วันอาทิตย์ที่ 10 ธันวาคม พ.ศ. 2560

อินเตอร์มอดดูเลชั่น (Intermodulation) คืออะไร


เพื่อนๆ ที่เป็นนักวิทยุสมัครเล่นมาได้สักระยะเวลาหนึ่ง อาจจะมีประสบการณ์ของการถูกรบกวนความถี่ในการใช้งานมาบ้าง ซึ่งมีทั้งตั้งใจและไม่ตั้งใจ ประเภทที่ตั้งใจเราคงไม่พูดถึงทางด้านวิชาการในที่นี้ แต่ข้ามไปในส่วนของการรบกวนที่ไม่ตั้งใจกันดีกว่า เช่น การใช้งานความถี่ใกล้เคียงกันมาก จนสัญญาณเบียดช่องข้างเคียง หรือ อยู่ดีๆ ก็มีเสียงจากสถานีวิทยุอื่นที่ไม่ได้อยู่ในช่วงของวิทยุสมัครเล่นด้วยซ้ำที่สามารถรับฟังได้อย่างชัดเจนในบางความถี่ของย่านสมัครเล่น เมื่อสอบถามเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นรุ่นพี่ก็อาจจะได้คำตอบว่าเป็น “สัญญาณม้อด” แต่อาจจะไม่เข้าใจจริงๆ ว่ามันคืออะไร ในบทความนี้เราจะพูดถึงเรื่อง “สัญญาณม้อด” ที่ว่านี้กัน

ก่อนอื่นต้องบอกก่อนว่าชื่อเต็มๆ ของสัญญาณม้อดที่ว่าคือ “อินเตอร์มอดดูเลชั่น” (Intermodulation) ที่บางคนเรียกว่า อินเตอร์ม้อด นั่นเอง โดยศัพท์แล้วอินเตอร์มอดดูเลชั่นหมายถึงการผสมระหว่างกันของคลื่นหลายคลื่นนั่นเอง

ว่ากันเรื่องพื้นฐานสักนิด

เมื่อเขียนมาถึงตรงนี้แล้ว ก็อดไม่ได้ที่จะเล่าถึงพื้นฐานของการสื่อสารซึ่งเป็นที่มาของคำศัพท์ของคำว่า intermodulation ซึ่งถ้าไม่เข้าใจอย่างแท้จริงแล้วก็อาจจะทำให้สับสนหรือเกิดความไม่เข้าใจได้ เนื่องจากคำที่เราใช้ในภาษาไทยว่า "ผสม" หรือ "ผสมสัญญาณ" เพียงคำเดียวนั้น ในความเป็นจริงแล้วมีรายละเอียดต่างกันไป ที่เราจะพูดกันในที่นี้คือการมอดดูเลท และการมิกซ์ (ที่จริง อย่าว่าแต่ภาษาไทยที่มีคำศัพท์น้อยกว่าภาษาอังกฤษราว 4 เท่าตัวเลย แม้เต่วงการวิศวกรรม วงการวิทยุสมัครเล่น เอง บางครั้งยังเลือกใช้คำที่ซ้ำซ้อน ไม่ถูกต้อง และ/หรือ ไม่ถูกความหมายก็มีมาก ตัวอย่างเช่น diplexer, duplexer เป็นต้น เอาไว้จะเขียนเล่าให้ฟังในโอกาสต่อไปนะครับ)

การมอดดูเลท (Modulation)

การผสมคลื่นแบบแรกที่เราจะพูดกันคือ การมอดดูเลท ในระบบสื่อสารด้วยวิทยุ (ที่จริง ก็รวมถึงด้วยวิธีอื่นด้วย เช่น ใยแก้วนำแสง ระบบดิจิตอล เป็นต้น) เราสามารถนำพาข่าวสาร เช่นเสียงพูด มอดดูเลท ลงในคลื่นความถี่และส่งไปในระยะไกลๆ ได้ก็ด้วยกรรมวิธีการผสมคลื่น ซึ่งเป็นคำเรียกแบบไทยๆ ที่จริงแล้วคือ “มอดดูเลชั่น” นั่นคือความถี่ขาออก (ผลที่ได้) ของวงจรมอดดูเลเตอร์จะขึ้นกับความถี่ขาเข้าที่ 1, ความถี่ขาเข้าที่ 2 และรูปแบบการมอดดูเลทนั้นๆ ว่าเป็นแบบใด  การผสมตามขนาดหรือ Amplitude Modulation (AM) ก็ให้สัญญาณขาออกอย่างหนึ่ง ในขณะที่การผสมตามความถี่หรือ Frequency Modulation (FM) ก็ให้สัญญาณขาออกอีกอย่างหนึ่ง การผสมตามแบบอื่นก็ให้ความถี่ขาออกต่างๆ กันไปตามแบบของมัน ดูรูปที่ 1

