วันอังคารที่ 17 กันยายน พ.ศ. 2562

การสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณ (ตอนที่ 2)


ในบทความที่แล้ว (การสูญเสียกำลังในสาย​นำสัญญาณ (ตอนที่ 1)) เราได้ทราบว่าสายนำสัญญาณนั้นมีการสูญเสียพลังงานหรือกำลังของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มันส่งผ่านจากปลายข้างหนึ่งไปยังปลายอีกข้างหนึ่ง และรู้ว่าการสูญเสียนั้นมาจากส่วนใดบ้าง บาทคราวนี้เราจะมาดูว่าสายนำสัญญาณ ชนิดที่เราใช้กันบ่อยๆ ทีการสูญเสียเท่าใดและเราจะคำนวณมาได้อย่างไร

ธรรมชาติของการสูญเสียในสายนำสัญญาณกับความยาว

ถ้าเราวาดกราฟความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานที่เหลืออีกด้านหนึ่งของสายนำสัญญาณและความยาวของสายนำสัญญาณ เราจะเห็นเป็นเส้นโค้ง ตามภาพที่ 1

ภาพที่ 1 พลังงานที่เหลือจาก
สายนำสัญญาณที่ความยาวต่างๆ

สาเหตุที่ ความสัมพันธ์นี้มีลักษณะเป็นเส้นโค้งเพราะการสูญเสียเป็นสัดส่วนของพลังงานตั้งต้นกับความยาวของสายนำสัญญาณ พลังงานจะลดลงเรื่อยๆ แต่เป็นไปไม่ได้ที่พลังงานจะลดลงจนเป็นศูนย์


วิดิโอ 1 ความสัมพันธ์ระหว่าง
พลังงานที่เหลือกับความยาว
ของสายนำสัญญาณเป็นเส้นโค้ง

การสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณชนิดต่างๆ

ตารางที่ 1 แสดงความสูญเสียในสายนำสัญญาณชนิดต่อความยาว 100 เมตร ซึ่งจะเห็นได้ว่าถ้าสายนำสัญญาณมีขนาดใหญ่ขึ้นการสูญเสียก็จะน้อยลง แต่เมื่อความถี่สูงขึ้นการสูญเสียจะมากขึ้น


ตารางที่ 1 การสูญเสียในสายนำสัญญาณ
แต่ละชนิดที่ความถี่ต่างๆ (MHz) 
ต่อความยาว 100 เมตร

ค่าที่เป็น dB คืออะไร

จากตัวเลขอัตราการสูญเสียกำลังในสายนำสัญญาณมักบอกเป็น dB ซึ่งเป็นวิธีบอกอย่างหนึ่ง  เพราะที่จริงจะบอกเป็นร้อยละหรือสัดส่วนก็ได้เหมือนกัน  ตัวเลขที่เป็น dB เป็นการเปรียบเทียบระหว่างกำลังไฟฟ้าขาเข้าที่ปลายด้านหนึ่งกับกำลังไฟฟ้าขาออกของสายนำสัญญาณที่ยาว 100 เมตร คำนวณได้ดังนี้

การสูญเสีย (Loss) = 10 log (กำลังขาเข้า / กำลังขาออก)

ตัวอย่างเช่น ถ้า กำลังขาเข้าคือ 10 วัตต์และขาออกเป็น 5 วัตต์ จะคำนวณการสูญเสียได้เป็น
Loss = 10 x log (10/5) = 3dB / ความยาว 100 เมตร

เราสรุปการสูญเสียในหน่วย dB และอัตราส่วน ได้ตามตารางที่ 2 ซึ่งจะเห็นว่าทุก 3 dB ที่เพิ่มขึ้นการสูญเสียจะมากขึ้น 2 เท่าตัว


ตารางที่ 2 การสูญเสียในหน่วย
dB และอัตราส่วนการสูญเสีย

การสูญเสียในสายนำสัญญาณที่ความยาวต่างๆ

แล้วถ้าสายนำสัญญาณยาวไม่พอดี 100 เมตรล่ะ เราจะคำนวณอย่างไร ถ้าเราคำนวณแบบเชิงเส้นจะค่อนข้างยุ่งยาก แต่ถ้าคำนวณแบบลอกการึธึมจะง่ายขึ้น (นี่คงเป็นเหตุผลหลักที่บอกความสูญเสียในหน่วย dB)

ตัวอย่างที่ 1
ถ้าสายนำสัญญาณยาวกว่า 100 เมตร
เช่น สายนำสัญญาณที่สูญเสีย 3dB/100 เมตร ยาว 150 เมตร จะสูญเสียเป็น
(150/100) x 3dB = 4.5dB
จากนั้น คำนวณการสูญเสีย
Loss = 10^(4.5/10)  = 2.818 เท่าตัว
( ^ คือเครื่องหมาย ยกกำลัง)
นั่นคือ ถ้าป้อนกำลังส่งเข้าที่ด้านหนี่งของสายนำสัญญาณ 10 วัตต์ จะได้กำลังขาออกเป็น 10/2.818 = 3.54 วัตต์

(ถ้าใช้เครื่องคิดเลข กดปุ่ม 10^x คือ anti-logarithmic ก็ได้ ดูวิดิโอ 2)


วิดิโอ 2 การใช้เครื่อง
คิดเลขเพื่อหา anti-log

ตัวอย่างที่ 2
สายนำสัญญาณที่สูญเสีย 4.5dB/100 เมตร ยาว 15 เมตร จะสูญเสียเป็น
(15/100) x 4.5 = 0.675dB
จากนั้น คำนวณการสูญเสีย
Loss = 10^(0.675/10)  = 1.168 เท่าตัว
นั่นคือ ถ้าป้อนกำลังส่งเข้าที่ด้านหนี่งของสายนำสัญญาณ 10 วัตต์ จะได้กำลังขาออกเป็น 10/1.168 = 8.56 วัตต์

หลังจากนี้ เพื่อนๆ ก็จะสามารถคำนวณการสูญเสียในสายนำสัญญาณได้ถูกต้องแล้วนะครับ พบกันใหม่ในบทความหน้านะครับ
73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต)