วันพุธที่ 7 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2567

ข้อควรระวังในการจับยึดสายอากาศ


โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU) 

เรื่องนี้เป็นสิ่งที่ผมตอบเพื่อนนักวิทยุท่านหนึ่งใน Facebook แต่ว่าเห็นว่ามีประโยชน์ก็เลยขอนำมาเขียนเพิ่มลงไว้ในบล็อกด้วย เป็นเรื่องเกี่ยวกับการทำสายอากาศขึ้นมาแล้วต้องการจะจับยึดมันเพื่อชูขึ้นบนอากาศ  เรามีสิ่งที่ต้องระวังว่าสายอากาศนั้นจะต้องไม่ถูกรบกวนโดยโลหะที่เราใส่เข้าไปโดยไม่ระวัง    จริงๆ แล้วลำพังของที่เราไม่ได้ใส่เข้าไปแต่มันมีอยู่ของมันอย่างนั้น เช่น โครงหลังคาบ้าน (ที่เป็นโลหะ)  หรือโลหะอื่นใกล้สายอากาศ (เช่น  รางน้ำ, รั้วโลหะ) ก็รบกวนพออยู่แล้ว อะไรที่เราจำเป็นต้องใส่เพิ่มเข้าไปแล้วไม่รบกวนมันได้ก็ควรทำจริงไหมล่ะครับ (55)


รูปที่ 1 สายอากาศตัวอย่างแบบยากิ-อูดะ
2-element ป้อนด้วยการแมทช์แบบ Gamma

ตัวอย่างเช่น สายอากาศในรูปที่ 1 เป็นสายอากาศแบบยากิ-อูดะ 2 element ที่แมตช์ด้วยแกมมาแมตช์  ในครั้งแรกนั้นเพื่อนใช้ท่อโลหะในตำแหน่งที่ (5) ในการจับยึด  โชคดีตรงที่ว่าใช้การแมตช์แบบแกมม่าทำให้แม้อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศเปลี่ยนไป แต่ก็ยังพอจะสามารถปรับไปมาให้ได้ใกล้เคียง 50 Ω ได้   ดังนั้นถ้าดูเพียงอิมพิแดนซ์ (หรือที่เพื่อนๆ ชอบเรียกกันว่า SWR ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นสิ่งที่เกิดบนสายนำสัญญาณ และ ขึ้นกับความต้านทานจำเพาะของสายนำสัญญาณด้วย จึงเป็นการเรียกที่ไม่ตรงจริงๆ นักหรอก) ที่จุดป้อน เราจะไม่รู้เลยว่าการทำอย่างนี้ไม่ถูกต้อง  เพราะยังไงแล้วมันก็รบกวนแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นของสาอากาศโดยรวม ซึ่งค่าอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศไม่สามารถบอกได้  ต้องใช้ field strength meter วัดแล้ววาดผังการแพร่กระจายคลื่นออกมาดูจึงจะเห็นหรือไม่ก็ใช้โปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศช่วยเท่านั้นถึงจะบอกได้


ในรูปที่ 1 นั้น (1) และ (2) เป็น driven element (ดริ-เฟ่น อีลีเม้นท์ หรือ ตัวขับ) และ รีเฟล็กเตอร์ ตามลำดับ ไม่ควรมีโลหะใดๆ ไปอยู่ในแนวขนานกับพวกมัน (ในขณะที่ "พวกมัน" ขนานกันเองได้ มันจึงมีผลต่อแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นเพราะเราตั้งใจให้เป็นแบบนั้น) 

(3) คือบูมของสายอากาศ  เห็นไหมครับว่ามันไม่ขนานกับ (1) และ (2) ซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกต้อง และดีที่สุดในการไม่ขนานกันคือควรตั้งฉากซะเลยตามภาพ  เมื่อเป็นอย่างนี้แล้ว (3) จึงสามารถเป็นโลหะได้ 

ถ้าจะยึดเจ้าสายอากาศนี้ เราอาจใส่แขนจับ (4) ที่ตั้งฉากกับ (1) และ (2) ก็สามารถทำได้และทำให้ใช้ (4) เป็นโลหะได้ 

แต่ถ้าจะหาเสา (5) มาจับยึดแบบในภาพ จะเห็นว่า (5) อยู่ในแนวขนานกับ (1) และ (2) ซึ่งถ้า (5) เป็นโลหะมันจะรบกวนทิศทางแพร่กระจายคลื่นจึงไม่ควรทำ  แต่ถ้าจะทำลักษณะนั้นจริงๆ (5) จะต้องเป็นฉนวนคือไม่นำไฟฟ้า

(4) ในรูปที่ 1 สามารถเป็นวัสดุโลหะหรือฉนวนก็ได้ แต่ถ้า (5) เป็นโลหะ มันจะรบกวนการทำงานของอีลีเมนต์ (1) และ (2)


ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น

การที่มีโลหะอื่นใดอยู่ในแนวเดียวกัน (ขนานกัน) กับตัวขับหรืออีลีเม้นท์ของสายอากาศ ก็เหมือนกับการเพิ่มตัวสะท้อน (reflector) หรือตัวชี้ (director) ให้กับสายอากาศแบบที่สายอากาศยากิ-อูดะทำนั่นเอง เมื่อมีโลหะอื่นใดอยู่ในแนวขนานกับโลหะของสายอากาศ สนามแม่เหล็ก (near field) จากตัวขับและ/หรืออีลีเม้นท์กาฝาก (parasitic element) อื่นของสายอากาศของเรา จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระสไหลในโลหะอื่นใดนั้นได้ ดูรูปที่ 1 (ก)  และกระแสในโลหะแปลกปลอมจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากลับออกมารบกวนสายอากาศของเรา

