
ของ▇▇▇▇▇˚ ความ▇▇▇▇ (Thermal conductivity) 4) ความขรุขระของผิว จด
ว่าเป็ นสมบต
ิที่มีความส˚าคญ
มาก▇▇▇▇เดียวกน
มีผลกระทบต่อการส่งผา่ นของคล่ืนไปตามไมโครสตริป เพราะฉะน้
ความขรุขระนอย
จะดีกว่า 5) ความ▇▇▇▇▇▇ในการทนต่อแรงดันไฟฟ้า (Dielectric Strength) ส˚าหรับค่าน้ี บอกถึง
ความ▇▇▇▇▇▇ในการรับกา˚ ลงั คลื่นดว้ ย ดงั น้นค่าสงจะ▇▇▇ กวา่ ค่าตา่
ภาพที่ 2.6 โครงสรา้ งของสานา˚ สญญาณไมโครสตรปิ แบบรวม่ ระนาบ (CPW)
ในที่น้ีกล่าวถึงสายน˚าสัญญาณแบบร่วมระนาบชนิด สายน˚าสัญญาณแบบร่วมระนาบไม่มี กราวนด์ดา้ นล่าง (Coplanar-Waveguide) แสดงไวใ้ นภาพที่ 2.6 โดยโครงสร้าง▇▇▇▇▇▇นาสัญญาณแบบ
ร่วมระนาบชนิดไม่มีกราวนดด
า้ นล่างซ่ึงประกอบไปดว
ย สตริป (Strip) ▇▇▇
▇▇▇▇▇▇ดา้ นบนของฐานรอง
ไดอิเล็กต▇▇▇ (Substrate) มีความกวา้ งของสตริปเป็ น Wดา้ นขา้ งท้งั สองดา้ นของสตริปจะมีลกษณะ▇▇▇ ▇▇▇▇ ▇
(Slot) คน
กลางและระนาบกราวนดต
ามลา˚ ดบ
มีความกวา้ งของสตริปถึงระนาบกราวนด์ เป็ น g ความหนา
ของฐานรองไดอิเล็กต▇▇▇เป็ น h ขอ▇▇▇▇▇▇▇▇น˚าสญั ญาณแบบร่วมระนาบคือ▇▇▇▇▇▇เช่ือมต่ออุปกรณ์
ต่างๆ ▇▇▇▇ ทรานซิสเตอร์ ตวั ตา้ นทาน และตว
เก็บประจุไดง้ ่าย เน่ืองจากไม่ตอ
งมีการเจาะรูผา่ นฐานรอง
ไดอิเล็กต▇▇▇เพื่อเช่ือมต่อกราวนดใ์ ห บ ไมโครสตริปไดง้ ่าย
อุปกรณ์เหล่าน้ัน และ▇▇▇▇▇▇นา˚ มาต่อร่วมในวงจรเดียวกนกบ
การหาสมบต
ิ▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณแบบร่วมระนาบชนิดไม่มีกราวนดด
า้ นล่าง
ภาพที่ 2.7 โครงสร้าง▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณแบบร่วมระนาบชนิดไม่มีกราวนดด
า้ นล่าง
การวิเคราะห์หาค่าลก
ษณะเฉพาะ▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณแบบร่วมระนาบ ใหวธ
ีแบบ Quasi static ซ่ึง
อยู่บนพื้นฐานของวิธีการส่ง▇▇แบบ (Conformal mapping) โดยอาศยเทคนิคที่ใช้การหาค่าความจุ
ไฟฟ้าและความเหนี่ยวน˚า▇▇▇▇▇▇▇▇▇อยู่บนสายน˚าสัญญาณการวิเคราะห์แบบน้ี▇▇▇▇▇▇หาค่าลักษณะ
เฉพาะพ้ืนฐานต่าง ๆ ▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณแบบร่วมระนาบไดค
่าความจุไฟฟ้าโดยรวมต่อหน่วยความยาว
▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณ▇▇▇▇▇▇หาไดจ
ากผลรวมของค่าความจุไฟฟ้าของคร่ึงระนาบดา้ นบนซ่ึงอยใู่ นอากาศ
กบคร่ึงระนาบดา้ นล่างซ่ึงอยใู่ นช้น
ของไดอิเล็กต▇▇▇ (Dielectric Layer) โดยใชก
ารวิเคราะห์ดว้ ยวธ
ีการส่ง▇▇
รูปเพ่ือหาค่า▇▇▇▇▇▇▇อิเล็กต▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ (Effective Dielectric Constant) และค่าอิมพแดนซ์ลกษณะเฉพาะ
(Characteristic impedance) จะอยใู่ นเทอมอต
ราส่วนของการอินทิกรัลวงรีแบบ▇▇▇▇▇▇▇ข้น
แรก (Complete
elliptic integral of the first kind) [5] โดยกา˚ หนดให
C คือ ค่าความจุไฟฟ้าโดยรวมต่อหน่วยความยาวสายนา˚ สญญาณ (F/m)
อากาศจะไดว
Ca คือ ค่าความจุไฟฟ้าในลักษณะเดียวกับ C แต่แทนไดอิเล็กต▇▇▇▇▇▇▇หมดด้วย า่
ε = C
(2.5)
re Ca
ε re
c
Vp =
(2.6)
f
ε re
c
λg =
(2.7)
Zo =
1 = 1
c ε Ca
re
CVp
(2.8)
เมื่อ
εre หมายถึง ค่า▇▇ตวั ไดอิเล
ต▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ของฐานรอง
Vp หมายถึง ความเร็วเฟสของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสายนา˚ สญั λg หมายถึง ความยาวคลื่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสายนา˚ สญ c หมายถึง ความเร็วของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในอวกาศวา่ ง
▇▇▇ ▇▇▇
Zo หมายถึง อิมพแดนซ์คุณล▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇นาสญ▇▇▇
▇▇การหาค่าความจุไฟฟ้า▇▇▇▇▇▇น˚าสัญญาณจะใช้วิธีการส่ง▇▇รูป โดยการหาค่า▇▇▇▇▇แดนซ์
ลกษณะเฉพาะ▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณ ค่าอิมพแ
ดนซ์ลก
ษณะเฉพาะ▇▇▇▇▇▇นา˚ สญ
ญาณ[5] หาไดจ
ากสมการ
30πK ' (k )
ε re K (k1 )
Z = 1
o
(2.9)
ค่า▇▇▇▇▇▇▇อิเล็กต▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇หาไดจาก
εre = 1 + q(εr – 1) (2.10)
โดยที่
1 ⎛ K (k )K ' (k ) ⎞
q = ⎜ 2 1 ⎟
(2.11)
2 ⎜ K ' (k )K (k ) ⎟
⎝ 2 1 ⎠
เมื่อ q หมายถึง ตวั ประกอบการคูณ และ
k = a
(2.12)
1 b
k = sinh(πa / 2h)
2 sinh(πb / 2h)
(2.13)
3
k = tanh(πa / 2h1 ) tanh(πb / 2h1 )
(2.14)
k = tanh(πa / 2h)
4 tanh(πb / 2h)
(2.15)
เมื่อ
a = W
2
b = (2g + W )
2
(2.16)
(2.17)
โดยที่
W หมายถึง ความกวาง▇▇▇▇▇▇นาสญญาณ
g หมายถึง ความกวา้ งของร่อง
h หมายถึง ความสูงของฐานไดอิเล็กต▇▇▇
h1 หมายถึง ความสูงที่มีขอบเขต▇▇▇▇▇▇ส้ินสุด หรือส่วนบนเป็ นอากาศ
การอินทิเกรตวงรีแบบ▇▇▇▇▇▇▇ข้นแรก▇▇▇▇▇▇หา▇▇▇▇ ▇ย
π
2
1 − k 2 sin2 θ
K (k) = ∫ dθ
0
(2.18)
โดยที่
K ' (k ) = K(k ' )
(2.19)
1 1
1 − k 2
1
k ' = (2.20)
และอต
ตราส่วนของ
K (k)
K ' (k)
▇▇▇▇▇▇หา▇▇▇▇ ▇ยการประมาณคือ
กรณี 0 ≤ k ≤ 0.707
K (k)
= π (2.21)
K ' (k)
ℓn[2(1 + k ) /(1 − k )]
2.3.5 ค่าลกษณะเฉพาะและค่าปัจจยั ตา่ งๆของสายอากาศ [3]
สายอากาศชนิดต่างๆ ที่มีใชง้ า▇▇▇
▇▇ท
วไป มีค่าลก
ษณะและค่าปัจจยั ต่างๆ ที่จา˚ ตอ
งพิจารณา
ประกอบการประเมินสมรรถนะของสายอากาศเพื่อ▇▇▇▇▇▇▇ตด
สินใจประยก
ตใ์ ชใ้ ห้เหมาะสมกบ
งาน
อยู่มากมาย ในส่วนน้ีจะกล่าวเฉพาะที่ส˚าคัญและน่าสนใจดังน้ีคือ 1) แบบรูปการแผ่พลังงาน
(Radiation Pattern/Antenna Pattern) 2) อัตราขยาย (Gain) 3) ความกวา้ งแถบความถี่ (Bandwidth)
และ 4) ค่าความสูญเสียเนื่องจากการยอ
นกลบ
(Return loss)
1) แบบรูปการแผพลงั งาน [3]
