สายอากาศกราไฟต์โมโนโพลแบบระนาบสองย่านความถี่ ที่โค้งงอได้และมีต้นทุนต่ำสำหรับประยุกต์ใช้งาน GSM/ITM/WLAN/LTE/X-band
Low-Cost, Flexible Dual-Band Planar Monopole Graphite Antenna for GSM/ITM/WLAN/LTE/X-band Applications
Abstract
งานวิจัยนี้นำเสนอการออกแบบและสร้างสายอากาศโมโนโพลแบบระนาบที่โค้งงอได้และมีต้นทุนต่ำ ด้วยแผ่นกราไฟต์ที่สร้างจากส่วนผสมของผงกราไฟต์กับกาวเอนกประสงค์ การดำเนินการเริ่มจากออกแบบสายอากาศโมโนโพลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าพื้นฐาน จากนั้นนำมาปรับจูนโครงสร้างด้วยเทคนิคการเซาะร่องที่ระนาบกราวด์และเพิ่มสตับที่บริเวณขอบด้านล่างของตัวแผ่พลังงาน การปรับโครงสร้างดังกล่าวส่งผลทำให้สายอากาศที่ปรับจูนโครงสร้างสามารถรองรับการใช้งานย่านความถี่เพิ่มขึ้นจากเดิมจากหนึ่งย่านความถี่เป็นสองย่านความถี่ คือย่านความถี่ต่ำ 1.72–4.29 กิกะเฮิรตซ์ และย่านความถี่สูง 4.59–9.09 กิกะเฮิรตซ์ ความถี่ใช้งานของสายอากาศทั้งสองย่านครอบคลุมการประยุกต์ใช้งานระบบ GSM ITM WLAN LTE41 และย่านความถี่ X-band ของระบบการสื่อสารย่านดาวเทียม ผลการวัดทดสอบพบว่าสายอากาศต้นแบบมีแบบรูปการแผ่พลังงานเป็นแบบรอบทิศทางในระนาบเดียว มีเกณฑ์การขยายเฉลี่ย 1.91 เดซิเบล และ 1.97 เดซิเบล ที่ย่านความถี่ต่ำ 2.45 กิกะเฮิรตซ์ และย่านความถี่สูง 5.8 กิกะเฮิรตซ์ ตามลำดับ
This research aims to design and fabricate a flexible, low-cost planar monopole antenna using a graphite sheet produced from graphite powder and all-purpose glue. The initial step is the design of a simple rectangular monopole antenna. Structural fine-tuning was done by etching the ground plane and incorporating a stub to the end of the antenna radiator. The restructuring resulted in the structurally tuned antenna supporting a frequency bandwidth expansion from single to dual bands: 1.72–4.29 GHz low band and 4.59–9.09 GHz high band, which cover GSM, ITM, WLAN, LTE41, and X-band in satellite communication applications. According to the measurement results, the proposed antennas are omnidirectional in a single plane radiation with an average gain of 1.91 dBi and 1.97 dBi at 2.45 GHz and 5.8 GHz, respectively.
Keywords
[1] J. Thakur and M. Tamrakar, “Dual band ultra slim WLAN antenna design for mobile devices,” in IEEE Asia-Pacific Microwave Conference, Singapore, 2019, pp. 1203–1205.
[2] A. Toktas and D. Ustun, “Dual-element MIMO inverted-F antenna for mobile devices,” in IEEE XXVth International Seminar/Workshop Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory, Tbilisi, Georgia, 2020, pp. 126–129.
[3] M. M. Mansor, S. K. A. Rahim, and U. Hashim, “A CPW-fed 2.45 GHz wearable antenna using conductive nanomaterials for on-body applications,” in IEEE Region 10 Symposium, Kuala Lumpur, Malaysia, 2014, pp. 240–243.
[4] H. Sajjad, W. T. Sethi, S. Khan, and L. Jan, “Compact dual-band implantable antenna for E-health monitoring,” in International Symposium on Wireless Systems and Networks, Lahore, Pakistan, 2017.