แต่ถ้ามีโลหะอื่นใดอยู่ในแนวตั้งฉากกับโลหะของสายอากาศของเรา สนามแม่เหล็ก (near field) จากตัวขับและ/หรืออีลีเม้นท์กาฝาก (parasitic element) อื่นของสายอากาศของเรา จะไม่สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไหลในโลหะอื่นใดนั้น (จริงๆ ถ้ามองในสามมิติ ย่อมมีบางมุมที่ไม่ตั้งฉากกับบางส่วนของโลหะของสายอากาศของเราจริงๆ จึงเกิดการเหนี่ยวนำได้บ้าง แต่ก็เกิดในขนาดที่น้อย) ดูรูปที่ 2 (ข) 

รูปที่ 2 (ก) ถ้าโลหะอื่นใดอยู่ในแนวขนานกับ
โลหะที่ทำสายอากาศ เส้นแรงแม่เหล็กที่เปลี่ยน
ขนาดตามเวลาจะตัดผ่านในแนวตั้งฉากกับมัน
จะเกิดกระแสไหล (ลูกศรสีแดง) และกระแสนี้จะ
สร้างสนามแม่เหล็กออกมารบกวนสายอากาศ
ในขณะที่ (ข) ถ้าโลหะอื่นใดอยู่ในแนวตั้งฉาก
กับ
โลหะที่ทำสายอากาศ เส้นแรงแม่เหล็ก
จะไม่สามารถสร้างกระแสในโลหะแปลกปลอม


จำลองดูกันหน่อย

จะเห็นได้ชัดเจนเมื่อเราจำลองสายอากาศนี้ดูตามรูปที่ 3, 4 และ 5 


รูปที่ 3 คุณสมบัติของสายอากาศตัวอย่าง
2-element เมื่อไม่มีเสา (mast) โลหะ
มายุ่งเกี่ยวในแนวขนานกับ element 
ขอให้สังเกตว่า จริงๆ แล้วนั้น แม้แต่บูม
ของสายอากาศเองที่อยู่ในแนวตั้งฉาก
กับอีลีเม้นท์ทั้งสสองก็มีผลต่อการทำงาน
ของสายอากาศ แต่มีน้อยเท่านั้นเอง



รูปที่ 4 คุณสมบัติของสายอากาศ
เดียวกันกับรูปที่ 2 แต่มี เสาโลหะ
ติดตั้งในแนวขนานกับ element
ทั้งสอง (หมายเลข 4 ในรูป) กรณี
แบบนี้จะมีกระแสขนาดใหญ่ที่เรา
ไม่ต้องการไหลในเสาโลหะนั้น
(เส้นสีชมพูบนโลหะหมายเลข 4)

รูปที่ 5 คุณสมบัติของสายอากาศ
เดียวกันกับรูปที่ 2 แต่มี เสาโลหะ
ติดตั้งในแนวตั้งฉากกับ element
ทั้งสองออกมา (หมายเลข 4 ในรูป)

จะเห็นชัดเจนว่า เสาโลหะที่อยู่ในแนวขนานกับอีลีเมนท์ (1) และ (2) ตามรูปที่ 4 จะรบกวนการทำงาน ทั้งทำให้รูปแบบการแพร่กระจายคลื่น (propagation pattern) เปลี่ยนไป และทำให้อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนเปลี่ยนไป (จะเห็นแนว impedance บนสมิทชาร์ทผิดไปจากเดิมมาก) ในขณะที่ก้านจับโลหะในแนวตั้งฉากกับอีลีเมนท์ (1) และ (2) ออกมาตามรูปที่ 5 จะมีผลต่อทั้งแพทเทิร์นและอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อน่บ้างแต่น้อยมาก 

สรุป 
  1. การจับยึดสายอากาศ ถ้าไม่มีโลหะเกี่ยวข้องเลยได้เป็นดีที่สุด 
  2. ถ้าต้องมีโลหะเกี่ยวข้อง โลหะนั้นจะต้องตั้งฉากกับอีลีเม้นท์ของสายอากาศ
  3. ถ้ามีโลหะที่ขนานกับอีลีเม้นท์ของสายอากาศในระยะใกล้ (เช่น น้อยกว่า 3-4 ความยาวคลื่น) โลหะนั้นจะมีผลต่อทั้งแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นและอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศ

แล้วพบกันใหม่ในบทความดีๆ ในครั้งหน้านะครับ 
73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จ. / Jason) 

วันอังคารที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2567

กิจกรรม Thailand Field Day 2024

 

ผ่านกันไปสดๆ ร้อนๆ กับรายการ Thailand Field Day 2024 ที่จัดขึ้นระหว่าง 12:00 น. ของวันที่ 3 กุมภาพันธ์ 2567 ถึง 12:00 น. ของวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 2567 เรียกว่า 24 ชั่วโมงเต็มๆ  ปีนี้มีเพื่อนสมาชิกนักวิทยุสมัครเล่นเข้าร่วมกิจกรรมหลายสถานีเช่นเคย  

สำหรับชมรม The DXER ก็ส่งเจ้าสำนัก พี่ตู่นพดล HS1ZHY เป็นตัวแทนหมู่บ้านร่วมกิจกรรมกับเพื่อนๆ ด้วย 

และที่ลืมไม่ได้คือ ต้องขอบคุณทีมงานผู้จัดรายการนี้ให้เพื่อนๆ ได้เล่นสนุกกันบนความถี่ แล้วพบกันใหม่ในปีต่อๆ ไปนะครับ 