แบบรูปการแผ่พลังงานเป็ นการน˚าเสนอ การแผ่พลังงานของสายอากาศออกไปใน ทิศทางต่าง ๆหรือรับพลงั งานที่ส่งมาจากทิศทางต่าง ๆ โดยการวาดเป็ นภาพลายเส้นที่น˚าเสนอค่า
ระดบ
กา˚ ลงั ▇▇▇▇▇
พทธ์ ณ ตา˚ แหน่งเชิงมุมต่าง ๆ ▇▇▇▇▇˚ เสนอโดยใชร้ ะบบพิกด
ฉากหรือเชิงข้วั ก็ไดดง
แสดงในภาพที่ 2.8
(1) นา˚ เสนอในระบบพก
ดฉาก (2) นา˚ เสนอในระบบพก
ดเชิงข้ว
ภาพที่ 2.8 ตวั อยา่ งแบบรูปการแผพลงั งานของสายอากาศ [3]
แบบรูปการแผ่พลงั งานของสายอากาศขณะเป็ นสายอากาศส่งและสายอากาศร มีความเหมือนกน
ทุกประการ ในการวด
จึง▇▇▇▇▇▇วด
ในภาครับหรือภาคส่งก็ได้ แบบรูปการแผ่พลังงานมีหลาย
ล▇▇▇▇ ▇▇▇▇ แบบรูปขนาดยอดของสนาม แบบรูปวฏ
ภาค แบบรูปโพลาไรเซชน
และรูปสภาพเจาะจง
ทิศทาง แบบรูปเหล่าน้ีเป็ นประโยชน์ในการใช้ประกอบพิจารณาเพ่ือประยุกต์ใช้งานสายอากาศใน
ลกษณะงานเฉพาะต่าง ๆ
1.1) แบบรูปการแผพ
ลงั งานของสายอากาศ พน้
ฐาน มี 3 ลก
ษณะ
a. Isotropic Pattern b. Omnidirectonal Pattern c.Directional
ภาพที่ 2.9 แบบรูปการแผพลงั งานของสายอากาศ [12]
1.1.1) แบบรูปการแผ่พลงั งานแบบอุดมคติ (Isotropic Radiator) คือสายอากาศ
ที่ถูกสมมติข้ึน มีสมบต
ิ การแผพ
ลงั งานเท่ากน
ในทุกทิศทาง เป็ นสายอากาศแบบหน่ึง▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇สร้าง
ไดจ
ริง
1.1.2) แบบรูปการแผ่พลังงานแบบรอบตัว (Omnidirectonal Pattern)
มีลก
ษณะ ของการส่งหรือร
คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า ▇▇▇
▇ในทิศทางรอบตว
1.1.3) แบบรูปการแผ่พลงั งาน แบบช้ีทิศ (Directional Antenna) มีลกษณะ
ของการส่งหรือร
คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า ▇▇▇
▇ในทิศทางที่กา˚ หนด
ทิศทาง
1.2) แบบรูปการแผ่พลงั งานของสายอากาศ แบบรูปหลก
ของสายอากาศแบบช้
ภาพที่ 2.10 แบบรูปการแผพลงั งานของสายอากาศ [12]
ทิศทางที่พลงงานแรงที่สุด
1.2.1) พส
▇▇▇▇▇▇▇▇
(Main Lobe) เป็ นพูสัญญาณของการแผพ
ลงั งานใน
ไม่เท่าพสญ
ญาณหลก
1.2.2) พูสัญญาณยอ
ย (Major Lobe) เป็ นพูสัญญาณย่อยๆ ที่มีขนาดเล็กๆ
1.2.3) พูสัญญาณข้าง (Side Lobe) เป็ นพูสัญญาณย่อยท่ีอยู่ติดกับพ
▇▇▇▇▇ ▇▇▇
และอยใู่ นทิศทางบนคร่ึง▇▇▇▇▇เดียวกบ
พสญ
ญาณหลก
2) อตราขยาย [3]
อตราขยายของสายอากาศมิไดบ
่งบอกถึงความ▇▇▇▇▇▇ในการขยายสญ
ญาณ▇▇▇▇เดียว กบ
กรณีของวงจรขยาย ในกรณีของสายอากาศน้
อตราขยายจะคา˚ นวณจากอต
ราส่วนระหวา่ งความเขม
ของการแผพ
ลงั งานในทิศทางที่สนใจกบ
ความเขม
ของการแผ่พลงั งานโดยเฉลี่ย ในการคา˚ นวณความ
เขม
ของการแผ่พลงั งานโดยเฉลี่ย พิจารณาว่ากา˚ ลงั งานท้งั หมดท่ีป้อนให้กบั สายอากาศไดร
ับการแผ
ออกไปอยา่ งเท่าเทียมกนรอบทิศทางไม่มีการสญู เสยี
สูตรสา˚ หรับการคา˚ นวณอตราขยายเป็ นดงั ตอ่ ไปน้
G = U (θ ,ϕ) = 4πU (θ ,ϕ)
U f Pf
(2.22)
โดย G คือ อตราขยาย (ไม่มีหน่วย)
Uf คือ ความเขม
การแผพ
ลงั งานเฉ▇▇▇ยที่ป้อนใหส
ายอากาศ
Pf คือ กา˚ ลงั ท่ีป้อนใหกบสายอากาศ (W)
เนื่องจากการคา˚ นวณอัตราขยาย คา˚ นึงถึงผลของการสูญเสียดว
ย ดงั น้น
ค่าสภาพเจาะจง
ทิศทางและอต
ราขยายจึงมีความสม
พนธก
นดงั น้
G = ηrD (2.23)
3) ความกวา้ งแถบความถี่ (Bandwidth) คือ ช่วงของความถ่ีที่สายอากาศรับได้ และ
ทางานไดด
4) สม
ประสิทธ์ิการสูญเสียเนื่องจากการยอ
นกลบ
(Return loss) [11]
คือการสูญเสียหรือ Loss ในระบบสื่อสารเมื่อระบบการส่ือสารของเราเริ่มทา˚ งาน ซ่ึงไม่
เป็ ▇▇▇▇ต▇
▇▇▇▇ เพราะมน
ทา˚ ให้ระบบมีประสิทธิภาพต่า˚ ลง โดยการสูญเสียในทางโทรคมนาคมที่เรา
กล่าวถึงในหัวขอ
น้ีคือ ค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลับ (Return Loss) ซ่ึงการสูญเสียประเภทน้
เกิดข้ึนเม่ือมีการส่งสญ
ญาณขอ
มูลเขา้ ไปในระบบดงั แสดงในภาพที่ 2.11
Pi
Pr
Po
SYSTEM
ภาพที่ 2.11 การ▇▇▇▇▇▇▇ยอ
นกลบ
ของกา˚ ลงั งานในระบบ
จากรูป Pi คือ กา˚ ลงั งานของสญ
Pr คือ กา˚ ลงั งานของสญ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
นกลบ
Po คือ กา˚ ลงั งานของสญญาณเอาตพต
2.3.6 สายอากาศท่ีใชร้ สญ
ญาณทีวด
ิจิตอลภาคพน้
ดิน
เป็ นสายอากาศ▇▇▇▇ UHF มีท้งั ชนิดติดต้งั ภายในอาคาร และภายนอกอาคาร โดยจะตองเลือกให
เหมาะสมกบ
▇▇▇▇▇▇▇ร สญ
▇▇▇▇▇พ▇▇
▇▇▇ต่างๆ โดยมีรายละเอียดดงั น้
1) สายอากาศรับสญ
ญาณทีวด
ิจิตอลภาคพน้
ดิน ประเภท ภายนอกอาคาร เป็ นสายอากาศ
ท่ีมีขนาดใหญ่ เหมาะกบ
ติดต้งั ภายนอกอาคาร มีอต
ราการขยายที่สูง ส่วนมากเป็ นโครงสร้างสายอากาศ
แบบ ยากิ-อูดะ ซ่ึงเหมาะส˚าหรับรับสัญญาณที่มาจากระยะไกล เพราะมีอต ตามรูป
ราการขยาย▇▇▇▇▇ ดงั แสดง
ภาพที่ 2.12 สายอากาศรับสญ
ญาณทีวด
ิจิตอลภาคพน้
ดิน ประเภท ภายนอกอาคาร แบบ 14E [13]
2) สายอากาศร สญ
ญาณทีวด
ิจิตอลภาคพ้ืนดิน ประเภท ภายในอาคาร เป็ นสายอากาศ ที่มี
ขนาดเล็ก เหมาะกบ
ติดต้งั ภายในอาคาร ▇▇▇▇▇สูงๆ หรือหลงั โทรทศ
น์เป็ นตน
มีอต
ราการขยาย▇▇▇▇▇▇
สูงมาก ซ่ึงเหมาะสาหรับรับสญญาณที่มาจากระยะใกลๆ ดงแสดงตามภาพที่ 2.13
ภาพที่ 2.13 สายอากาศรับสญ
ญาณทีวด
ิจิตอลภาคพน้
ดิน ประเภท ภายในอาคาร [14]
ตารางที่ 2.2 เปรียบเทียบสายอากาศรับ ภายใน และภายนอกอาคาร
สายอากาศรับ ภายในอาคาร | สายอากาศรับ ภายนอกอาคาร |
มีขนาดเล็ก กะทดั รัด ไม่ตอ้ งใชพ้ ้นื ที่ในการติดต้งั | มีขนาดใหญ่ ตอ้ งใชพ้ น้ื ท่ีในการติดต้งั |
รับสญญาณได้ ระยะใกลๆ้ | รับสญญาณ▇▇▇▇ ▇ ในพ้นื ที่ห่างไกล |
โครงสรา้ งไม่ซบั ซอ้ น | โครงสร้างซบซอ้ น |
▇▇▇▇▇▇ติดต้งั เองไดง้ ่าย | ติดต้งั ▇▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇˚ บาก |
งานวจ
ยั น้ีไดเ้ ลือกออกแบบสายอากาศร สญ
