กำลังส่งของเครื่องวิทยุ



คลื่นวิทยุที่เราใช้งานกันและสามารถเดินทางไปในอากาศ (หรือแม้แต่อวกาศ ซึ่งเป็นที่ว่างเปล่าไม่มัอะตอมของธาตุใดๆ อยู่) ได้ ก็เพราะมีพลังงานไฟฟ้าในรูปของคลื่นความถี่สูงที่วิ่งจากสายส่ง (transmission line) ที่ต่อจากตัวเครื่องมายังสายอากาศที่ทำหน้าที่แปลงรูปของพลังงานจาก "ไฟฟ้า" ให้เป็น "คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" และแพร่กระจายออกไป  พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเข้มข้นแค่ไหนย่อมขึ้นกับคุณสมบัติของสายอกาศที่ใช้และทิศทางที่เราสนใจ ขึ้นกับการสูญเสียในสายนำสัญญาณ และต้นทางที่สุดคือขึ้นกับกำลังส่งจากเครื่องส่งว่าเป็นเท่าไร

กำลังส่งของเครื่องวิทยุ

คราวนี้มาถึงเรื่องสำคัญที่เราน่าจะอยากรู้กัน ถ้าเป็นนักวิทยุขั้นต้นที่ใช้เครื่องวิทยุรับส่งแบบมือถือ หรือแบบติดตั้งประจำรถยนต์ที่ปรับแต่งอะไรมากนักไม่ได้ ก็จะใช้งานในย่านความถี่ VHF และเครื่องส่งทำงานได้ในโหมด FM (Frequency Modulation) เท่านั้น ซึ่งเครื่องก็จะบอกว่ามีกำลังส่งเท่าใด เป็นตัวเลขเดียวสำหรับโหมด FM นั้น เช่น 10 W FM เป็นต้น

แต่กับเครื่องส่งวิทยุที่ใหญ่ขึ้น หรือเรียกว่าเครื่องประจำที่ ไม่ว่าจะสำหรับทำงานในย่าน VHF หรือ HF ก็ตาม ก็มักจะมีโหมดการผสมสัญญาณออกอากาศอื่นนอกเหนือไปจาก FM เช่น AM (Amplitude Modulation), CW (Continuous Wave), SSB (Single Side Band), RTTY (Radioteletype) เป็นต้น และเราก็มักจะเห็นว่ามีสเป็คตัวเลขกำลังส่งหลายค่าในวิทยุเครื่องเดียวกันนั่นเอง ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น

เพราะ เครื่องส่งวิทยุประกอบไปด้วยวงจรต่างๆ สำหรับวงจรที่สำคัญที่เป็นตัวกำหนดความสามารถของกำลังส่งของเครื่องก็คือ "อุปกรณ์ภาคขาออก" (คือภาค output ไม่ว่าจะเป็นทรานซิสเตอร์หรือหลอดสูญญากาศก็ตาม) อุปกรณ์ระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์ภาคขาออก และอีกอย่างหนึ่งที่สำคัญคือ "ภาคจ่ายไฟ" ที่จะเป็นตัวบอกว่าเครื่องส่งนั้นมี "พลัง" มากน้อยแค่ไหน ถ้าอุปกรณ์ขาออกถ่ายและทนกำลังได้สูง รวมทั้งระบายความร้อนดี ภาคจ่ายไฟใหญ่โต เครื่องเหล่านี้ก็พร้อมที่จะมีกำลังส่งสูงและพลังสำรองสูงไปด้วย นอกจากนั้นยังขึ้นอยู่กับการออกแบบของภาคผสมสัญญาณและภาคส่งด้วย ทำให้กำลังที่ส่งออกอากาศได้นั้นต่างกัน

กำลังส่งของเครื่องในโหมดต่างๆ

ในการทำงานของเครื่องส่ง มันจะสร้างคลื่นไฟฟ้าส่งออกไปทางสายนำสัญญาณที่ต่อเข้ากับเครื่อง ถ้าเราอ่านสเป็คดูเราจะเห็นว่ากำลังส่งในโหมดต่างๆ กันมีค่าต่างกัน ลองมาไล่ดูทีละโหมดกันนะครับ