รูปที่ 1 การมอดดูเลทแบบ AM และ FM
ระหว่างความถี่พาหะ (รูปซ้ายบนสุด) และ
ความถี่เสียงพูด (รูปซ้าย ที่สองจากบนสุด)
เมื่อมองในมุมมองของความถี่ จะเกิดความถี่
แถบข้าง (sideband) ซึ่งเป็นส่วนที่เก็บ
ข้อมูลข่าวสารเช่นเสียงพูดเอาไว้


สรุปง่ายๆ ว่า ในการมอดดูเลท จะต้องมีความถี่ขาเข้าอย่างน้อยสองความถี่ และมีวิธีการมอดดูเลทว่าเป็นแบบใด ผสมตามอะไร เพื่อให้ได้สัญญาณขาออกไปใช้งานตามต้องการ

การมิกซ์ (Mixing)

นอกจากการมอดดูเลท (Modulation) แล้ว ยังมีการผสมคลื่นอีกรูปแบบหนึ่งที่มีวงจรแบบไม่เป็นเชิงเส้นเป็นผู้ทำการผสมคลื่น ที่เรียกว่าการมิกซ์ เมื่อเรานำคลื่นจำนวนสองคลื่น (เช่น ความถี่ f1 และ f2) เข้า มิกซ์ กันผ่านวงจรนี้ จะได้ผลออกมา 4 คลื่นคือ f1, f2, f1+f2, และ f1-f2 บางครั้งเราอาจจะใส่วงจรกรองความถี่เพื่อกำจัดบางความถี่ออกไปก่อนเอาไปใช้ก็ได้ ดูรูปที่ 2 ประกอบ

รูปที่ 2 การผสมคลื่นแบบ มิกซ์ (mix)
ระหว่างความถี่ f1 และ f2 จะได้ผลเป็น
f1, f2, f1+f2, f1-f2


ถ้าเราดูรูปที่ 2 ให้ดี  ถ้าเราสมมติว่า f1 เป็นคลื่นพาหะความถี่สูง (f1) และ f2 เป็นเสียงพูดที่ความถี่ต่ำกว่า แล้วนำมามาผสมกัน ผลลัพธ์จะเป็นคลื่นความถี่ f1, f2, f1+f2, f1-f2 ตามภาพ ซึ่งหากเราคัดกรองความถี่ต่ำ (เสียงพูด) f2 ทิ้งไป ผลที่ได้จะเหมือนกับการมอดดูเลทแบบ AM (Amplitude Modulation) ทุกประการเลย หรือพูดอีกทีได้ว่าเราสามารถดัดแปลง (กรณีนี้ คือโดยการกรองความถี่ต่ำทิ้งไป) ผลที่ได้จากการผสมคลื่น (mix) ก็จะได้/กลายเป็นวงจรมอดดูเลท (กรณีนี้คือเป็นแบบ AM) ไป  อย่างไรก็ตามตัวอย่างที่ยกมานี้เป็นกรณ๊เฉพาะหนึ่งเท่านั้น  ซึ่งโดยกรณีทั่วๆ ไปเราอาจจะพูดได้ว่า วงจรผสมคลื่น (mixer) อาจจะเป็นหรือไม่เป็นส่วนหนึ่งของวงจรมอดดูเลเตอร์ (modulator) ก็ได้