ญาณทีวด
ิจิตอลภาคพน้
ดิน ประเภท ภายใน
อาคาร เพราะมีขนาดเล็ก กะทดร
ติดต้งั ไดง้ ่าย และ▇▇▇▇▇▇แกป
ัญหา ผ▇▇
▇▇อาศยั อยใู่ นเมือง พ▇▇
▇▇▇จา˚ กด
หรืออาคารสูง พ้ื▇▇▇▇แคบๆ เมื่อมีการสร้างอาคารสูงๆ ข้ึนมา จะทา˚ ให้บดบงั สญ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ดิน
จาก▇▇▇▇ก่อนหนา้ น้น
เคยร
ได้ แต่ปัจจุบน
รับ▇▇▇▇▇▇ เป็ นตน
2.3.7 โปรแกรม CST MICROWAVE STUDIO [15]
โปรแกรมจา˚ ▇▇▇และออกแบบสายอากาศ เป็ นโปรแกรมส˚าเร็จรูปที่ใชใ้ นการจา˚ ▇▇▇ปัญหา
แม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อวเิ คราะห์โครงสร้างของสายอากาศ และหาคา˚ ตอบดว้ ยการใชสมการอินทิกรัลในอากาศ
แบบสามมิติ มีความถูกตอ
ง▇▇▇▇▇▇▇▇▇ของการจา˚ ▇▇▇แบบข้ึนอยกบ
ขนาดของกริดเซลล์ ถา้ ขนาดของ
กริดเซลล์เล็ก ทา˚ ใหค
วามถูกตอ
งแม่นยา˚ มากข้ึน แต่ตอ
งใชห
น่วยความจา˚ ในการจา˚ ▇▇▇ผลมาก และใช
เวลานานมากข้ึนดว
ย จากการออกแบบสายอากาศเพอ
ให้ไดสายอากาศที่มีแบนด์วด
ทกวาง ใชเ้ ทค▇▇▇
วธีที่หลากหลายในการออกแบบ ท้งั การ▇▇▇▇▇ความหนาของวสดุฐานรอง การเซาะรอ่ ง การออกแบบ
สายอากาศให้มีรูปแบบต่าง ๆ หรือมีการออกแบบการแมตช์▇▇▇▇▇แดนซ์ของสายอากาศ▇▇▇▇▇▇
▇▇▇ว
ยกน
หลายโปรแกรม ▇▇▇▇ ADS, HFSS, NEC และ CST เป็ นตน้
งานวิจัยน้ี เลือกใช้ โปรแกรม CST ซอฟต์แวร์ที่ผลิตข้ึนโดยบริษัท CST (Computer
Simulation Technology, ▇▇▇.▇▇▇.▇▇▇) เป็ นซอฟตแวร์ใชดา้ นแม่เหล็กไฟฟ้า ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇การทา˚ งาน
และวเิ คราะห์งานที่ใชความถี่สงไดใู ้ นรปแบบสามมิู ติ นอกจากน้ียงั ออกแบบสายอากาศชนิด▇▇▇▇▇แบบ
สล็อตไม่▇▇▇▇▇▇ ▇▇▇ และวิเคราะห์ผลโดยใชโดเมนเวลา และโดเมนความถ่ี มีเครื่องมือให้มากมาย
เหมาะกบ
การออกแบบสายอากาศ ตอบ▇▇▇▇ความต▇
▇▇▇▇เป็ นอยา่ งดี
2.3.8 การใชงานโปรแกรม CST Microwave Studio สา˚ หร การออกแบบสายอากาศเบ้ืองตน
ข้น
ตอนที่ 1 การต้งั ค่าก่อนทา˚ การออกแบบสายอากาศ ทา˚ ▇▇▇▇ ▇ยการ กด New เพื่อเริ่มตน
โปร▇▇▇
ใหม่ จากน้นเลือกที่ MW & RF & Optical และเลือกที่ตวั เลือก Antenna
ภาพที่ 2.14 การต้งั ค่าก่อนทา˚ การออกแบบสายอากาศ
ข้น
ตอนที่ 2 เลือกที่ตว
เลือก Planar (Patch, Slot, etc.) เพื่อทา˚ การออกแบบสายอากาศ
แบบ Slot antenna หรือสายอากาศไดโฟลสล็อตแบบไม่▇▇▇▇▇▇
ภาพที่ 2.15 การเลือกชนิดของสายอากาศที่ออกแบบ
ข้น
ตอนที่ 3 การต้งั ค่าการจา˚ ▇▇▇การทา˚ งานของสายอากาศ ให
้งั ค่าท่ี Time Domain เพื่อ
▇▇▇▇▇การทางานในโดนเมนเวลา
ภาพที่ 2.16 การต้งั ค่าการจา˚ ▇▇▇การทา˚ งานของสายอากาศ
ข้นตอนที่ 4 การใช้เครื่องมือในการออกแบบโครงสร้างสายอากาศ ทา˚ ได้โดยการใช
ตวั เลือก Modeling
ภาพที่ 2.17 การออกแบบโครงสร้างสายอากาศ
ข้น
ตอนที่ 5 การจา˚ ▇▇▇การทา˚ งานของสายอากาศ ทา▇▇▇
▇ยการใชต
วเลือก Simulation
จากน้น
ใหป
รับค่าความถี่ท่ีใชง้ านและอินพต
อิมพแ
ดนซ์ของสายอากาศใหต
รงกบ
การใชงาน
ภาพที่ 2.18 การ▇▇▇▇▇การทางานของสายอากาศ
2.3.9 เอกสารและงานวจยั ที่เก่ียวของ
จากการศึกษาคน
ควา้ เอกสารและบทความที่เก่ียวขอ
งกบ
งานวจย
เห็นไดว
า่ มีหลายบทความที่แสดง
ใหเ้ ห็นถึงปัญหา▇▇▇▇▇▇สรุปสาระสา˚ คญ
จากเอกสารที่เกี่ยวขอ
งไดด
งั ต่อไปน้
▇▇▇-▇▇▇ ▇▇▇ and ▇▇▇-▇▇ ▇▇▇▇ [3] สายอากาศได▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇สร้างแบนกวางรับสัญญาณ
โทรทศน์ดิจิตอล ที่ความถี่ 470 -806 MHz สายอากาศ▇▇▇▇▇▇สี่เหลี่ยมผนผา มีขนาด 20 × 227 mm2 และ
สายอากาศประกอบด
ย แขนสองขา้ ง▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇กน
แยกออกจากกน
ด ยช่องว่างท่ีเรียกว่า step-
shaped feed gap ปลายเปิ ด▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ของสายอากาศด้านแกนยาว และเป็ นปลายที่อื่นๆด้วย ที่
ระยะห่างออกไป ประมาณ L/4 จาก▇▇▇▇▇▇▇ที่ตา˚ แหน่งตรงขา้ มดา้ นแกนยาว ดวยการออกแบบด้วย
วิธีการ Step-shaped feed gap ส่งผลให้เกิด 2 จุดที่อยู่ติดกันของสายอากาศ ผลการวิจยท่ีน˚าเสนอน้ี มี
แบนดวดท์ ที่ใชง้ านกวา้ งข้ึน 50 % ▇▇▇▇ ▇▇▇ 2.5:1
ภาพที่ 2.19 โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇สล็อต แบบไม่▇▇▇▇▇▇
Sompop Pimpol [16] งานวิจยั น้ีน˚าเสนอ การออกแบบและทดลองคลื่นความถ่ี▇▇▇▇กวา้ งโดยใช สายอากาศ▇▇▇▇▇ แบบ band-notched ทา˚ งานใน▇▇▇▇ความถี่ของเครื่องรับสัญญาณโทรทัศน์ระบบ ดิจิตอลในช่วง 470 – 862 MHz นอกจากน้ี สายอากาศ▇▇▇▇▇˚ เสนอน้ียงั มีขนาดเล็ก น้า˚ หนักเบา และง่าย
ต่อการ▇▇▇▇▇▇▇▇ สายอากาศน้ีมี▇▇▇▇▇▇ต้ังฉากโดยมีความกวาง 35 mm. ความยาว 223 mm. และ
ประกอบดว
ยส่วนที่แผ่▇▇▇▇▇▇คล่ืนแบบไม่▇▇▇▇▇▇กน
2 ส่วนของแกนซา้ ย และแกนขวา ซ่ึง 2 ส่วนน้
จะอยู่แยกออกจากกน
ด ย step-shaped feed gap ก
ส่วนปลายเปิ ดของมัน ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ของสายอากาศ
ขอบดา้ นยาว และส่วนอ่ืนของปลายเปิ ด ท่ีระยะห่างจากศูนยกลางของ ขอบดานยาวดา้ นตรงขา้ มประมาณ
L/4 ผลของค่าสูญเสียยอนกลับ (S11) ค่าก˚าลังขยาย (gain) และรูปแบบการแผ่▇▇▇▇▇▇คล่ืน (radiation
pattern) ของสายอากาศ▇▇▇▇▇˚ เสนอน้ีใชก
ารจา˚ ▇▇▇ดว
ยโปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศชื่อ CST Microwave
Studio จะเห็นไดว
่า สายอากาศ▇▇▇▇▇น
˚าเสนอน้ี มีช่วงความถี่ท่ี▇▇▇▇▇▇เขา้ ถึง▇▇▇
▇▇ระยะ 470 – 900 MHz
ประมาณ 62.77 เปอร์เซนต์ ค่ากา˚ ลงั ขยายสูงสุดท่ีวด
ไดม
ีค่าประมาณ 2.43 dBi 2.53 dBi และ 3.69 dBi ▇▇▇
▇▇▇▇ความถี่ 514, 650 และ 786 MHz ตามลา˚ ดบ ในส่วนทา้ ย เป็ นการนา˚ เสนอและสรุปผลจากการจา˚ ▇▇▇