• CW เป็นโหมดมาตรฐานสำหรับเครื่องแบบ HF (และ VHF บางรุ่น) เมื่อคีย์ส่งออกอากาศ เครื่องส่งจะสร้างคลื่นหลักเพียงคลื่นเดียวส่งออกอากาศไปเต็มที่ โหมดนี้แสดง "ธาตุแท้" ของเครื่องได้เป็นอย่างดี เพราะเครื่องทำงานตลอดเวลาที่เรากดคีย์ส่งออกอากาศ เครื่องส่งบางเครื่องอาจจะทำ Power Output (CW) ได้ 100 วัตต์ เป็นต้น
• FM เป็นอีกโหมดหนึ่งที่ติดมากับแทบทุกเครื่อง กำลังส่งของมันจะพอๆ กันกับโหมด CW เพราะเครื่องทำงานตลอด เมื่อกดคีย์ส่งออกอากาศเครื่องส่งจะสร้างกำลังไฟฟ้าเต็มกำลังของเครื่องส่งออกอากาศไป เรียกง่ายๆ ว่าการกดคีย์เปล่ากับการกดคีย์แล้วพูดด้วยเครื่องจะส่งกำลังออกไปเท่ากัน
• RTTY เป็นอีกโหมดที่เครื่องส่งจะทำงานตลอดเวลา กำลังส่งที่เครื่องทำได้ก็ประมาณเดียวกันกับ CW
• AM เป็นโหมดที่เครื่องส่งจะต้องแบ่งกำลังออกไปอยู่ในคลื่นพาห์และ sideband ดังนั้นเมื่อเครื่องทำงานจะออกอากาศด้วยกำลังสูงสุดที่ต่ำลงมา โดยทั่วไปจะต่ำกว่า CW ราว 4 เท่า เช่นเหลือเพียง 25 วัตต์เนื่องจากการออกแบบ เป็นต้น
• SSB เป็นโหมดที่ใช้กันมากเช่นกันในย่านความถี่ HF ของวิทยุสมัครเล่น ที่จริงแล้วชื่อเต็มของโหมดนี้คือ SSB SC (Single Sideband Suppress Carrier) ซึ่งจะเป็นการเอาสัญญาณพาร์ (Carrier) ออกไปจากการออกอากาศ ดังนั้นการกดคีย์เปล่าในโหมดนี้จะไม่มีกำลังส่งออกไปจากเครื่องส่ง ต่อเมื่อเราพูดลงไปในไมโครโฟนเท่านั้น จึงจะมีการออกอากาศไป และกำลังที่ออกอากาศได้นี้จะเปลี่ยนไปตามความดังของเสียงและจังหวะการพูดของเราด้วย และเป็นที่มาของการวัดกำลังส่งที่ค่อนข้างสับสนนั่นเอง

กำลังส่งที่เราวัดได้ด้วยเครื่องมือวัด

เครื่องวัดกำลังส่งหรือเครื่องวัดอัตราส่วน

คลื่นนิ่ง (vswr meter) บางรุ่น

สามารถเลือกวัดกำลังแบบเฉลี่ย (AVG)
หรือกำลังสูงสุด (Peak, PEP) ได้

คราวนี้เรามาดูฟากเครื่องมือวัดกันบ้าง เชื่อว่านักวิทยุหลายคนมีเครื่องมือวัดกันทั้งสิ้น อาจจะมากหรือน้อยก็แล้วแต่ความสนใจและกำลังทรัพย์ที่จะมีกัน แต่อย่างน้อยก็คงมีเครื่องมือวัดที่เรียกว่า VSWR meter ใช้งานอยู่ด้วยเป็นแน่  ในเครื่องมือวัดอัตราส่วนคลื่นนิ่งในระบบนี้ ก็มักจะสามารถวัดกำลังของคลื่นวิทยุได้ และถ้าสังเกตให้ดีอาจจะเห็นปุ่มที่เขียนว่า PEP/AVG อยู่บนตัวเครื่องวัดนั้น

หมายเหตุ
ขอให้สังเกตว่า เรื่องของ Pavg ที่เราวัดได้จากเครื่องส่งนี้ เป็นคนละอย่างกับ "กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย (Pavg)" ในเรื่อง "เรื่องยุ่งๆ ของค่า RMS และกำลังไฟฟ้า"

สำหรับนักวิทยุที่เป็นขั้นกลางขึ้นไป (หรือนักวิทยุที่เป็นขั้นต้นอยู่ ก็สามารถปรึกษาเพื่อนๆ ได้ หรือจะแวะชมสอบถามที่ ชมรม The DXer clubstation E20AE ก็ได้) ก็จะมีโอกาสได้ออกอากาศในโหมดอื่นนอกจาก FM อยู่บ่อยครั้ง และถ้าเราวัดกำลังส่งของเครื่องส่ง เราจะเห็นกำลังต่างๆ กัน ดังสามารถแสดงในภาพได้ต่อไปนี้