[5] T. Cultice, D. Ionel, and H. Thapliyal, “Smart home sensor anomaly detection using convolutional autoencoder neural network,” in IEEE International Symposium on Smart Electronic Systems, Chennai, India, 2020, pp. 67–70.
[6] V. Govindraj, M. Sathiyanarayanan, and B. Abubakar, “Customary homes to smart homes using internet of things (IoT) and mobile application,” in International Conference On Smart Technologies For Smart Nation, Bengaluru, India, 2017, pp. 1059–1063.
[7] E. Yanmaz, S. Yahyanejad, B. Rinner, H. Hellwagner, and C. Bettstetter, “Drone networks: Communications, coordination, and sensing,” Elsevier: Ad Hoc Networks, vol. 68, pp. 1–15, 2018.
[8] F. Veroustraete, “The rise of the drones in agriculture,” EC Agriculture, vol. 2, no. 2, pp. 235–237, 2015.
[9] M. A. Malek, S. Hakimi, S. K. Abdul Rahim, and A. K. Evizal, “Dual-band CPW-fed transparent antenna for active RFID tags,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 14, pp. 919–922, 2015.
[10] X. Bai, T. Ali, and L. Xu, “A dual-frequency slotted CPW antenna for 2.45/5.8 GHz RF energy harvesting based on PVDF,” in International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium - China, Nanjing, China, 2019.
[11] S. Lamultree, C. Jansri, and C. Phongcharoenpanich, “A compact dual-band circular monopole antenna with partial ground plane for 2.45/5.5 GHz WLAN applications,” in 2019 7th International Electrical Engineering Congress (iEECON), Hua Hin, Thailand, 2019.
[12] S. Jeenawong, P. Sangpet, P. Moeikham, and P. Akkaraekthalin, “A compact modified E-shaped monopole antenna for USB dongle applications,” in 2018 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Busan, Korea (South), 2018.
[13] W. S. Chen, M. H. Liang, T.Y. Zhuo, J. H. Lin, and J. H. Hsu, “Dual-strip monopole antenna for USB dongle applications,” in 2018 IEEE International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition (iWEM), Nagoya, Japan, 2018.
[14] S. Sakulchat, A. Ruengwaree, V. Thongpool, and W. Naktong, “Low-cost, flexible graphite monopole patch antenna for wireless communication applications,” CMC-Computers, Materials & Continua, vol. 71, no. 3, pp. 6069– 6088, 2022.
[15] A. Ruengwaree, W. Naktong, and A. Namsang, “A TE-shaped monopole antenna with semicircle etching technique on the ground plane for UWB applications,” in Proceedings of the International Symposium on Antennas & Propagation, Nanjing, China, 2013.
[16] W. Naktong, A. Ruengwaree, and T. Pumpoung, “A study of tuning the CPW fed basic geometric monopole antenna for UWB applications,” Naresuan University Engineering Journal, vol. 15, no. 1, pp. 17–32, 2020 (in Thai).
[17] A. Ruengwaree, A. Innok, W. Naktong, and P. Boonmaitree, “The bandwidth enhancement of rectangular slot antenna with L-shaped and double I-shaped stub tuning for WLAN/WiMAX applications,” in 12th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, Hua Hin, Thailand, 2015.
[18] S. Chanramrd, W. Naktong, P. Thongbor, S. Sakulchat, A. Ruengwaree, and A. Namsang, “The structure tuning of plugs-shaped monopole antenna for wireless communication applications,” in International Symposium on Antennas and Propagation, Phuket, Thailand, 2017.
[19] P. Thongbor, “Development of dual rectangular monopole antenna with arrow-shaped slot etching and mutual coupling reduction for MIMO system applications,” M.S. thesis, Department of Electronics and Telecommunication Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, 2016 (in Thai).
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2023.12.004
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all