และวด
ผลลพ
ธ▇▇▇▇▇จ
ากการออกแบบ
ภาพที่ 2.20 โครงสร้างของสายอากาศ▇▇▇▇▇ แบบ band-notched
Li และคณะ [17] ไดน˚าเสนอสายอากาศบรอดแบนด์แบบแอกทีฟ รับสัญญาณโทรทศน์ระบบ
ดิจิตอล ดังแสดงในภาพที่ 2.21 มี▇▇▇▇▇บติสัญญาณรบกวนต่า˚ และอัตราขยายสายอากาศที่สูง
สายอากาศแอกทีฟน้ีเป็ นการรวมกันระหว่างบรอดแบนด์แบบพาสซีฟ และวงจรขยายสญญาณแบบ
สัญญาณรบกวนต่า ใน▇▇▇▇ VHF ▇▇▇▇▇▇ความถี่ 170-230 MHz มีอัตราขยายสายอากาศที่ 17 dBd. และใน
▇▇▇ ▇ UHF ▇▇▇▇▇ความถี่ 350-650 MHz มีอต
ราขยายสายอากาศที่ 23 dBd. โดยงานวจ
ยั น้ีจะใชเ้ อกสารน้ีเป็ น
ตนแบบในการออกแบบสายอากาศ
ภาพที่ 2.21 โครงสร้าง▇▇▇▇▇▇นาสญญาณ passive patch
Chih-Yu Tsai and Oscal T.-▇. ▇▇▇▇ [18]สายอากาศแบบบอร์ดแบนด์ โมโน▇▇▇สล็อต ขนาดเล็ก
ที่ประยุกตใ์ ช
ดิจิตอลทีวี บทความน้ีน˚าเสนอการใช
านสายอากาศโมโน▇▇▇สล็อต ขนาดเล็กก
ดิจิตอลทีวี สายอากาศน้ีออกแบบดว้ ยการใช้ feed-in space และ straight gap เพื่อให้ใชง้ านไดอยา่ งมี
ประสิทธิภาพกบั ของสล็อต ที่ใหค
ความถ่ี▇▇▇ ▇กวางอยา่ งไรก็ดี แทนท่ีเราจะลดขนาดของสายอากาศให้เล็กลง ก็ใช้ เสน้ ▇▇▇
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ แมทชิง ▇▇▇▇▇ใน▇▇▇ ▇ความถ่ีแบบ UHF แทน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า
สายอากาศท่ีน˚าเสนอน้ี▇▇▇▇▇▇ทา˚ งาน▇▇▇▇▇▇▇ความถ่ีต้งแต่ 460 MHz จนถึง 1 GHz ซ่ึง▇▇▇▇▇▇▇จะให้ค่า
VSWR นอ้ ยกว่า 2 ค่าแบบรูปการแผ่พลงั งานท่ีวด
▇▇▇
▇▇จะมีลก
ษณะคลา้ ย▇▇▇▇▇ และเลข 8 หลายๆ อัน
สายอากาศ▇▇▇▇▇˚ เสนอน้ี มีค่ากา˚ ลงั ขยายอยใู่ นช่วงต้งั แต่ 1.1 ถึง 2.4 dBi ดงั น้น
สายอากาศ▇▇▇▇▇น
า˚ เสนอไปน้
จะมีช่วงคลื่นความถ่ี ▇▇▇▇▇แดนซ์ แมท▇▇▇ ▇▇▇กวา้ ง ให้ค่าแบบรูปการแผ่พลังงาน ▇▇▇▇▇ และ▇▇▇▇▇▇▇ ▇ให้ค่า
กา˚ ลงั ขยายท่ีสูงสา˚ หร
การใชง้ านกบ
▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇
ภาพที่ 2.22 โครงสร้างของสายอากาศโมโน▇▇▇สล็อต
บทน้ีเป็ นการนา˚ เสนอทฤษฎี เร่ืองสญ
ญาณโทรทศน
ิจิตอลภาคพ้ืนดิน ทฤษฎีสายอากาศพน้
ฐาน
ของสายอากาศไดล▇▇▇ สายอากาศ▇▇▇▇▇ริป และสายอากาศแบบร่อง สายอากาศภายใน ภายนอกอาคาร
เป็ นตน
ศึกษาค่าพารามิเตอร์ต่างๆ โดยในงานวจ
ยั น้ี ไดเ้ ลือกทา˚ สายอากาศรับสญญาณโทรทศน์ดิจิตอล
ภาคพ้ืนดินแบบภายในอาคาร เน่ืองจากมีขนาดไม่ใหญ่ โครงสร้างไม่ซ
ซ้อน เหมาะกบ
การแกป
ัญหา
การรับชมสัญญาณโทรทศ
น์ดิจิตอลภาคพ้ืนดิน▇▇▇▇▇▇ในอาคารสูง และได้มีการศึกษางานวิจย
ต่างๆ
ประกอบ ▇▇▇
▇▇▇▇▇▇▇▇▇ออกแบบสายอากาศภายในอาคารไดต
ามที่ต▇
▇▇▇▇
บทที่ 3
การออกแบบสายอากาศภายในอาคารแบบแบนราบส˚าหรับการรับสัญญาณโทรทศน▇▇ ▇จิตอล
ในโครงงานน้ีเป็ นออกแบบ สายอากาศสา˚ หรับการรับสญ
ญาณโทรทศ
น์ดิจิตอล ภายในอาคารให้มี
แถบความถี่ที่ใช้งานอยู่ระหว่าง 510 – 790 MHz ซ่ึงเป็ นไปตามมาตรฐานของโทรทัศน์ระบบดิจิตอล
แผนความถี่วท
ยสา˚ หร
กิจการโทรทศ
น์ภาคพ้ืนดินในระบบดิจิตอล พ.ศ. 2555 โดยวส
ดุที่ใชใ้ นการสร้าง
สายอากาศคือ FR4 ซ่ึงเป็ นวส
ดุที่มีสมบต
ิของดงั น้ี ค่าคงตว
ไดอิเล็กตริก ( ) 4.45 ความหนาของวสดุ
ฐานรอง (h) 1.6 mm. ค่าความน˚าของวส
mm. และค่าการสูญเสียแทนเจนต์ 0.02
ดุตัวน˚า ( ) ความหนาของวส
ดุตัวน˚า 0.015
ส˚าหรับข้ันตอนการศึกษาได้ท˚าการศึกษาและวิเคราะห์ผลการเปลี่ยนแปลงจากการปรับ
ค่าพารามิเตอร์ของสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตร เพอ
เป็ นแนวทางในการพฒ
นาสายอากาศให
สามารถใชง้ านไดอ
ยา่ งมีประสิทธิภาพสา˚ หรับรับสญ
ญาณโทรทศ
น์ดิจิตอล
3.1 การออกแบบและวิเคราะห์สายอากาศไดโพลแบบสล็อต
3.1.1 การออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตคร่ึงความยาวคลื่น ในการออกแบบสายกาศไดโพลแบบสล็อตใช้ความยาวของสายอากาศประมาณคร่ึงความยาว
คลื่น เมื่อคา˚ นวนจากความความถี่ที่ใชง้ านไดความยาวของสายอากาศ 180 mm. โดยใชโ้ ปรแกรม
CST MSW Studio เพอออกแบบและปรบค่ั าพารามิเตอรตางๆ่์ ของสายอากาศ ดงั ภาพที่ 3.1
ภาพที่ 3.1 การออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตคร่ึงความยาวคลื่นโดยใชโ้ ปรแกรม CST
L
W
g
ภาพที่ 3.2 โครงสร้างของสายอากาศไดโพลแบบสล็อตคร่ึงความยาวคลื่น
จากภาพที่ 3.2 ลักษณะสายอากาศเป็ นเส้นตรง โดยมีจุดป้อนสัญญาณบริเวณ ก่ึงกลางของ สายอากาศและมีค่าพารามิเตอร์ดงั น้ี
เมื่อ | ||
W | คือ | ความกวางของสายอากาศ (mm.) |
L | คือ | ความยาวของสายอากาศ (mm.) |
g | คือ | ความกวางสล็อต (mm.) |
เมื่อออกแบบสายอากาศแลว้ ข้น
ตอนต่อไปคือการวเิ คราะห์ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ซ่ึง
ทา˚ โดยใชตวั เลือก S-parameter ดงั ภาพที่ 3.3
ภาพที่ 3.3 การใชโ้ ปรแกรม CST ในการวเิ คราะห์ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
3.1.2 การศึกษาความเปลี่ยนแปลงจาก การปรับความยาว (L) ของสายอากาศไดโพลแบบ สล็อตคร่ึงความยาวคลื่น
ได้ทาการศึกษาความเปลี่ยนแปลง เมื่อทา˚ การเปลี่ยนแปลงความยาวของสายอากาศ (L) โดยมี
วธีการและผลวเิ คราะห์ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ดงั น้
ภาพที่ 3.4 วธีการเปลี่ยนแปลงค่าความยาวของสายอากาศแบบไดโพล (L)
ภาพที่ 3.5 การเปรียบเทียบการสูญเสียยอนกลบเมื่อเปลี่ยนแปลงค่า L
เมื่อ
(1) คือ ค่าสม
(2) คือ ค่าสม
(3) คือ ค่าสม
(4) คือ ค่าสม
(5) คือ ค่าสม
(6) คือ ค่าสม
(7) คือ ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ นกลบ นกลบ นกลบั นกลบ นกลบ นกลบ
(L) เป็ น 180 mm.