กลับมาเรื่องสัญญาณอินเตอร์มอดดูเลชั่น

เพื่อนๆ อาจจะสงสัยว่าทำไมผมต้องพาออกนอกเรื่องไปถึงการ modulation และ mixing ด้วย ก็เพราะการ “อินเตอร์มอดดูเลชั่น” ที่เรากำลังพูดถึงนั้นคือ “mixing” ต่างหาก เพราะถ้าดูแล้วเราจะเห็นว่ามันไม่ใช่การผสมตามความถี่ (frequency modulation) อย่างแน่นอน (จะได้เห็นต่อไป)
หรือสรุปง่ายๆ อีกทีก็คือ
  • mixing ทำได้ด้วยวงจรที่มีอุปกรณ์แบบไม่เชิงเส้น ไม่ต้องบอกรูปแบบว่าตามอะไร mix ก็คือ mix
  • modulation ต้องบอกรูปแบบด้วย ว่าผสมตามอะไร modulation ก็คือ modulation คนละอย่างกับ mix
  • แต่ บางครั้งเราอาจจะเรียก mixing ว่าเป็น intermodulation (ต้องมีคำว่า inter อยู่ด้วยนะ) ก็ได้ น่างงไหมล่ะครับ
มาดูอินเตอร์มอดดูเลชั่นกันดีกว่า

เอาล่ะครับ จำได้แล้วนะครับว่า intermodulation ก็คือ mix คราวนี้มาเข้าเรื่องจริงๆ เสียทีว่าเจ้าสัญญาณแปลกปลอมที่มาเข้าเครื่องวิทยุเป็นเสียงเพลงบ้างอะไรบ้างนั้นมีที่มาอย่างไร สิ่งแรกที่เราควรต้องรู้ก่อนก็คือความถี่คลื่นวิทยุที่เราใช้ติดต่อสื่อสารกันนั้นมักมีความถี่คู่ควบออกมาด้วย นั่นคือผลจากการผสม (ดูข้อ 3. ด้านล่างนี้) จะได้ผลออกมามากมายทีเดียว และกลไกที่เกิดขึ้นคือ
  1. สัญญาณตั้งต้นมีสองความถี่  ที่จริงมีมากกว่าก็ได้ แต่มันจะผสม (mix) กันทีละคู่เท่านั้น
  2. สัญญาณตั้งต้นทั้งสองความถี่นั้นมีความถี่คู่ควบ (harmonics) ของแต่ละอัน
  3. ทั้งความถี่หลัก และความถี่คู่ควบแต่ละคู่จะผสมกัน ได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นความถี่จำนวนมาก ในรูปแบบ f1 ผสม f2 => f1, f2, f1+f2, f1-f2
  4. เมื่อผลจากการผสมกัน ไม่ว่าจากความถี่หลักกับหลัก ความถี่หลักกับความถี่คู่ควบ หรือ ความถี่คู่ควบกับความถี่คู่ควบ เกิดไปตรงกับความถี่ที่เรากำลังรับฟังอยู่พอดี เราก็จะรับฟังได้ชัดเจน
ภาพที่ 3 แสดงผลที่เกิดขึ้นเมื่อมีคลื่นความถี่ f1 (และความถี่คู่ควบของมัน) และความถี่ f2 (และความถี่คู่ควบของมัน) อยู่ในอากาศ จะเกิดการผสมกัน (mix หรือ intermodulation) และได้ความถี่ลูกหลานออกมาหลายความถี่ ความถี่เหล่านี้ถ้าไปตรงกับความถี่ของเครื่องรับทำงานอยู่ เครื่องรับจะสามารถรับได้และไม่สามารถป้องกันได้ (ที่ภาครับ) เพราะความถี่มันถูกต้องตรงกัน

รูปที่ 4 แสดงผลลัพธ์ของการ mix/intermodulation
ทำให้เกิดความถี่ส่วนที่เป็นแรเงาทั้งหลาย
ถ้าความถี่เหล่านั้นไปตรงกับความถี่ภาครับ
ของเครื่องรับ ภาครับก็จะรับความถี่นั้นได้


