มหาวิทยาลัยหนานทงพัฒนาเสาอากาศไดอิเล็กทริกเรโซเนเตอร์แบบกรองที่รวมเข้ากับซับสเตรตแบบกว้าง สำหรับการใช้งานในช่วงคลื่นมิลลิเมตร

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยหนานทงเสนอเสาอากาศไดอิเล็กทริกเรโซเนเตอร์แบบบูรณาการกับแผ่นรอง (SIDR) ที่มีแถบความถี่กว้างและคุณสมบัติการกรองในตัว สำหรับการใช้งานในช่วงคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เสาอากาศนี้ประกอบด้วย SIDR แบบสองโหมด ซึ่งถูกกระตุ้นโดยโครงสร้างการให้พลังงานแบบไมโครสตริปรูปตัวทีคู่ที่เชื่อมผ่านช่องเปิด (slot-coupled dual T-shaped microstrip feeding structure) SIDR ถูกสร้างขึ้นด้วยการซ้อนแผ่นรองหลายชั้นที่มีรูอากาศรอบขอบและช่องว่างแบบหลุมโลหะ (metallic via cavities) ซึ่งทำให้สามารถกระตุ้นโหมดเรโซแนนซ์ TE111 และ TE131 พร้อมกันได้

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการกรองของเสาอากาศให้ดียิ่งขึ้น จึงได้เพิ่มองค์ประกอบเสริมประกอบด้วยสายส่งสัญญาณไมโครสตริปคู่ แผ่นโลหะขนาดกะทัดรัดที่มีหมุดต่อศักย์ศูนย์ (compact patches with shorting pins) และรูอากาศสองรูที่อยู่บริเวณใจกลาง โครงสร้างเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อรบกวนโหมด TE131 สร้างจุดที่ไม่มีการแผ่รังสี (radiation nulls) และเพิ่มประสิทธิภาพในการลดสัญญาณภายนอกแถบความถี่ (out-of-band suppression) อย่างมีนัยสำคัญ

เครือข่ายจ่ายพลังงานแบบตัวทีคู่นี้ติดตั้งส่วนปลายเปิดสองคู่ที่มีความยาวต่างกัน ซึ่งสร้างทั้งจุดศูนย์ของการแผ่รังสีและจุดศูนย์ของการสะท้อน โครงสร้างนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจับคู่อิมพีแดนซ์ของเรโซเนเตอร์แบบสล็อต ขณะเดียวกันก็เสริมการลดสัญญาณรบกวนในแถบหยุดด้านบน

เพื่อยืนยันการออกแบบที่เสนอ ได้สร้างต้นแบบอาร์เรย์เสาอากาศแบบ 1×4 และประเมินผลเชิงทดลอง ซึ่งเสาอากาศนี้ทำงานที่ความถี่ 24 กิกะเฮิร์ตซ์ มีแบนด์วิดท์อิมพีแดนซ์ 34% ครอบคลุมช่วงความถี่ 19.8–27.9 กิกะเฮิร์ตซ์ มีค่ากำไรจริงสูงสุด 13.1 เดซิเบล-ไอ (dBi) และสามารถลดสัญญาณรบกวนภายนอกแบนด์ได้ประมาณ 21 เดซิเบล แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่โดดเด่นทั้งในด้านแบนด์กว้างและการกรองสัญญาณสำหรับระบบการสื่อสารแบบมิลลิเมตรเวฟรุ่นถัดไป

คำสำคัญ: เสาอากาศเรโซเนเตอร์ไดอิเล็กตริก (DRA), เสาอากาศแบบมีความสามารถในการกรองสัญญาณ, เสาอากาศมิลลิเมตรเวฟ, เรโซเนเตอร์ไดอิเล็กตริกแบบฝังในซับสเตรต (SIDR), เสาอากาศแบบแบนด์กว้าง, การลดสัญญาณรบกวนภายนอกแบนด์, จุดศูนย์ของการแผ่รังสี, เสาอากาศความถี่ 24 กิกะเฮิร์ตซ์

บทสรุป

บทความนี้เสนอเสาอากาศไดอิเล็กตริกเรโซเนเตอร์แบบกรองที่รวมอยู่ในซับสเตรต (SIFDRA) แบบกว้างแถบสำหรับการใช้งานที่ความถี่มิลลิเมตรเวฟ โดยมีการยืนยันประสิทธิภาพผ่านการทดลองจริง เสาอากาศ SIFDRA ที่เสนอไว้นี้มีแถบความกว้างของอิมพีแดนซ์ที่กว้างมาก พร้อมจุดสะท้อนศูนย์สี่จุด และมีคุณลักษณะการกรองที่ยอดเยี่ยมซึ่งเกิดจากจุดรั่วของการแผ่รังสีสามจุด นอกจากนี้ยังให้ระดับการลดสัญญาณภายนอกแถบความถี่ (out-of-band suppression) ที่สูงมากภายในแถบหยุด (stopband) ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกแยะความถี่ได้อย่างมีนัยสำคัญ

เพื่อยืนยันการออกแบบที่เสนอ ได้มีการผลิตและวัดต้นแบบอาร์เรย์เสาอากาศแบบ 1×4 ผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องกันอย่างดีเยี่ยมกับผลการจำลอง ซึ่งยืนยันถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของการออกแบบเสาอากาศที่เสนอไว้ นอกจากนี้ สถาปัตยกรรมแบบรวมอยู่ในซับสเตรต (substrate-integrated) ยังทำให้สามารถจัดวางเป็นอาร์เรย์แบบแบนราบได้ ซึ่งช่วยลดความคลาดเคลื่อนในการประกอบและปรับปรุงความแม่นยำในการผลิตสำหรับการใช้งานที่ความถี่มิลลิเมตรเวฟ