(L) เป็ น 170 mm.
(L) เป็ น 175 mm.
(L) เป็ น 185 mm.
(L) เป็ น 190 mm.
(L) เป็ น 195 mm.
(L) เป็ น 200 mm.
จากการจา˚ ลองการเปลี่ยนแปลงค่า L ท้ง
7 ค่าเปรียบเทียบกน
พบวา่ ค่า L มีผลต่อการตอบสนองต่อ
ความถี่กลางมากที่สุดโดยจะมีการแปรผกผนกน
เมื่อค่า L มากข้ึน ความถี่กลางลดลง ในทางกลบกน
เมื่อ
ค่า L น้อยลงความถ่ีกลางมากข้ึน จากผลการศึกษาการเปล่ียนแปลงค่า L พบว่าในการออกแบบ สายอากาศควรเลือกค่า L ให้เหมาะสมต่อความถี่กลางที่ต้องการก่อนจากน้ันจึงปรับค่าให้แมตช์
อิมพแดนซ์ที่สดุ
3.1.3 การศึกษาการเปลี่ยนแปลงจากปรับความกวา้ ง (W) ของสายอากาศไดโพลแบบสล็อต คร่ึงความยาวคลื่น
จากการศึกษาผลการเปล่ียนแปลงจากการปร ค่าความกวา้ งของสายอากาศไดโพลแบบสล็อต (W)
ค่าความยาวของสายอากาศ (L) เท่ากับ 180 mm. การวิเคราะห์จากค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอนกลับ
ทา˚ ไดด
งั ข้น
ตอนต่อไปน้ีดงั น้
ภาพที่ 3.6 วธีการเปล่ียนแปลงค่าความกวางของสายอากาศไดโพลแบบสล็อต (W)
ภาพที่ 3.7 การเปรียบเทียบค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
เมื่อเปลี่ยนแปลงค่า W
เมื่อ
(1) คือ ค่าสม
(2) คือ ค่าสม
(3) คือ ค่าสมั
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้
นกลบ นกลบ นกลบั
ที่ความกวา้ งของสายอากาศ(W) = 10 mm. ที่ความกวางของสายอากาศ(W) = 15 mm. ที่ความกวางของสายอากาศ(W) = 5 mm.
จากการจา˚ ลองเปล่ียนแปลงค่าความกวา้ งของสายอากาศไดโพล ( W) ท้ง 3 ค่าพบวา่ ค่าความกวา้ ง
ของสายอากาศมีผลกบ
ความถี่กลาง และค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
โดยเมื่อสายอากาศมีความ
กวา้ งมากจะมีการตอบสนองท่ีความถี่กลางที่สูงข้ึนและมีค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอนกลับลดลง
ในทางกลับกัน เม่ือสายอากาศมีความกวา้ งน้อย ความถ่ีกลางลดลงและมีค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสีย
ยอนกลบท่ีมากข้ึน
3.1.4 การศึกษาการเปลี่ยนแปลงจากปรับความกวา้ งสล็อต (g) ของสายอากาศไดโพลแบบ สล็อตคร่ึงความยาวคลื่น
จากการศึกษาผลการเปลี่ยนแปลงจากการปรับค่าความกวางสล็อตของสายอากาศไดโพลแบบ
สล็อต (g) ค่าความยาวของสายอากาศ (L) เท่ากบ 180 mm. ค่าความกวา้ งของสายอากาศ(W) เท่ากับ 5
mm. การวเิ คราะห์จากค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ทา˚ ไดด
งั ข้น
ตอนต่อไปน้ีดงั น้
ภาพที่ 3.8 วธีการเปล่ียนแปลงค่าความกวางสล็อตของสายอากาศไดโพลแบบสล็อต (g)
ภาพที่ 3.9 การเปรียบเทียบการสูญเสียยอนกลบเมื่อเปลี่ยนแปลงค่า g
เมื่อ
(1) คือ ค่าสม
(2) คือ ค่าสม
(3) คือ ค่าสม
(4) คือ ค่าสม
(5) คือ ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ นกลบ นกลบ นกลบ นกลบ
ที่ความกวางของสล็อต (g) เป็ น 2 mm. ที่ความกวางของสล็อต (g) เป็ น 0.5 mm. ที่ความกวางของสล็อต (g) เป็ น 1 mm. ที่ความกวางของสล็อต (g) เป็ น 1.5 mm. ที่ความกวางของสล็อต (g) เป็ น 5 mm.
จากการจา˚ ลองเปล่ียนแปลงค่าความกวา้ งของสล็อต ( g) พบว่าค่าความกวา้ งของสล็อตมีผลกับ
ความถี่กลาง และค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
โดยเมื่อปรับความกวางสล็อตมากข้ึน ทา˚ ให าร
ตอบสนองที่ความถี่กลางต่าลงและมีค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลับต่า
ในทางกลบ
กัน เมื่อปรับ
ความกวางสล็อตให้ส้ันลง ค่าความถี่กลางสูงข้ึนและมีค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ เช่นเดียวกนั
นกลับก็สูงข้ึน
จากข้นตอนท่ี 3.1.1 -3.1.4 เป็ นการปรับเปลี่ยนขนาดของความยาวสายอากาศ ความกวา้ งของ
สายอากาศ และความกวางของสล็อต ค่าความถ่ีกลางและค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอนกลับ มีการ
ปร เปลี่ยนตามการปร
แต่ง แต่ผลที่ได้ สายอากาศท่
อกแบบ ไม่สามารถร สญ
ญาณโทรทศ
น์ดิจิตอล
ไดท
้งั แบนด์เน่ืองจาก มีค่าแบนดวทธท
่ีแคบ ไม่ถึงสเปกสายอากาศรับสญ
ญาณโทรทศ
น์ดิจิตอล
ดงั น้น
จึงศึกษางานวจ
ยั ของ Yun-Wen Chi and Kin-Lu Wong [11] ที่ออกแบบสายอากาศแบบใหม่
สายอากาศไดโพลที่สามารถสร้างแบนด์กวา้ งรับสัญญาณโทรทศ
น์ดิจิตอล ที่ความถ
806- 470MHz
สายอากาศรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผา
มีขนาด 20x227 mm2 และสายอากาศประกอบดว
ย แขนสองขา้ งท่ีไม่
สมมาตรกน
แยกออกจากกน
ดว้ ยช่องวา่ งท่ีเรียกวา
step-shaped feed gap นา˚ มาประยก
ตใ์ ชต
ามขอ
ที่ 3.1.5
3.1.5 การศึกษาการออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น
ในการออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรใชความยาวของสายอากาศประมาณคร่ึง
ความยาวคลื่น ( λ
2 ) เมื่อคา˚ นวนจากความความถี่ที่ใชง้ านไดค
วามยาวของสายอากาศประมาณ 220 mm.
