ระบบขยายสัญญาณรบกวนต่ำความถี่2.45 GHzสำหรับการเชื่อมต่อ โครงข่ายท้องถิ่นไร้สายแบบจุดต่อจุด

Abstract

บทคัดย่อ

บทความนี้เป็นการนำเสนอการออกแบบระบบขยายสัญญาณรบกวนต่ำความถี่2.45 GHz สำหรับการเชื่อมต่อโครงข่าย ท้องถิ่นไร้สายแบบจุดต่อจุด ซึ่งประกอบด้วยสายอากาศแผ่นสะท้อนคลื่นทรงพาราโบลิกแบบออฟเซ็ต ส่วนของวงจรขยายสัญญาณ สองทิศทาง (Bi-Directional Amplifier: BDA) ต่อรวมเข้ากับอุปกรณ์ให้บริการจุดเข้าถึง (Access Point) โดยในส่วนของสายอากาศ แบ่งออกเป็นสองส่วนคือส่วนของตัวสายอากาศแถบความถี่กว้างที่ทำหน้าที่แพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและส่วนของแผ่น สะท้อนคลื่นพาราโบลิกแบบออฟเซ็ตโดยลักษณะของตัวสายอากาศแถบความถี่กว้างมีรูปร่างเป็นตัวยูว่างซ้อนกันสองชุดซึ่งมีขนาด ความกว้างและยาวเท่ากับ 55 มิลลิเมตรมีค่าช่วงกว้างความถี่(VSWR < 2:1) 29.17% ที่ศูนย์กลางความถี่2.45 GHz ช่วงความถี่2.06 - 2.76 GHz.มีอัตราส่วนลำคลื่นด้านหน้าต่อด้านหลังประมาณ 15 dB ค่าความกว้างลำคลื่นครึ่งกำลัง(Half Power Beam Width: HPBW ) 40° และอัตราการขยายของสายอากาศตลอดช่วงแถบความถี่เท่ากับ 9 dBi เมื่อนำตัวสายอากาศมาต่อรวมกับตัวสะท้อน คลื่นพาราโบลิกแบบออฟเซ็ตขนาดความกว้าง 350 มิลลิเมตรทำให้ได้อัตราการขยายเป็น 15 dBi ค่าความกว้างลำคลื่นครึ่งกำลัง 20° มีอัตราส่วนลำคลื่นด้านหน้าต่อด้านหลังน้อยกว่า 20 dB ตลอดย่านความถี่กว้าง ในส่วนของวงจรขยายสัญญาณแบบสองทิศทาง ความถี่2.45 GHz ทำงานในแบบครึ่งดูเพล็กซ์ (Half-Duplex) ออกแบบโดยใช้อุปกรณ์เป็นวงจรรวม MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) โดยใช้โปรแกรมความถี่สูง Microwave Office™ ในการจำลองแบบการทำงานหาค่าอัตราการขยาย สัญญาณ( 21 S ) อัตราการสูญเสียเนื่องจากการย้อนกลับด้านอินพุต ( 11 S ) อัตราการสูญเสียเนื่องจากการย้อนกลับด้านเอาต์พุต ( 22 S ) และออกแบบสร้างบนแผ่นวงจรพิมพ์วัสดุฐานรองสำหรับความถี่สูง RO4003C ® ซึ่งมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก( r e ) เท่ากับ 3.38 ความ หนาแผ่นวงจรพิมพ์เท่ากับ 0.203 มิลลิเมตร และความหนาทองแดงเท่ากับ 0.034 มิลลิเมตร ซึ่งผลจากการทำงานมีอัตราการขยาย สัญญาณภาครับประมาณ 15 dB และมีอัตราการขยายสัญญาณภาคส่งประมาณ 12 dB และสุดท้ายทำการทดสอบอัตราการขยาย สัญญาณทั้งระบบของโครงข่ายท้องถิ่นไร้สายในสภาพการใช้งานจริงเทียบกับระยะทางที่ได้จากการคำนวณและทดสอบจริงซึ่ง ให้ผลเป็นที่น่าพอใจสามารถใช้งานเป็นโครงข่ายท้องถิ่นไร้สายแบบจุดต่อจุดที่ให้อัตราการขยายสูง ออกแบบง่าย น้ำหนักเบา ใช้ วัสดุที่หาง่าย ราคาถูก และมีลักษณะการกระจายคลื่นแบบเจาะจงทิศทาง(Directional) ที่ดีเป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 802.11b,g

คำสำคัญ : วงจรขยายสัญญาณสองทิศทาง, สายอากาศแผ่นสะท้อนคลื่น, โครงข่ายท้องถิ่นไร้สาย

Abstract

This paper presents a low noise booster design for 2.45 GHz point-to-point wireless LAN system. The booster consists of a Bi-directional Amplifier (BDA) and an offset feed parabolic antenna. A U-shape broadband antenna is employed as a feeder for the parabolic reflector. The feeder has gain of 9dBi with front to back ratio of 15dB in the frequency range 2.06 - 2.76 GHz. With this feeder, the offset feed parabolic antenna with the diameter of 350 mm yields 15dBi of gain and front to back ratio of 20dB. The 2.45 GHz BDA is operated in half-duplex mode. The BDA utilizes Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC). The BDA performance analysis is performed in Microwave Office using the S-parameters provided by the MMIC manufacturers. The final BDA is built on 0.203 mm thick RO4003C laminate with dielectric constant of 3.38. The BDA gains in both directions are measured by using a spectrum analyzer. The BDA measured receiving and transmitting gains are 15 dB and 12 dB respectively. We have performed the field test to verify the performances of the booster. We have found that the booster performances closely agree with the calculation in the point-to-point wireless LAN environment.

Keywords : Bi-Directional Amplifier, Reflector antenna, wireless local area network (WLAN)