วันพุธที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2567

กิจกรรมและประชุมประจำเดือน มกราคม 2567


ก็พบกันเช่นเคยกับกิจกรรมประจำเดือนของชมรม The DXER ที่บ้านของคุณนพดล (HS1ZHY) วันนี้มีเพื่อนๆ และเพื่อนใหม่เข้ามาเล่นวิทยุกับเราด้วย ยินดีต้อนรับทุกท่านนะครับ มีกิจกรรมหลายอย่างเลยเหมือนกัน 

ถ่ายภาพร่วมกันสักหน่อย มีทั้งกดไลค์และ
ให้หัวใจจิ๋ว (mini heart) น่ารักกันทุกท่านเลย


คุณจิตรยุทธ (HS0DJU) กำลังอธิบายการใช้งาน
โปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศ EZNEC ให้เพื่อนชม
มีคุณดิเรก (HS1MUV) และคุณเจตพล (E22MAL)
กำลังแลกเปลี่ยนความเห็น



จากนั้นเรายังคุยเรื่องของสมิทชาร์ทกันต่อ ว่าจริงๆ แล้ว
เป็นเรื่องเกี่ยวกับคุณสมบัติของสายนำสัญญาณ และ
ความหมายของเส้นและจุดต่างๆ บนสมิทชาร์ท
หมายถึงอะไร


คุณวิษณุรักษ์ (E24YKD) เอาของเล่นมาเล่นกันด้วย
เป็น un-un แบบ 64:1 แต่ต่อสายอากาศแล้วไม่ทำงาน
รื้อสิครับรออะไร




หลังจากซ่อมเสร็จก็วัด ทดสอบ และลองใช้งาน
ติดต่อเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นที่สระบุรีได้ 59 (SSB)
ใช้ whip เป็นสายไฟ ยาวสัก 20 เมตรได้



คุณสิปปภาส (E24MTA) คุณคุณาวุฒิ (HS3QQS)
คุณคุณากร (HS6NPZ) และคุณนพดล (HS1ZHY)
ดูการใช้งานเครื่องรับแบบ SDR รุ่นใหม่ที่รับความถี่
ได้หลากหลายขึ้น

แล้วต่อด้วยโหมดดิจิตอล เราเรียกกันเล่นๆ ว่าโหมด "อี๋ออ"
แหม ก็เสียงมันเป็นแบบนั้นจริงๆ นี่นา 

คุณนรภัทร (E24YVI) เอาของเล่นมาด้วย เล่นไปเล่นมา
ก็ซ่อมด้วยซะเลย เพื่อความรู้แจ้ง คุณเจตพล (E22MAL)
ไม่ได้ว่าไว้ 

หลังจากเล่นกันสนุกสนาน เพื่อนๆ ก็แยกย้ายกลับบ้านด้วยความปลอดภัยทุกท่าน  แล้วพบกันใหม่ในกิจกรรมประจำเดือนของชมรม The DXER (E20AE) ในเดือนต่อไปนะครับ

73 DE E20AE


วันอังคารที่ 2 มกราคม พ.ศ. 2567

ทำไมอัตราสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณจึงบอกเป็น dB/ความยาว

โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU / Jason) 

เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นคงเคยรู้เรื่องเกี่ยวกับการสูญเสียในสายสัญญาณมาบ้างแล้ว  สายนำสัญญาณจะไม่สามารถส่งกำลังทั้งหมดที่เข้าที่ปลายสายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งได้โดยเฉพาะเมื่อมันมีความยาว  หลายคนคงเคยเปิดสเป็คหรือข้อมูลจำเพาะของสายนำสัญญาณโดยเฉพาะส่วนของตัวเลขที่บอกอัตราการสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณที่แต่ละชนิดซึ่งโดยทั่วไปจะไม่เท่ากันที่ความถี่ต่างๆ 

ตัวเลขเหล่านี้จะเห็นว่ามีหน่วยเป็น dB ต่อระยะทางเสมอ เช่น dB/100m หรือ dB/100ft  (ไม่ยักบอกเป็น % หรือ เท่าตัวต่อความยาวซึ่งดูน่าจะเข้าใจง่ายกว่า) แต่เราก็เอาตัวเลขที่เป็น dB/100m หรือ dB/100ft นี้ไปคำนวณต่อได้ง่ายๆ ตามตัวอย่างต่อไปนี้

ความสัมพันธ์แบบเชิงเส้น (Linear)

ความสัมพันธ์ของอะไรหลายๆ อย่างในวิศวกรรมเป็นแบบเชิงเส้น (ถึงในความเป็นจริง มักไม่มีอะไรเป็นเชิงเส้นอย่างแท้จริง อาจจะเพราะถูกรบกวน หรือธรรมชาติของอุปกรณ์เอง หรือเชิงเส้นภายใต้เงื่อนไขต่างๆ เข่น ช่วงความถี่ โวลเตจ กระแส เป็นต้น แต่ถ้าเรามองในช่วงเล็กๆ ก็อาจจะพอถือว่าเป็นเชิงเส้นได้) เช่น ความสัมพันธ์ระหว่างกระแส (I) และศักดา (V) ที่ตกคร่อมความต้านทาน (R) ค่าหนึ่ง ดูรูปที่ 1 


รูปที่ 1 ความสัมพันธ์ V = R  I เป็นแบบเชิงเส้น
สังเกตลูกศรสีน้ำตาลเมื่อ I < 0 มีความหมายว่า
กระแสไหลกลับทิศทางและโวลเตจตกคร่อม
ความต้านทาานก็กลับด้านเท่านั้นเอง

รูปที่ 1 ไม่มีอะไรมากไปกว่า "กฏของโอห์ม" (Ohm's Law) ที่มาจากสูตร V = I  R หรือ I = (1/R)  V ซึ่งคือของอย่างเดียวกันนั่นแหละ ความชันของเส้นในภาพคือ (1/R) ยิ่งความต้านทาน R มีค่ามากขึ้น เส้นก็จะชันน้อยลง  ง่ายๆ และมีความสุขดี

แต่ความสัมพันธ์ของอะไรๆ อีกหลายๆ อย่างในวิศวกรรมและในโลกนี้ไม่เป็นเชิงเส้น (ดูเหมือนจะเยอะกว่าด้วยซ้ำไป) และ.. 