ความกวางของสายอากาศ 25 mm. ความยาว ฟี ดสายอากาศ 53 mm. และความกวางสล็อต 2.5 mm.โดย ในการออกแบบสายอากาศได้ใช้โปรแกรม CST MSW Studio เพื่อออกแบบโครงสร้างและปรับ ค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ดงั ภาพที่ 3.10 และมีโครงสร้างสายอากาศดงั ภาพที่ 3.11
ภาพที่ 3.10 การออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น
L
g
t
W
ภาพที่ 3.11 โครงสร้างของสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคล่ืน
จากภาพที่ 3.11 ลกษณะสายอากาศที่ออกแบบมีลักษณะเป็ นรูปเส้นตรงโดยมีจุดป้อนสัญญาณ
บริเวณ ก่ึงกลางด้านบนของสายอากาศและมีค่าพารามิเตอร์ด น้ และวิเคราะห์ค่าสัมประสิทธ์ิการ
สูญเสียยอ
นกลบ
ไดด
งั ภาพที่ 3.12
เมื่อ | ||
W | คือ | ความกวางของสายอากาศ (mm.) |
L | คือ | ความยาวของสายอากาศ (mm.) |
t | คือ | ความยาวฟี ด (mm.) |
g | คือ | ความกวางสล็อต (Gap) (mm.) |
ภาพที่ 3.12 ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
สายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความ
ยาวคลื่น
จากภาพที่ 3.12 เมื่อใชวิธีการ step-shaped feed gap ออกแบบเห็นสายอากาศไดโพลแบบสล็อต
ไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น พบว่าค่าแบนด์วดทท
ี่ไดส
ูงข้ึน มีค่า เป็ น 514 -763 MHz ซ่ึง ไม่สามารถ
รับสัญญาณโทรทศ
น์ดิจิตอล ไดท
้งั ยา่ นความถ่ี จึงทา˚ การศึกษาปรับเปล่ียนความยาวฟี ดสายอากาศของ
สายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคล่ืน ดงั ในขอ 3.1.6
3.1.6 การศึกษาการเปลี่ยนแปลงจากปรับความยาวฟี ด (t) ของสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่ สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น
จากการศึกษาผลการเปล่ียนแปลงจากการปรับค่าความยาวฟี ดของสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่
สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น (t) ค่าความยาวของสายอากาศ (L) เท่ากบ 220 mm. ความกวา้ งของสายอากาศ
25 mm.ความกวางสล็อต 2.5 mm.ไดค
่าการวิเคราะห์จากค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลับทาไดดัง
ข้นตอนตอไปน่ ้ีดงั น้
ภาพที่ 3.13 วธ
ีการเปลี่ยนแปลงค่าความยาวฟี ดของสายอากาศไดโพลแบบสล็อต ไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น (t)
ภาพที่ 3.14 การเปรียบเทียบการสูญเสียยอ
นกลบ
เมื่อเปลี่ยนแปลงค่า t
เมื่อ
(1) คือ ค่าสม
(2) คือ ค่าสม
(3) คือ ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบั นกลบ นกลบ
ที่ความยาวฟี ด (t) เป็ น 53 mm. ที่ความยาวฟี ด (t) เป็ น 51 mm. ที่ความยาวฟี ด (t) เป็ น 52 mm.
จากการศึกษาเปล่ียนแปลงค่าความยาวฟี ด (t) พบว่าค่าความยาวฟี ดของสายอากาศมีผลก ค่า
แบนดวด
ท์ และค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
โดยเมื่อสายอากาศมีความยาวฟี ดมากจะมีแบนดวดท
กวา้ ง แต่มีค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ท่ีสูงข้ึน ในทางกลบกน
เม่ือสายอากาศมีความยาวฟี ดนอย
แบนด์วิดท์แคบและมีค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ที่ต่าลง แต่เห็นไดว
่าค่าแบนด์วิดท์ ที่ไดไม่
สามารถรับสัญญาณโทรทศ 3.1.7
น์ดิจิตอล ได้ท้งั ยา่ นความถ่ี จึงทา˚ การศึกษาเพ่ิมขนาดของอาร์ม ดังในขอ
3.1.7 การศึกษาการเพ่ิมขนาด อาร์มทางด้านซ้ายมือโดยมีวิธีการและผลวิเคราะห์ค่า
สมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ดงั น้
ในการศึกษาการเพ่ิมขนาดอาร์มทางด้านซ้ายมือ ทา˚ ได ดยการออกแบบเพิ่มขนาดของอาร์ม
ทางดา้ นซ้ายมือให้มีขนาดใหญ่ข้ึน ปรับให้เหมาะสมโดยมีความยาวของสายอากาศประมาณ 220 mm. ความกวา้ งของสายอากาศ 25 mm. ความยาว ฟี ดสายอากาศ 53 mm. และความกวา้ งสล็อต 2.5 mm ออกแบบโครงสร้างและปรับค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ดงั ภาพที่ 3.15 และมีโครงสร้างสายอากาศดงภาพที่ 3.16
ภาพที่ 3.15 โครงสร้างของสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น
ที่เพมขนาดอารม์ ทางดานซายมือ
ภาพที่ 3.16 ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
หลงจากการเพม
ขนาดอาร์มทางดานซายมือ
จากภาพที่ 3.16 เมื่อทา˚ การเพ ขนาด อาร์มทางดา้ นซา้ ยมือ เพื่อเป็ นการเพ่ิมประสิทธิภาพในการ
รับความถี่ใหด
ีข้ึน และทา˚ การปร
ขนาดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ผลที่ได้ ค่าแบนด ด
ท์ เป็ น 518 -799 MHz
ไม่สามารถรับสัญญาณโทรทศน์ดิจิตอล ได้ท้งั ย่านความถ่ี จากการศึกษาพบว่าเมื่อเพิ่มขนาด อาร์ม
ทางดา้ นซา้ ยมือ ทา˚ ใหรับความถี่ครอบคลุมในยา่ นสงขึู้ น และมีทิศทางในการแพรคล่ื่ นของสายอากาศได
โพลในรูปแบบสองมิติดังภาพที่ 3.17 แต่ไม่สามารถรับความถ่ีในย่านต่า˚ ลงมาได้ จึงทา˚ การศึกษาเพิ่ม
ขนาดของอาร์ม ดา้ นขวามือเพอ
เพม
ประสิทธิภาพในการร
ความถ่ีในยา่ นต่า
ดงั ในขอ
3.1.8
ภาพที่ 3.17 ทิศทางในการแพร่คลื่นของสายอากาศไดโพลในรูปแบบสองมิติ
จากภาพที่ 3.17 เป็ นรูปแบบในการแพร่คลื่นของสายอากาศแบบไดโพลในรูปแบบสองมิติ สังเกต
ไดว
า่ ลก
ษณะการแพร่คลื่นของสายอากาศแบบไดโพลเป็ นลก
ษณะการแพร่คล่ืนแบบมีทิศทาง โดยมีทิศ
ทางการแพร่คลื่นพสญ
ญาณหลก
ทา˚ มุมที่ 131 องศา
3.1.8 การศึกษาการเพมขนาด อารม์ ทางดา้ นขวามือตอ่ จากอารม์ ดา้ นซา้ ยมือ
ในการศึกษาการเพิ่มขนาดอาร์มทางดา้ นซา้ ยมือ พบวา่ เมื่อเพิ่มขนาด อาร์มทางดา้ นซายมือ ทา˚ ให้ รับความถี่ครอบคลุมในยา่ นสูงข้ึน แต่ไม่สามารถรับความถี่ในยา่ นต่า˚ ลงมาได้ จึงทา˚ การศึกษาเพ่ิมขนาด
ของอาร์ม ดา้ นขวามือเพอ
เพม
ประสิทธิภาพในการรับความถี่ในยา่ นต่า
ทา˚ ไดโ้ ดยการออกแบบเพม
ขนาด
ของอาร์มทางดา้ นขวามือให้มีขนาดใหญ่ข้ึน ปรับให้เหมาะสมโดยมีความยาวของสายอากาศประมาณ 220 mm. ความกวา้ งของสายอากาศ 25 mm. ความยาว ฟี ดสายอากาศ 53 mm. และมีความกวา้ งสล็อต 2.5 mm. ออกแบบโครงสร้างและปรับค่าพารามิเตอร์ต่างๆ ดงั ภาพที่ 3.18 และมีโครงสร้างสายอากาศดงั ภาพ ที่ 3.19
ภาพที่ 3.18 การเพมขนาด อารม์ ทางดา้ นซา้ ยมอและื ขวามือ
ภาพที่ 3.19 ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
หลงั จากการเพม
ขนาดอาร์มทางดานซายมือและ
ขวามือ
ภาพที่ 3.20 ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
หลงั จากการเพม
ขนาดอาร์มทางดานซายมือและ
ขวามือ