ตัวช่วย

มีเจ้าของเว็บไซต์หลายเว็บที่ใจดี และทำเครื่องคำนวณแบบออนไลน์ในการหาความถี่ผลลัพธ์จากการ mix/intermodulation เอาไว้ ทำให้เราไม่ต้องค่อยๆ จิ้มเครื่องคิดเลขเอาเอง เราอาจจะทดลองพิมพ์คำว่า intermodulation calculator ลงในช่องค้นหาของ Google <คลิกที่นี่> ก็จะมีหลายเว็บให้ใช้ ตัวอย่างเช่นเว็บของ LA8OKA Martin <คลิกที่นี่> ซึ่งถ้าเราลองป้อนตัวเลขความถี่คำนวณดู จะได้ผลตามตัวอย่างดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 ถ้ามีเครื่องส่งที่มีความถี่คู่ควบต่างๆ
ค่อนข้างรุนแรง ส่งออกอากาศที่ความถี่
148 และ 151 MHz จะทำให้เกิด
ความถี่ intermodulation มากมาย
รวมทั้งที่ความถี่ 145MHz ด้วย


เราทำอะไรได้บ้าง

จะว่าไปแล้วกรณีที่เราถูกผู้อื่นรบกวนเราคงไม่สามารถทำอะไรได้มากนัก แต่ในทางกลับกันเราสามารถระวังส่วนของเราได้ คือ ลดความแรงของความถี่คู่ควบของความถี่ที่เรากำลังใช้งานให้มีขนาดเล็กที่สุดเพื่อไม่ให้ไปผสมกับความถี่อื่นใดและสร้างปัญหาให้กับผู้อื่น วิธีการก็คือ
  • ไม่ปรับแต่งเครื่องให้มีกำลังส่งสูงเกินกว่าที่ออกแบบไว้ เพราะเมื่อเครื่องส่งต้องทำงานด้วยกำลังสูงกว่าปกติก็จะกำเนิดความถี่คู่ควบออกมามากกว่าปกติ เราอาจจะวัดกำลังส่งได้สูงขึ้นแต่กำลังนั้นไปอยู่ในความถี่ส่วนอื่นที่ไม่ใช่ความถี่ที่เราใช้งานจึงไม่เกิดประโยชน์ในการสื่อสารของเรา
  • ดูแลวิทยุสื่อสารให้อยู่ในสภาพสมบูรณ์
  • ใส่วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (LPF: Low Pass Filter) เพื่อป้องกันไม่ให้ความถี่สูงซึ่งเป็นความถี่คู่ควบถูกส่งไปออกอากาศได้
สรูป
  1. การมิกซ์ (mix) และการมอดดูเลท (modulate) เป็นคนละอย่างกัน แต่ภาษาไทยไม่มีคำเรียกแยก เลยเรียกรวมๆ กันว่า "ผสม"
  2. การมิกซ์ (mix) มีเพียงอย่างเดียวเท่านั้น และผลที่ได้จากการมิกซ์คลื่นสองคลื่น f1 และ f2 คือ f1, f2, f1+f2, f1-f2
  3. ในทางตรงกันข้าม การมอดดูเลท (modulate) มีได้หลายแบบ เวลาจะมอดดูเลท ต้องบอกด้วยว่ามอดแบบไหน
  4. คำว่า อินเตอร์มอดดูเลชั่น (intermodulation) เป็นคำเฉพาะ ที่จริงแล้วหมายถึงการมิกซ์ (mix)
  5. เมื่อเครื่องส่งวิทยุ ส่งความถี่สองความถี่ออกมา ที่จริงแล้วมันไม่ได้มีแค่สองความถี่ แต่มีความถี่คู่ควบ (harmonics) ออกมาอีกเป็นจำนวนมาก ความถี่คู่ควบเหล่านี้ก็สามารถ mix/intermod กันเองได้ด้วย และได้ผล (ลูกหลาน) ออกมารบกวนเราได้
คราวนี้เพื่อนๆ ก็คงเข้าใจเกี่ยวกับการผสมของคลื่นและทำให้เกิดการรบกวนที่เรียกว่า intermodulation แล้วนะครับ แล้วพบกันในบทความหน้านะครับ สำหรับคราวนี้ต้องกล่าวคำว่า

QRU 73 de HS0DJU / KG5BEJ (จิตรยุทธ จุณณะภาต)