กำลังของคลื่นที่ไหลผ่านสายนำสัญญาณมาได้ไม่เป็นเชิงเส้น

เมื่อคลื่นเดินทานผ่านสายนำสัญญาณจะมีการสูญเสียกำลังเกิดขึ้น ทั้งจากตัวนำไฟฟ้าเอง (มีความต้านทาน) และจากผลของฉนวนที่ไม่ได้เป็นฉนวนในอุมดมคติ ถ้าเราป้อนสัญญาณกำลัง (power) คงที่เข้าด้านหนึ่งของสายนำสัญญาณแล้วตั้งสมมติฐานว่า ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของสัญญาณที่ออกอีกด้านหนึ่งกับความยาวของสายนำสัญญาณ เป็นเชิงเส้น เราน่าจะได้ภาพความสัมพันธ์ระหว่างความยาวของสายนำสัญญาณนั้นกับกำลังที่เหลือออกมาที่ปลายสายอีกด้านหนึ่งตามใน รูปที่ 2 


รูปที่ 2 ถ้าความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของคลื่น RF
ที่เหลือออกมาที่ปลายสายนำสัญญาณอีกด้านหนึ่ง
เป็นเชิงเส้นกับความยาวของสาย เราน่าจะได้ภาพ
ด้านบน ซึ่งเป็นไปไม่ได้และไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้นจริง

ปัญหาของความสัมพันธ์ตาม รูปที่ 2 ก็คือ เมื่อสายนำสัญญาณยาวมากขึ้นๆ ขนาดของสัญญาณที่ปลายสายอีกด้านหนึ่งจะ ต่ำกว่าศูนย์หรือติดลบ ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ (ส่งสัญญาณกลับด้านหรือไง?!?) จึงเป็นไปไม่ได้  ดังนั้นสมมติฐานจึงไม่ถูกต้อง  นั่นคือ ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของสัญญาณที่ออกอีกด้านหนึ่งกับความยาวของสายนำสัญญาณ ไม่เป็นเชิงเส้น 


รูปที่ 3 ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของสัญญาณ
ที่ออกอีกด้านหนึ่งกับความยาวของสาย มีลักษณะ
ไม่เป็นเส้นตรง (ไม่เป็นเชิงเส้น ไม่ linear)  ที่จริง
ให้เข้าใจว่าเส้นในภาพต้องเป็นเส้นโค้งตลอด แต่
วาดยาก ผู้เขียนจึงวาดเป็นเส้นตรงสั้นๆ มาต่อกัน

รูปที่ 3 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของสัญญาณที่ออกอีกด้านหนึ่งกับความยาวของสายนำสัญญาณ จะ ไม่เป็นเชิงเส้น นั่นคือเป็นเส้นโค้ง (บนกราฟแบบแกน linear)  และเส้นจะใกล้เข้าใกล้แกนนอน (แกน ขนาดเป็นศูนย์) ไปเรื่อยๆ โดยไม่ตัดแกนนอนไม่ว่า  จะยาวเท่าไรก็ตาม  ทีนี้ด้วยความเป็นเส้นโค้งๆ ตลอดของมันนี่แหละ ถ้าเราจะคำนวณว่ากำลังคลื่นเหลือที่ปลายสายเท่าไรให้แม่นยำ จะทำอย่างไร เริ่มมีปัญหาแล้ว


ทำไมต้องบอกการสูญเสียเป็น dB/ความยาว

ไม่รู้ว่าพวกเราเคยมีคำถามง่ายๆ บ้างไหมว่า: “ทำไมการบอกอัตราความสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณจึงบอกเป็น dB/ความยาว เช่น 6 dB/100m  ทำไมไม่บอกเป็น เท่า/ความยาว เช่น  3.105 เท่า/100 เมตร บ้าง มันดูน่าจะง่ายกว่าตั้งเยอะ 

คำตอบคือ เพราะเป็นวิธีที่ฉลาดที่สุด ง่ายต่อการนำไปใช้คำนวณที่สุด ที่จะได้ผลลัพธ์การสูญเสีย (หรือ สัญญาณส่วนที่เหลือส่งผ่านไปได้) ที่ความยาวของสายนำสัญญาณต่างๆ ถูกต้อง และนอกจากนั้นโดยธรรมชาติของ dB จะเป็นความสัมพันธ์แบบไม่เป็นเชิงเส้นด้วย

การสูญเสียเกิดขึ้นต่อระยะทางหนึ่งๆ คือเหลือกำลังเพียงส่วนหนึ่งจากเริ่มต้น  ถ้าเราต่อความยาวออกไปอีก จะเป็นการ “ทบ” ความยาวไปอึก และกำลังที่เหลือจะเป็นการคูณสัดส่วนของกำลังที่เหลือซ้ำเข้าไปแบบการยกกำลัง (ไม่ใช่คูณด้วยจำนวนเท่าของการทบ) ดูรูปที่ 4