จากภาพที่ 3.19 และ 3.20 เมื่อทา˚ การเพ่ิมขนาด อาร์มทางดา้ นซา้ ยมือและขวามือ ค่าแบนดว์ เป็ น 495 -791 MHz ค่าที่ได้เป็ นไปตามท่ีตอ้ งการ สเปกของทีวีดิจิตอล 510 – 790 MHz จากข้น
ทที่ได ตอน
3.1.7-3.1.8 เป็ นการเพ่ิมความยาวทางไฟฟ้า(Electrical length) ท˚าให้มีแบนด์วิทเพ่ิมข้ึน ลักษณะ
โครงสร้างของสายอากาศจะเป็ นการนา˚ ช่วงความถ่ีสองแบนดม
ารวมกน
โดยส่งผ่านพลงั งานกน
ผ่าน ช่อง
ฝั่งซา้ ย (แถบใหญ่) จะเป็ นช่วงความถี่สูง ฝ่ังขวาจะเป็ นช่วงความถี่ต่า˚
ภาพที่ 3.21 ทิศทางในการแพร่คลื่นของสายอากาศไดโพลในรูปแบบสองมิติ
ภาพที่ 3.22 ทิศทางในการแพร่คลื่นของสายอากาศไดโพลในรูปแบบสามมิติ
จากภาพที่ 3.21 และภาพที่ 3.22 เป็ นรูปแบบในการแพร่คลื่นของสายอากาศแบบไดโพลใน
รูปแบบสองมิติและสามมิติตามลา˚ ดบ
สงเกตไดว
า่ ลก
ษณะการแพร่คลื่นของสายอากาศแบบไดโพลเป็ น
ลกษณะการแพร่คล่ืนแบบมีทิศทางโดยมีทิศทางการแพร่คลื่นพูสญญาณหลกทา˚ มุมที่ 112 องศา จะเห็น
ไดว
า่ เมื่อเพม
ขนาดอาร์มทางดา้ นขวามือเพม
เติมก็ทา˚ ใหท
ิศทางเปล่ียนแปลงไปดว้ ย
บทที่ 4
การวด
ค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียย้อนกลบ
ของสายอากาศไดโพลแบบสลอ
ตไม่สมมาตร
ในบทน้ีกล่าวถึงผลการวด
ค่าส
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ของสายอากาศไดโพลแบบสล็อต
ไม่สมมาตรโดยโครงงานน้ีใชโ้ ปรแกรม CST MWS Studio สา˚ หรับการวเิ คราะห์และออกแบบสายอากาศ
ในส่วนของการวด
ค่าการสูญเสียยอ
นกลับของสายอากาศที่ออกแบบใช้เคร่ืองวิเคราะห์โครงข่าย
(Network Analysis) ของบริษท
Agilent ซ่ึงในการวด
ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ไดผ
ลดงั น้
4.1 ผลการวัดสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรเมื่อเพิ่มขนาด อาร์มทางด้านซ้ายมือและขวามือ
สายอากาศไดโพลแบบไม่สมมาตรเม่ือเพม
ขนาด อาร์มทางดา้ นซา้ ยมือและขวามือที่ไดอ
อกแบบ
และวิเคราะห์การทา˚ งาน ไดถูกน˚าไปสร้างจริงบนวสดุชนิด FR4 โดยมีขนาดของสายอากาศ 60 x 255
mm2 โดยสายอากาศที่สร้างจริงแสดงไดดงั ภาพที่ 4.1
ภาพที่ 4.1 ภาพจริงของสายอากาศที่ออกแบบ
เม่ือสร้างช้ินงานจริงแลว้ จึงนา˚ สายอากาศท่ีสร้างไปวด
ค่าส
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
โดยใช
เครื่องวิเคราะห์โครงข่าย (Network Analysis) ซ่ึงไดวด
ค่าที่ช่วงความถี่ 0.2 – 1.2 GHz และผลการวด
ค่า
สมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
แสดงไดด
งั ภาพที่ 4.2
S11 (dB)
REAL
frequency (GHz)
ภาพที่ 4.2 ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
จากการวดจริง
S11 (dB)
frequency (GHz)
ภาพที่ 4.3 ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
จากการจาลองการทางาน
SIM
REAL
S11 (dB)
frequency (GHz)
ภาพที่ 4.4 การเปรียบเทียบ ค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
จากการวด
จริงกบ
การจา˚ ลอง
พบว่าค่าท่ีวดกับค่าที่ได้จากการจา˚ ลองการทา˚ งานมีความแตกต่างกัน โดยที่ช่วงความถี่ของ
สายอากาศท่ีไดจ
ากการวด
จริงมีช่วงความถี่ที่แคบกว่า โดยค่าส
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
ที่ไดจาก
การวด
และจากการจา˚ ลองการทา˚ งานเปรียบเทียบไดด
งั น้
ตารางที่ 4.1 เปรียบเทียบค่าสม
ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลบ
จากผลการวดและจาลองของสายอากาศ
สมบติ | ผลที่ไดจ้ ากการวดจริง | ผลที่ไดจ้ ากการจาลอง |
ความถี่กลาง (MHz) | 600 | 643.42 |
แบนดว์ ดท์ (MHz) | 400 – 800 | 495.10 – 791.74 |
ค่าวา่ สูญเสียยอ้ นกลบั (dB) | -33 | -18 |
ผลการเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอ
นกลับระหว่างผลการวด
และการจา˚ ลองการ
ทา˚ งานของสายอากาศพบว่าค่าท้ังสองมีความแตกต่างกันเล็กน้อย ท้ังน้ีเน่ืองจากอุปกรณ์ประเภท
สายอากาศมีความไวต่อสญ
ญาณรบกวนจากภายนอกมาก ยกตวั อยา่ งเช่น ในการวด
ถา้ วงจรสายอากาศอย
ใกล้โลหะค่าสัมประสิทธ์ิการสูญเสียยอนกลับจะเพ่ิมข้ึนมากกว่าเดิม และปัญหาความไม่แม่นยา˚ ที่เกิด
จากการสร้างอุปกรณ์ก็มีผลต่อการวดค่าจรงิ โดยในขึ้นตอนการสร้างสายอากาศใชเ้ ทคโนโลยวี งจรพมพ
ซ่ึงเป็ นวธ
ีการสร้างโดยใชน
้า˚ ยากด
โลหะซ่ึงอาจจะมีส่วนของโลหะที่เป็ นสายอากาศเกิดการสึกกร่อนได
ดวยปัญหาท่ีกล่าวมาในขา้ งตน
เป็ นเหตุให้ค่าที่ไดจ
ากการวด
จริงมีความถี่กลางและค่าส
ประสิทธ์ิการ
สูญเสียยอ
นกลบ
ไม่เหมือนค่าท่ีไดจ้ ากการจา˚ ลอง
บทที่ 5 บทสรุป
ในบทน้ีเป็ นการสรุปการทา˚ งานและข้ึนตอนการออกแบบสายอากาศ โดยเริ่มตนจากสายอากาศได
โพลแบบสล็อตโครงสร้างพ้ืนฐาน พฒ
นาข้ึนจนถึงสายอากาศไดโพลแบบสล็อตที่ไดท
าการสร้างจริง
เพอ
ใหไดส
ายอากาศไดโ้ พลแบบสล็อตที่สามารถรับสญ
ญาณไดด
5.1 สรุปการออกแบบและวิเคราะห์
การคนควา้ อิสระน้ีไดศ้ ึกษาและออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตคร่ึงความยาวคลื่น
ในการออกแบบไดเ้ ริ่มตน
ศึกษาและวิเคราะห์จากโครงสร้างสายอากาศไดโพลแบบสล็อตพน้
ฐานและ
พฒนารูปแบบใหด
ีข้ึนโดยในการวเิ คราะห
ี 4 ข้น
ตอนดงั น้
1) ออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น ศึกษาการปรับเปลี่ยนขนาด ความยาว ความกว้างของสายอากาศ และปรับขนาดความกว้างของสล็อต เพื่อดูผลของการ เปลี่ยนแปลง
2) ออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น ดว
ยวธ
ี step-shaped
feed gap และทาปรับเปลี่ยนขนาด ความยาวฟี ดของสายอากาศเพอดูผลของการเปลี่ยนแปลง
3) ออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น เพิ่มขนาด อาร์ม ทางดานซายมือ และทา˚ การทดลองปรับเปลี่ยนค่าใหเ้ หมาะสม
4) ออกแบบสายอากาศไดโพลแบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น เพิ่มขนาด อาร์ม ทางดา้ นขวามือต่อจากอาร์มด้านซ้ายมือ พร้อมท้ังทา˚ การทดลองปรับเปล่ียนค่าให้เหมาะสม โดยมี
วตถุประสงคใ์ นการวิเคราะห์การทา˚ งานของสายอากาศแต่ละข้นตอนพร้อมท้งั สรุปประสิทธิภาพของ
สายอากาศในดา้ นแบนดวด
ท์ ค่าการสูญเสียยอ
นกลบ
และขนาดของสายอากาศ ดงั แสดงในตารางที่ 5.1
ตารางที่ 5.1 สรุปข้นตอนการวเิ คราะห์และประสทิ ธภาิ พของสายอากาศในแตล่ ะรปู แบบ
รูปแบบสายอากาศแบบไดโพล | วตถุประสงคแ์ ละประสิทธิภาพ |
180 mm 2 mm. 5 mm. | ศึกษาโครงสร้างสายอากาศไดโพลแบบ สล็อต สมมาตร เป็ นโครงสร้างพ้ืนฐาน ท่ี พยายามออกแบบให้สามารถรับความถี่ สัญญาณโทรทัศน์ดิจิตอล ในการศึกษาน้ี ทา˚ การปรับเปลี่ยนขนาดความยาว ความ กวาง และความกวางสล็อต ของสายอากาศ โดยไดอ้ อกแบบดงั น้ี สายอากาศความยาว 180 mm. กว้าง 5 mm. และมีความกว้าง สล็อต 2 mm ผลที่ไดม้ ีแบนด์วิดท์ที่ 636 – 717 MHz และมีค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสีย ยอ้ นกลบั -18 dB |
