การต่อเชื่อมสายอากาศเข้ากับเครื่องรับส่งวิทยุ เป็นสิ่งที่ละเอียดอ่อน การต่อเชื่อมที่ไม่ "สมพงษ์" หรือไม่ match กันทางด้านอิมพิแดนซ์จะทำให้เกิดการสะท้อนกลับของคลื่น (ที่จุดต่อ) และลดประสิทธิภาพของระบบลง หลายกรณีทำให้เกิดความเสียหาย เช่น มีความร้อนสูงเกิน มีคลื่นแพร่กระจายออกจากสายนำสัญญาณและ/หรือจุดเชื่อมต่อและกิดอันตราย เกิดการรบกวนการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น เป็น้น อุปกรณ์หนึ่งที่ช่วยในการแปลงอิมพิแดนซ์ของสายอากาศก่อนจะป้อนเข้ากับเครื่องรับ/ส่ง วิทยุก็คือ หม้อแปลงหรือบรรดา impedance transformer ทั้งหลาย หม้อแปลงหลายแบบทำหน้าที่ต่อเชื่อมระบบแบบสมดุลเข้ากับแบบไม่สมดุล ช่วยลดกระแส common mode (กระแสที่ส่วนเกิน ที่ไม่เกี่ยวกับคลื่นหลักที่เราต้องการส่งกำลัง แต่เกาะติดตามไปด้วยที่ผิวๆ ของสายนำสัญญาณ) ไปด้วยในตัว หลายแบบก็เป็นหม้อแปลงที่แปลงอิมพิแดนซ์ของสายอากาศไปด้วยในตัว ซึ่งก็แล้วแต่ว่าเรามีสายอากาศอะไรอยู่ จะต้องเลือกหม้อแปลงให้เหมาะด้วย
ถ้าเราใช้สายอากาศแบบ long wire หรือ random wire เรามักจะต้องใช้กับหม้อแปลง (แบบ un-un คือ unbalance to unbalance) ที่มีความสามารถในการแปลง (ลด) อิมพิแดนซ์ลงมาประมาณ 9 เท่าตัว จึงเรียกว่า 9:1 un-un เพราะสายอากาศแบบเส้นเดียวที่เราเอามาต่อกับมันจะถูกตัดให้มีอิมพิแดนซ์สุง (ราว 450-550 โอห์ม คือความยาวประมาณ "เกือบๆ ครึ่งความยาวคลื่น หรือจำนวนเต็มของครึ่งความยาวคลื่นที่ต้องการใช้) แล้วลดลงมา 9 เท่าตัว ให้ใกล้เคียง 50 โอห์มที่เราจะสามารถต่อเข้ากับสายนำสัญญาณแบบแกนร่วม (coaxial) 50 โอห์มได้ หลายคนอาจจะเคยพันกันมาบ้าง แต่คราวนี้เราจะเอาวงจรทางไฟฟ้ามาให้ดูกันว่าสายทองแดงในเจ้า un-un 9:1 นี้มันต่อกันอย่างไร
ในภาพ เป็นวงจรของ un-un แบบ 9:1 ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือการสร้างหม้อแปลงที่มีอัตราส่วนการพันขดลวดเป็น 1:3 โดยด้านที่ "เห็น" ว่าพันมากรอบกว่า จะต่อกับเส้นลวดสายอากาศ และ ด้านที่ "เห็น" ว่ามีขดลวดพันอยู่น้อยรอบกว่าจะต่อกับสายนำสัญญาณแบบแกนร่วม ความต้านทานจำเพาะ 50 โอห์ม
ดูรูปล่างในภาพประกอบบทความ จะเห็น จุด (dot) สีน้ำเงิน กำกับอยู่ที่ด้านบนของขดลวด AB, CD, EF แต่ละขด จุดเหล่านี้แสดงทิศทางของศักดาที่จะเกิดขึ้นเทียบกับขดอื่น หรือพูดง่ายๆ คือทิศทางการพันขดลวดนั่นเอง (อธิบายให้ละเอียดได้ด้วยทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยกฏของแอมแปร์-แมกซ์เวลล์ และ กฏของฟาราเดย์ แต่จะยาวไป)