รูปที่ 4 การคำนวณอัตราการสูญเสียแบบง่ายๆ
เมื่อสายนำสัญญาณยาวขึ้นๆ สัดส่วนสัญญาณ
ที่เหลือถึงปลายสายจะเกิดจากการคูณอัตราการ
สูญเสียต่อหนึ่งความยาวเข้าด้วยกัน



อ่านเรื่อง การสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณ (ตอนที่ 2) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวอย่างที่ 3 ในบทความดังกล่าวประกอบ เพื่อความเข้าใจมากขึ้นเรื่องหน่วย dB และ B และการใส่เครื่องหมายติดลบที่ -0.492 ในการคำนวณด้านล่าง



ลองหาวิธีคำนวณดู

ในรูปที่ 4 สายนำสัญญาณมีการสูญเสีย 4.92 dB / 100 เมตร หรือ 0.492 B / 100 เมตร (B คือหน่วย Bel) บอกให้เรารู้ว่า: 

log ( Pout / Pin ) = -0.492  นั่นคือ
Pout / Pin  = log-1(-0.492) = 0.322  

ให้  ℓ เป็นความยาวสาย (หน่วย เมตร) และ α เป็นความยาวที่ทำให้เหลือสัญญาณเป็น 0.322 เท่าตัว (เช่น α = 100 m)  ในรูปจะแสดงการคำนวณหากำลังที่เหลือไปถึงอีกด้านของปลายสายที่ความยาว  / α   เมื่อ   / α  มีค่าต่างๆ กัน 

ในรูปที่ 4 จะเห็นว่าสัดส่วนของกำลังขาออกต่อขาเข้าเป็น

Pout / Pin   = 0.322^(  / α )  หรือ 
Pout / Pin   0.322m  
เมื่อ m =  / α  

เรารู้ว่า
log-1(-0.492) = 0.322  

ดังนั้น 
Pout / Pin   =  [ log-1( -0.492 )]m   

take logarithmic ทั้งสองข้างของสมการได้ 
log ( Pout / Pin  =  log [ log-1( -0.492 )]m   

จากคุณสมบัติด้านการยกกำลังของตัวแปรของฟังก์ชั่น Logarithm (ดูรูปที่ 5) จะได้
log ( Pout / Pin  =  m • log [ log-1( -0.492 )]   ซึ่งคือ
log ( Pout / Pin  =  m • ( -0.492 ) 
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( -0.492 ) ]
ให้  - L = - 0.492
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( - L ) ]    ------- 
m =  / α     ------------------------------------       

สมการที่  และ  นี่คือที่เราจะนำไปใช้คำนวณต่อไป

ตัวเลข -0.492 ก็คือ - L ในสมการ    L คือการสูญเสียในหน่วย B (Bel) ต่อความยาว  α  แล้วใส่เครื่องหมายติดลบให้มันซะ  และเทอม m • ( - L ) ในสมการ   นั่นเองที่แสดงว่าเราสามารถเอาค่า dB (กรณีนี้เป็น B หรือ Bel ซึ่งเป็นหน่วยใหญ่ของมันแค่นั้นเอง) มาคูณกับ m หรือ multiple ของการทบความยาว เพื่อคำนวณได้ง่ายๆ 


รูปที่ 5 Power Property หรือคุณสมบัติ
การยกกำลังของ Logarithmic function

การพิสูจน์ด้านบนนับว่าค่อนข้างสับสนเอาเรื่อง (ถึงว่า หาอ่านได้ยาก ไม่ค่อยมีใครอธิบายไว้)


ตัวอย่างที่ 1 

สายนำสัญญาณเส้นหนึ่ง มีอัตราการสูญเสียที่ความถี่ 150MHz เป็น 26 dB/100m  สมมติเราตัดมาใช้งาน 10 เมตร และใช้กับเครื่องส่งกำลัง 5 วัตต์  จะมีกำลังเคลื่อนส่งออกไปถึงปลายสายอีกข้างหนึ่งเท่าไร 

สายยาว 100 เมตร สูญเสีย 26 dB
สายนำสัญญาณของเรายาว 10 เมตร ดังนั้น
m = (10m / 100m) = 0.1

และจะสูญเสีย
m • 26 dB = 2.6 dB = 0.26 B (เพราะ 10 dB = 1 B)
ทำให้เป็นค่าติดลบเพราะเราคิด log ของ  Pout / Pin  ได้ -0.26 ในสมการ  
ซึ่งคือของอย่างเดียวกันกับ  m • ( - L) ในสมการที่  

10 log ( Pout / Pin ) = -2.6  (มี 10 คูณหน้า log ด้านขวามือเป็นหน่วย dB)
เราใส่เครื่องหมาย - เพราะ Pout Pin  ทำให้  Pout / Pin  < 1 และ log (<1) จะเป็นค่าติดลบ
log ( Pout / Pin ) = -0.26  (ไม่มี 10 คูณหน้า log ด้านขวามือเป็นหน่วย B)
Pout / Pin  = log-1(-0.26) = 10-0.26    ----------   

สมการ  ③ อยู่ในรูปเดียวกับสมการ ①  ด้านบน
จากสมการ ③ จะได้
Pout / Pin  = 0.549

ถ้าป้อน
Pin  = 5 W
จะได้
Pout = 5W • 0.549 = 2.745 W


ตัวอย่างที่ 2

สายนำสัญญาณเส้นหนึ่งมีการสูญเสีย 2.2 dB/100m ที่ความถี่ 30 MHz ถ้าเราใช้งานมันที่ความยาว 70 เมตร จะสูญเสียร้อยละเท่าไร 

ดูสมการ
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( - L ) ]    ------- 
m =  / α     ------------------------------------       