220 mm 1.5 mm25 mm 53 mm 220 mm | ศึกษาโครงสร้างสายอากาศไดโพลแบบ สล็อตไม่สมมาตร ที่ออกแบบดว้ ยวิธี step- shaped feed gap โดยจากการศีกษาพบว่า ช่วยลดความยาวของสายอากาศไดโพลแบบ สล็อตคร่ึงความยาวคล่ืน และในการศึกษาน้ี ยงไดท้ าการปรับเปลี่ยนขนาดความยาวฟี ด สายอากาศ เพ่ือดู ผลกระทบจากการปรับค่า โดยไดอ้ อกแบบดงั น้ี ยาว 220 mm. กวา้ ง 1.5 mm และมีความกวางสล็อต 2 mm ผลที่ไดม้ ี แบนด์วิดท์ที่ 514– 763 MHz และมีค่ า สมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั -10 dB |
2.5 mm 25 mm 30 mm 53 mm 80 mm | ศึกษาโครงสร้างของสายอากาศไดโพลแบบ สล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคล่ืนเมื่อเพมิ่ ขนาด อาร์มทางดา้ นซา้ ยมือ ดงั น้ีทา˚ การเพมิ่ ขาดความยาว 80 mm. ความกวา้ ง 30 mm. ผลที่ไดม้ ีแบนดว์ ดิ ทด์ า้ นความถี่สูงมากข้ึน ไดที่ 518 – 795 MHz และมีค่าสมั ประสิทธ์ิ การสูญเสียยอ้ นกลบั -22 dB |
ตารางที่ 5.1 (ต่อ)
รูปแบบสายอากาศแบบไดโพล | วตถุประสงคแ์ ละประสิทธิภาพ |
220 mm 2.5 mm 30 mm 53 mm 50 mm 80 mm 70 mm | ศึกษาโครงสร้างของสายอากาศไดโพล แบบสล็อตไม่สมมาตรคร่ึงความยาวคลื่น เม่ือเพม่ิ ขนาด อาร์มทางดา้ นซา้ ยมือและ ขวามือ ทา˚ การเพม่ิ ขาดความยาว 70 mm. ความกวาง 50 mm. ผลที่ไดม้ ีแบนดว์ ดท์ ดา้ นความถี่ต่า˚ มากข้ึนที่ 495 – 791 MHz ทาใหครอบคลุม ความถี่โทรทศน์ดิจิตอล และมีค่าสมั ประสิทธ์ิการสูญเสียยอ้ นกลบั - 18 dB จากการจาลอง และมีค่าสมั ประสิทธ์ิ การสูญเสียยอ้ นกลบั จากการวดจริง -33 dB |
5.2 ผลที่ได้รับและปัญหาที่พบ
ไดสายอากาศส˚าหรับการรับสัญญาณโทรทศ ระหวา่ ง 510 – 790 MHz
น์ดิจิตอล ภายในอาคาร ที่มีแถบความถ่ีท่ีใชง้ านอย
ขอสังเกต สายอากาศท่ีทา˚ การออกแบบ ยงั คงมีขนาดท่ีใหญ่อยู่ ด
น้ันจะน˚าปัญหาที่ได
ับไป
พฒนาต่อไป
เอกสารอ้างอง
[1] ส˚ำนักงำนคณะกรรมกำรกิจกำรกระจำยเสียง กิจกำรโทรทัศน์และกิจกำรโทรคมนำคม แห่งชำติ, “พระรำชบัญญัติ องค์กรจัดสรรคล่ืนควำมถ่ีและก˚ำกับกำรประกอบกิจกำร
วทยก
ระจำยเสียง วท
ยโุ ทรทศ
น์และกิจกำรโทรคมนำคม พ.ศ.2553,” กรุงเทพฯ: ม.ป.พ. 2553.
[2] ส˚ำนักงำนคณะกรรมกำรกิจกำรกระจำยเสียง กิจกำรโทรทัศน์และกิจกำรโทรคมนำคม แห่งชำติ, “มาตรฐานทางเทคนิคส˚าหรับเครื่องรับสัญญาณโทรทัศน์ภาคพื้นดินในระบบ ดิจิตอล” กรุงเทพฯ:
[3] Yun-Wen Chi, and Kin-Lu Wong, “Wideband Printed Dipole Antenna for DTV Signal
Reception,” IEEE 2007
[4] M. Taguchi, H. Somiya, T. Fujimoto, “ Phased array active loop antenna for digital television receiver, ” Antennas and Propagation Society, 1999. IEEE International
[5] G. Gapponi, B. Di Maio, P. Livreri, “ A novel technique for computer-aided design of low noise microwave amplifiers, ” Circuits and Systems, 1990. Proceedings on the 33rd Midwest Symposium, Calgary, Alta, Vol.1, pp. 605-608, October 1991.
[6] ส˚ำนักงำนคณะกรรมกำรกิจกำรกระจำยเสียง กิจกำรโทรทัศน์และกิจกำรโทรคมนำคม
แห่งชำติ, “ แผนความถี่วิทยส
กรุงเทพฯ:
˚าหรับกิจการโทรทัศน์ภาคพืน
ดินในระบบดิจิตอล พ.ศ.2555,”
[7] ฉัตรไชย ไวยำพฒ
นกร, การวิเคราะห์ สายอากาศ. กรุงเทพฯ : ศูนยห
นังสือแห่งจุฬำลงกรณ์
มหำวทยำลย, 2547
[8] กัล ยรัตน์ สิ มณี , “ กำรออกแบบสำยอำกำศส˚ำหรับระบบสวิตช์ล˚ำคลื่น ที่ ใช้ใน โทรศัพท์เคลื่อนที่ในยุคที่ 3, ” วิทยำนิพนธ์ วิศวกรรมศำสตรมหำบัณฑิต มหำวิทยำลัย
เทคโนโลยสุรนำรี, 2555
[9] นำยมนูญ ดีนุ,นำยอดิศกด์ิ ชปิ ๋ วย “สำยอำกำศแถบควำมถี่กวำ้ งแบบช่องเรยี ว, ” ปริญญำนิพนธ
อุตสำหกรรมศำสตรบัณฑิ สำขำวิชำเทคโนโลยีโทรคมนำคม คณะวิศวกรรมศำสตร์
มหำวทยำลยเทคโนโลยรี ำชมงคลลำนนำ, 2557
[10] สำมำรถ โภคำพำนิชย,์ “ กำรปรับจูนสตบและรปู ร่ำงของสำยอำกำศแบบรอ่ งรูปสเหี่ ล่ียมพ้นผำ
ส˚ำหรับกำรสื่อสำรย่ำนควำมถี่แถบกวำ้ งยิ่ง,” วิทยำนิพนธ์ วิศวกรรมศำสตรมหำบัณฑิต
มหำวทยำลย
เทคโนโลยส
ุรนำรี, 2554
[11] พฤทธิยำพร สิงห์โตทอง, จำนุวฒ
น์ แก
สิงห์, “สำยอำกำศส˚ำหรับเครือข่ำยทอ้ งถิ่นไร้สำย
(Wireless Lan) ย่ำนควำมถี่ 2.4 – 2.5 GHz บนฐำนรอง PCB แบบแถวล˚ำดับไดโพล, ”
โครงงำน วศวกรรมศำสตร์ มหำวทยำลย
เทคโนโลยส
ุรนำรี, 2555
[12] “ ส ายอ าก าศ ” [ระบบ ออน ไลน์ ]. แห ล่ ง ที่ ม า https://wiki.stjohn.ac.th/groups/poly_ computer/wiki/ba1b1/.../530bd/สำยอำกำศ.ppt (19 มิถุนำยน 2560)
[13] “ สายอากาศภายนอกอาคาร ” [ระบบออนไลน์ ]. แหล่งที่มา https:// portal.weloveshop ping.com /product/L90943173 (19 มิถุนำยน 2560)
[14] “ สายอากาศภายในอาคาร ” [ระบบออนไลน์]. แหล่งที่มา https:// www.lazada.co.th/ tpl-tl- ant20-1231896.html (19 มิถุนำยน 2560)
[15] A. Sonsilphong , “ Concepts & Microstrip Design ” [ร ะ บ บ อ อ น ไ ล น์ ]. แ ห ล่ ง ที่ ม า http://eestaff.kku.ac.th/~nantakan/Microwave/1.%20CST%20%20%20Concepts%20&%20 Microstrip%20Design%20-%20MetaSolver%20KKU%20-%20AS.pdf
(6 มิถุนำยน2557)
[16] Sompop Pimpol, “Bandwidth Improvement of Band-Notched Printed Dipole Antenna for DTV Signal Reception,” 13th International Symposium on Communications and Information Technologies (ISCIT),2013.
[17] B. Li, L. Xu, Y. W. M Chia, J. Sun and Z. N. Chen, “ Active patch antenna for digital TV receiver, ” Microwave Conference, Paris, France, October 2000.
[18] Chih-Yu Tsai and Oscal T.-C. Chen, “Compact Broadband Monopole Slot Antenna for Digital TV Applications”, Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation, Singapore ,2012. . IEEE International, August 27-29, 2012.
ประวติผเู้ ขยน
ชื่อ – นามสกล นำยทศน์พงษ์ บุญเจรญิ
วัน เดือน ปี เกิด 11 มีนำคม พ.ศ. 2529
ประวัติการศึกษา ปีกำรศึกษำ 2552 วศวกรรมศำสตรบณฑิต สำขำวิศวกรรมโทรคมนำคม
สถำบนเทคโนโลยพระจอมเกลำ้ เจำคุณทหำรลำดกระบง
ประวัติการทา˚ งาน พ.ศ. 2552 – 2558 สำนกงำนคณะกรรมกำรกิจกำรกระจำยเสยงี
กิจกำรโทรทศน์และกิจกำรโทรคมนำคม
แห่งชำติ เขต 3 ลำ˚ ปำง
พ.ศ. 2558 – ปัจจุบน
สำนก
งำนคณะกรรมกำรกิจกำรกระจำยเสียง
กิจกำรโทรทศน ละกิจกำรโทรคมนำคม
แห่งชำติ ภำค 3