นั่นคือ ขดทั้งสามนี้ต้องพัน "ทิศเดียวกัน"
ดูภาพบน คือ
- ด้าน ECA จะเข้าพันด้านเดียวกัน ไปในทิศเดียวกัน ไปสิ้นสุดที่ปลาย FDB ตามลำดับ (การพันแบบนี้เรียกว่า trifilar คือเป็นเส้นลวดสามเส้นพันไปด้วยกัน)
- แล้วก็เอา ปลาย E ต่อกับ D เป็นขาออกไปแกนกลางของ coaxial
- ปลาย C ต่อกับ B
- ปลาย F เป็นกราวด์ของ Coaxial และ
- เอาสายอากาศ Long wire มาเข้าที่ ปลาย A
การนำไปใช้งาน
หลักการนำไปใช้ง่ายๆ ก็คือการต่อสายอากาศให้กับปลายของ un-un โดยคาดคะเนว่าจะมีความต้านทาน (Radiation resistance) ราม 400-600 โอห์ม (ไม่ต้องเป๊ะ เพราะอย่างไรแล้วเราก็ต้องจูนมันอีกที) ความยาวของสายที่นำมาต่อเพื่อให้ได้ความต้านทานดังกล่าจะเป็นความยาว "เกือบ ครึ่งคลื่น (หรือเกือบหนึ่งความยาวคลื่น หรือเกือบหนึ่งความยาวคลื่นครึ่ง หรือเกือบสองความยาวคลื่น... อย่างนี้เรื่อยไป) เพราะถ้าเป็นหนึ่งในสี่ความยาวคลื่นแล้วความต้านทานจะต่ำเกินไป (ราว 40-70 โอห์ม) และถ้าเป็นลงครึ่งความยาวคลื่นพอดีก็จะมีความต้านทานสูงเกินไป (1,000 - 3,000 โอห์ม หรือมากกว่า) ที่เราไม่ต้องการ ภาพล่างเป็นความยาวที่ควรหลีกเลี่ยงและความยาวที่ควรใช้
ความยาวที่ควรใช้ (เส้นแนวตั้งสีแดง) ของสายอากาศแบบ random wire ที่ต่อด้วย un-un 9:1
ตัวอย่างการติดตั้ง
สายอากาศแบบ long wire หรือจะเรียกว่า random wire (จะว่าไป ก็ไม่สุ่มเท่าไรนะ เพราะว่าเรามีความยาวหลายความยาวที่จะต้องหลีกเลี่ยงอยู่เหมือนกัน) ติดตั้งได้ง่ายเพราะจุดป้อนอยู่ด้านใดด้านหนึ่ง สามารถเลือกเอาไว้ใกล้ตัวบ้านหรือสถานีได้ แต่ข้อแนะนำก็คือเนื่องจากสายอากาศแบบนี้เป็นสายอากาศแบบที่เราไม่ได้จูน (un-tuned antenna) ดังนั้นอิมพิแดนซ์ปลายทาง (ด้านขาออกของหม้อแปลง 9:1) อาจจะไม่ได้ใกล้เคียง 50 โอห์มมากนัก (เช่นอยู่ในช่วง 25-100 โอห์ม) ดังนั้นผู้ใช้จึงควรจูนอิมพิแดนซ์ให้กับมันอีกครั้งหนึ่งด้วย ATU (Antenna Tuner Unit) ก่อนการต่อเข้าเครื่องวิทยุ (ถ้าเป็นการรับอย่างเดียวนั้นไม่เป็นปัญหา พอต่อเข้าไปเลยเพื่อรับฟังได้ แต่ในการส่งนั้นแนะนำให้ใช้ ATU เข้าร่วมด้วย
ตัวอย่างการติดตั้งสายอากาศแบบ Long/Random wire
หลังจากอ่านบทความนี้ นอกจากเราจะพันหม้อแปลง un-un 9:1 เป็นแล้ว เราก็ยังเข้าใจการทำงานของมัน รวมทั้งการนำไปใช้งานอีกด้วยนะครับ
HS0DJU/KG5BEJ (จิตรยุทธ จุณณะภาต)