L ของสายนำสัญญาณของเราคือ 2.2 dB/10 = 0.22 B (หน่วย Bel) 
m = 70/100 = 0.7
m • ( - L ) = 0.7 • (- 0.22) = - 0.154
Pout / Pin   =  log-1 ( - 0.154 ) = 10-0.154  = 0.701
Pout  =  0.701 Pin   
กำลังหายไป  1 - 0.701 = 0.299 ส่วน (จาก 1)
นั่นคือสูญเสียไป 29.9% 


ตัวอย่างที่ 3   การสูญเสียในสายนำสัญญาณไม่เป็นเชิงเส้นกับความยาว

สายนำสัญญาณ 3D-FB มีอัตราสูญเสีย 13 dB/100 m ที่ความถี่ 150MHz 
กรณีที่ 1 สายนำสัญญาณนี้ยาว 100 เมตรจะมีการสูญเสียอย่างไร
m =  / α   
m = 100 m / 100 m = 1
L = 13/10 B = 1.3 B
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( - L ) ]  =  log-1 [ 1 • ( - 1.3 ) ]  
Pout / Pin   =  log-1 -1.3 = 0.0501 
หรือ เหลือกำลังที่ปลายสาย 5.01% และหายไป 94.99%
กรณีที่ 2 ถ้าสายนำสัญญาณนี้ยาว 50 เมตรจะมีการสูญเสียอย่างไร
m =  / α   
m = 50 m / 100 m = 0.5
L = 13/10 B = 1.3 B
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( - L ) ]  =  log-1 [ 0.5 • ( - 1.3 ) ]  
Pout / Pin   =  log-1 -0.65 = 0.2238 
หรือ เหลือกำลังที่ปลายสาย 22.38% และหายไป 77.62%

จะเห็นว่าการสูญเสียของสายนำสัญญาณที่ยาว 100 เมตร คือ 94.99% ไม่ได้เป็นสองเท่าของการสูญเสียของสายนำสัญญาณที่ยาว 50 เมตร และกำลังที่เหลือที่ปลายสายที่ยาว 50 เมตรก็ไม่ได้เป็นสองเท่าของสายที่ยาว 100 เมตร    แต่ถ้าเราลองคิดว่าเราเอาสายนำสัญญาณเส้นละ 50 เมตรมาต่อกัน กำลังที่ปลายสายเส้นแรกจะเหลือ 0.2238 ส่วนต่อไปเส้นที่สองที่ลดลงไปอีก 0.2238 ส่วน รวมแล้วต้องคูณกันเป็น 0.2238  0.2238 = 0.0501  ซึ่งคือความไม่เป็นเชิงเส้นนั่นเอง


ตัวอย่างที่ 4  หาอัตราการสูญเสียของสายนำสัญญาณตัวอย่าง

สายนำสัญญาณเส้นหนึ่งยาว 12 เมตร เมื่อป้อนสัญญาณความถี่ 145 MHz กำลัง 5 วัตต์เข้าที่ด้านหนึ่ง วัดกำลังที่ปลายสายอีกด้านหนึ่งได้ 3 วัตต์ สายนำสัญญาณนี้มีอัตราการสูญเสียกำลังกี่ dB/100m และถ้าตัดให้ยาว 8 เมตร จะมีการสูญเสียอย่างไร

อัตราการสูญเสีย = log ( Pout / Pin  ) = log (3/5)
= -0.2218 B/12m = -2.218 dB/12m  (มีเครื่องหมาย - เพราะเราคำนวณจาก Pout / Pin  ) 
ถ้าสายยาว 100 เมตร จะสูญเสีย (100m/12m)  (-2.218) = -18.48 dB/100m
หรือจะบอกว่าสายนำสัญญาณนี้สูญเสีย 18.48 dB/100m ก็ได้ มีความหมายเดียวกัน

ถ้าสายนำสัญญาณนี้ยาว 8 เมตร จะสูญเสียเท่าใด
m =  / α  = 8m / 100m = 0.08
L อัตราการสูญเสียต่อความยาว 100m หน่วย B แล้วใส่เครื่องหมายลบ = - 1.848 
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( - L ) ]  =  log-1 [ 0.08 • ( - 1.848 ) ]    
Pout / Pin   =  log-1 (- 0.1478) = 0.711 
นั่นคือเหลือกำลังมาที่ปลายสาย 71.1% หรือสูญเสีย 28.9% 

หรือจะคำนวณหาการสูญเสียกำลังองสายนำสัญญาณนี้เมื่อยาว 8 เมตรจากข้อมูลเดิมของมันที่เราคำนวณไว้เองแต่แรกคือ -2.218 dB/12m ก็ได้
m =  / α  = 8m / 12m = 0.66 
L อัตราการสูญเสียต่อความยาว 12m หน่วย B แล้วใส่เครื่องหมายลบ = - 0.2218 
Pout / Pin   =  log-1 [ m • ( - L ) ]  =  log-1 [ 0.66 • ( - 0.2218 ) ]    
Pout / Pin   =  log-1 (- 0.1463) = 0.714 
นั่นคือเหลือกำลังมาที่ปลายสาย 71.4% หรือสูญเสีย 28.6% 
ซึ่งคือค่าเดียวกันกับที่คำนวณไว้แล้วด้านบน (ตัวเลขที่ต่างกันไปบ้างเพราะการปัดจุดทศนิยมในการกดเครื่องคิดเลขเท่านั้น) 