ภาพที่ 1 สัญญาณออกอากาศแบบ CW

เมื่อคีย์ออกอกาศ เครื่องมือวัดจะวัด Ppep

และ Pavg ได้ค่าเท่ากัน (กับ FSK

และ RTTY ก็เป็นแบบนี้เหมือนกัน)

 

ภาพที่ 2 การผสมสัญญาณแบบ FM

เมื่อกดคีย์ออกอากาศ ไม่ว่าจะพูดอะไร

หรือไม่ก็ตาม เครื่องวัดกำลังส่งจะวัดกำลัง

Ppep และ Pavg ได้เท่ากัน

 

ภาพที่ 3 ในโหนดการส่งแบบ SSB SC ถ้า

กดคีย์ออกอากาศแต่ไม่พูดอะไร เครื่องวัดกำลังส่ง

จะวัดได้ 0W แต่หากพูดใช้งานตามปกติ เครื่อง

จะวัด Pavg ได้ต่ำกว่า Ppep ราว 2-3 เท่า

 

ภาพที่ 4 การผสมคลื่นแบบ AM จะวัด Ppep

ได้ตามความดังของเสียงที่เราพูดเข้าไปและวัด Pavg

ได้ตามเสียที่พูดและการ modulation

 

จะเห็นว่า การออกอากาศด้วยโหมด CW, FM, FSK, RTTY เหล่านี้ เครื่องส่งจะทำงานเต็มที่ในขณะที่กดคีย์ออกอากาศ และเครื่องมือวัดกำลังส่งจะวัดได้เท่ากันทั้งการตั้งวัดแบบ Peak Envelope Power (PEP) ซึ่งเป็นกำลังส่งสูงสุดในชั่วขณะใดขณะหนึ่ง และ Average Power (AVG) ซึ่งคือกำลังส่งเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่ง (อาจจะ 0.1 - 0.5 วินาที) ดังแสดงในภาพที่ 1 และ 2

ในโหมด SSB SC (Single Sideband Suppress Carrier) แล้ว เมื่อเรากดคีย์ออกอากาศเฉยๆ แต่ไม่พูดอะไร เครื่องส่งจะไม่ส่งกำลังออกอากาศ ไม่มีแม้แต่คลื่นพาห์ (เพราะเรา Suppress Carrier ออกไป) และเมื่อเราพูด เครื่องส่งจะออกอากาศไป โดยเครื่องวัดกำลังส่งแบบ PEP จะวัดกำลังสูงสุดในแต่ละขณะได้สูงกว่ากำลังแบบเฉลี่ย (AVG) อยู่ในอัตราส่วน 2:1 ถึง 3:1 ทั้งนี้ขึ้นกับเสียงที่พูด การเว้นวรรคการพูด เป็นต้น (ดูภาพที่ 3)

ในการส่งแบบ AM เมื่อคีย์ออกอากาศโดยไม่พูด เครื่องจะวัด Peak Envelope Power (PEP) และ Average Power (AVG) ได้ค่าเท่ากัน และเมื่อเราพูดค่าทั้งสองนี้จะต่างกันและขึ้นกับลักษณะเสียงและการเว้นช่วงต่างๆ ของผู้พูดด้วยเช่นเดียวกับในโหมด SSB (ดูภาพที่ 4)

วงจรสำคัญของ PEP

ภาพที่ 5 ส่วนสำคัญของเครื่องวัดที่ทำให้สามารถ

วัดค่า Peak Envelope ได้ก็คือวงจร "คงค่า"

(peak hold) สูงสุดเอาไว้ได้ ก็จะเก็บไว้นานพอ

ที่เราจะอ่านกำลังส่งสูงสุดในช่วงนั้นได้



ในเครื่องวัดกำลังที่สามารถวัดค่า Peak Envelope Power ได้ จะมีวงจรสำคัญคือ Peak hold circuit ที่สามารถคงค่าสูงสุดเอาไว้ได้ แม้ค่าสูงสุดนั้นจะเกิดในช่วงเวลาที่สั้นมากๆ ก็ตาม ทำให้เครื่องสามารถแสดงค่าสูงสุดนั้นได้แม้เพียงสักช่วงเวลาหนึ่งให้เราสามารถอ่านค่าได้ ก็เพียงพอแล้ว

ก็คงพอจะทำให้เพื่อนๆ หายสงสัยเกี่ยวกับค่าที่วัดได้จากเครื่องวัดกำลังส่งแบบ PEP และ AVG กันนะครับ
ไว้พบกันในเรื่องหน้านะครับ สำหรับคราวนี้
QRU 73 de HS0DJU/KG5BEJ (จิตรยุทธ จุณณะภาต)