สรุป

  1. ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังของสัญญาณที่ออกอีกด้านหนึ่งกับความยาวของสายนำสัญญาณไม่เป็นเชิงเส้น
  2. โดยทั่วไป Pout < Pin  เสมอ ดังนั้น  log ( Pout / Pin  ) จะติดลบ ในขณะที่ log ( Pin / Pout ) จะเป็นบวก ทั้งสองอย่างถูกต้องขึ้นกับว่าเราเลือกใช้อย่างไร แค่ต้องใช้ให้ถูกเท่านั้น
  3. การบอกอัตราความสูญเสียเป็น dB หรือ B ต่อหน่วยความยาว ก็เพื่อให้สามารถคำนวณหาความสูญเสียรวมของสายนำสัญญาณ และกำลังที่เหลือส่งผ่านสายนำสัญญาณที่ความยาวใดๆ ได้ง่ายและถูกต้อง
  4. เราอาจจะใช้ระบบ logarithmic ฐานใดตามใจเรา ที่ไม่ใช่ฐาน 10 ( log10 ) มาคำนวณการสูญเสียก็ได้ เช่นเลือกใช้ฐาน e ก็จะกลายเป็น loge  หรือ ln (อ่านว่า ลอน) และยังคงสามารถคำนวณทุกอย่างได้ถูกต้อง ดูรูปที่ 6 และ 7 เพียงแต่ถ้าเราใช้ฐาน 10 จะสะดวกในการรับรู้ว่าการเพิ่มของค่า log10(Pout / Pin) ขึ้น 1 หน่วยมีความหมายว่าเพิ่ม Pout / Pin ขึ้น 10 เท่า และจะเรียกหน่วยของการเพิ่มนั้นว่า 1 B (Bel) ได้ หรือเมื่อคูณ 10 เข้ากับ  log10(Pout / Pin) จะได้หน่วยเป็น dB หรือ decibel (ถ้าเลือกใช้ฐานอื่นที่ไม่ใช่ 10 จะเรียกหน่วยเป็น B หรือ dB แบบนี้ไม่ได้นะ) แล้วมันก็ "เป็นธรรมชาติ" ต่อเรามากกว่านั่นเอง  
รูปที่ 6 ที่จริงแล้ว เราสามารถกำหนดเองได้ว่าจะให้
การลดลงแบบไม่เป็นเชิงเส้นของกำลังที่ส่งผ่านสาย
นำสัญญาณเป็นแบบ logarithm ฐานอะไร  สายนำ
สัญญาณตัวอย่างในรูปนี้มีการสูญเสียกำลังเหลือ
ครึ่งหนึ่ง (0.5 เท่า นั่นคือ R=0.5 และ R<1) ต่อความยาว
100 เมตร (L = 100 เมตร)    เป็นความยาวของสายนำ
สัญญาณที่เราต้องการคำนวณหากำลังที่ส่งผ่านได้
โดย m = /L บอกว่าความยาวของสายนำ
สัญญาณนั้นยาวเป้นกี่เท่าของ L  (m ไม่จำเป็น
ต้องเป็นจำนวนเต็ม)   สมการ (a) เป็นสมการที่บอก
Pout  ที่ส่งผ่านสายนำสัญญาณว่าเป็นกี่เท่าของ Pin   



รูปที่ 7 เนื่องจากตัวแปร B (ฐานของ logarithm ที่เราจะ
เลือกใช้), L (ความยาวที่รู้ว่ากำลังจะลดลงเหลือเท่าไร),
R (สัดส่วนของกำลังที่ส่งผ่านได้เมื่อสายนำสัญญาณ
ยาว L) สามารถเป็นค่าใดๆ ก็ได้ (ยังไงก็ขอให้ B จำนวน
เต็มบวกหน่อยก็แล้วกัน จะได้ไม่แปลกเกินไป)
ก็ยังสามารถคำนวณ Pout เมื่อรู้ Pin ได้ถูกต้อง
ในรูปนี้ กรณีที่ 1: B=10 คือเราเลือกฐาน 10 log10 )
และกรณีที่ 2: B=5 คือเราเลือกฐาน 5 
log5 )

หมายเหตุ 
ข้อ 4 ในสรุป เป็นเรื่องของคณิตศาสตร์และเกินเลยเรื่องของวิทยุระดับสมัครเล่นไปหน่อย ถ้าเพื่อนๆ งงก็ไม่เป็นไรครับ เอาเป็นว่าปกติมาตรฐานทั่วไปในการคำนวณเรื่องการสูญเสียต่างๆ เราใช้ logarithm ฐาน 10 เท่านั้น (ไม่อย่างนั้นจะเรียกเป็น dB ไม่ได้)

73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จ. / Jason)

วันเสาร์ที่ 30 ธันวาคม พ.ศ. 2566

การเอาเม้าท์แม่เหล็กออกจากหลังคารถ

 

เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นหลายคนคงเคยติดตั้งสถานีบนรถยนต์กันบ้างล่ะ ไม่ว่าจะทดสอบทดลองชั่วคราวหรือจะเป็นกิจจะลักษณะก็ตาม หนึ่งในวิธีเอาสายอากาศติดกับรถยนต์ก็คือการใช้เม้าท์แม่เหล็ก ซึ่งการติดลงบนกลางหลังคารถยนต์ก็มักจะเป็นจุดที่ทำให้การแพร่กระจายคลื่นดูดีที่สุดเสียด้วย 

แต่ปัญหามันไม่ได้เกิดตอนเอาเม้าท์แม่เหล็กวางลงไป แต่เกิดตอนตรงกันข้ามคือตอนอยากถอดมันออกจากหลังคารถนี่แหละครับ โดยเฉพาะเม้าท์แม่เหล็กตัวใหญ่ๆ ที่แรงดูดมหาศาลเนี่ย การจะแงะออกมาโดยไม่ทำให้เกิดรอยขีดข่วนดูยากเอาการ 

แต่บทความนี้จะแนะนำวิธี แงะ แคะ แกะ อย่างปลอดภัยโดยไม่ทำลายสีรถ ให้เพื่อนๆ ลองนำไปทำหรือดัดแปลงทำดู (เอาน่านะ ทำใจไว้หน่อย อาจจะมีรอยบ้างจากสีที่บวมเพราะความร้อน แต่ไม่น่าจะใช่จากการแคะของเรา) มาเริ่มกันดีกว่า  แรกสุดก็ต้องหาอุปกรณ์ดังนี้

อุปกรณ์

1) การ์ดพลาสติก ขนาดนามบัตร เลือกแบบบางๆ 2 ใบ พวกบัตรพลาสติกที่ใช้ในสวนอาหาร Food court ในห้างล่ะกำลังเหมาะเลย

2) ไขควงปากแบน เลือกที่บางๆ แต่กว้างหน่อย จะเหมาะมาก

3) เศษผ้า ชิ้นไม่ต้องใหญ่นัก เอาไว้พันปลายไขควงแบนหน่อยเดียว

4) น้ำมันหล่อลื่น เลือกที่ไม่กัดสีรถ  น้ำมันพืชก็ดี ถ้ากินได้มันคงไม่กัดสีรถหรอก จริงๆ ใช้น้ำสบู่ก็ได้

รูปที่ 1 เม้าท้แม่เหล็กบางอัน ช่างติดแน่นตรึงตรา
ตอนติดก็ไม่คิดถึงตอนจะถอดขอให้อยู่ไว้ก่อน
เลยอยู่จนไม่อยากออกเลย


วิธีทำ

1) ถอดสายอากาศออกให้เรียบร้อย ดูรูปที่ 2

รูปที่ 2 เอาสายอากาศออกก่อน ของแพงนะบางอันอะ

2) เอาบัตรพลาสติก บางๆ ซ้อนกันให้สนิท  จุ่ม ทา บัตรพลาสติกกับน้ำสบู่ ให้ลื่นๆ หน่อย

3) จับบัตรพลาสติกทั้งสองแผ่น ค่อยๆ เสียบ เสียบ และ เสียบ เข้าไปลึกๆๆ ระหว่างหลังคาและฐานของเม้าท์แม่เหล็ก (ที่มักเป็นยาง) ดูรูปที่ 3 

รูปที่ 3 เอาบัตรพลาสติกสองใบ จุ่มน้ำสบู่ให้ลื่น
แล้วเสียบเข้าไป จะเสียบทีละใบก็ได้ ยังไงให้
เข้าไปแล้วมีส่วนที่ซ้อนกันได้เยอะหน่อย

4) เมื่อเสียบแผ่นพลาสติกทั้งสองใบเข้าไปได้ที่แล้ว   หุ้มปลายไขควงปากแบนด้วยผ้าแบบผ้าขนหนูที่เราใช้เช็ดหน้าจะเหมาะให้หนาหน่อยหนาพอจะกันรอยขูดขีดได้ (จริงๆ แล้ว ปลายมันก็ไม่ได้สัมผัสกับอะไรนอกจากแผ่นพลาสติกที่เราสอดเข้าไป แต่กันเหนียวไว้ก่อน)

5) ตรงนี้สำคัญ  ค่อยๆ เอาปลายไขควง (มีผ้าหุ้ม) เสียบเข้าไป ระหว่างแผ่นการ์ดพลาสติก 2 แผ่น นั้น  ค่อยๆ เสียบ ลึกให้พ้นขอบขอบเม้าท์เข้าไปสักหน่อย  ดูรูปที่ 4

รูปที่ 4 พันผ้าที่ปลายไขควงสักหน่อย แล้วเสียบ
เข้าไประหว่างการ์ดพลาสติกสองใบ ให้พ้นขอบ
เม้าท์แม่เหล็กสักหน่อย  ดูให้แน่ใจว่าบัตรพลาสติก
หุ้นปลายไขควงไว้ทั้งบนและล่าง

5) พอเสียบลึกพอ ลองบิดไขควง (ไขควงที่ปากแบนๆ ใหญ่ๆ จะได้เปรียบมาก) กะประมาณให้ปากไขควงกดเข้ากับการ์ดพลาสติกไม่หลุดรอดไปถูกตัวถังรถซึ่งจะทำให้รถเป็นรอย     แรงบิดที่ปลายแบนของไขควงนั้นสูงมากน่าจะทำให้แม่เหล็กขยับเผยอขึ้นไม่ยาก พอมันเผยอได้แค่นิดหน่อยแรงยึดจะลดลงมาก และหลุดออกมาได้ง่ายๆ 

รูปที่ 5 ออกแรงบิดเบาๆ ก่อน ส่วนมากไม่ต้องแรง
มากนักก็ทำให้เม้าท์เริ่มเผยอได้  เมื่อมันเผยอ
แค่นิดหน่อย แรงดูดก็ลดลงมาก สามารถหยิบออก
ได้ไม่ยาก

เพียงเท่านี้เราก็สามารถเอาเม้าท์แม่เหล็กออกจากรถได้โดยไม่เป็นรอย  ก็เป็นเรื่องเล็กๆ ที่เอามาฝากเพื่อนๆ  ต่อไปนี้จะได้ไม่เป็นปัญหาในการนำเม้าท์พวกนี้ออก และทำให้เราอยากจะใช้มันมากขึ้น เล่นวิทยุได้สนุกขึ้น ครับ

73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ / Jason)