มุมยิงของสายอากาศในแนวระดับ



โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU)

เคยสังเกตไหมว่า บางครั้งเราใช้สายอากาศหน้าตาเหมือนๆ กัน (ที่จริง คล้ายกัน จะถูกต้องกว่า) สองต้นหรือมากกว่า แต่กลับรับ/ส่งสัญญาณกับคู่สถานีได้ต่างกัน บางครั้งก็ต่างกันนิดหน่อย (เช่น 1 S meter) บางทีก็ต่างกันมาก (เช่น 2 S meter ขึ้นไป)

ประสิทธิภาพของสายอากาศ

คำว่า "ประสิทธิภาพ" (Efficiency) ในทางวิศวกรรมคือควาสามารถในการแปลงรูปพลังงาน (บางทีก็เกี่ยว หรือไม่เกี่ยวกับการใช้งาน เพราะลักษณะการใช้งานมีหลากหลายมาก) ปกติแล้วสายอากาศทั่วไปมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูง ถ้าเป็น half-wave dipole อาจจะเกือบ 100% มีเพียงส่วนเล็กน้อยกลายเป็นความร้อน ถ้าเทียบกับหลอดไฟไส้ที่มีประสิทธิภาพเพียง 5% (เป็นแสงที่ตามองเห็น)  มอเตอร์ไฟฟ้าราวๆ 75% หม้อแปลงไฟฟ้า 98% ที่ก็ถือว่าสูงมากๆ แล้วเชียวยังแพ้สายอากาศของเรา (ลำโพงเสียงแบบกรวยกระดาษมีประสิทธิภาพประมาณ 3-5%  โซล่าเซลล์ประมาณ 15-18%  มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานต่ำมาก)

ด้งนั้นกำลังส่ง เช่น 10 วัตต์จากเครื่องส่งวิทยุ อาจจะมีส่วนหนึ่ง (เช่น 1-5%) สะท้อนกลับเนื่องจาก อิมพิแดนซ์ของสายอากาศไม่เท่ากับ 50 โอห์ม (ไม่เท่ากับความต้านทานจำเพาะของสายนำสัญญาณที่ป้อนสายอากาศนั้น) แต่ที่เหลือ 9.5 - 9.9 วัตต์ มันจะถูกสายอากาศแปลงเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกือบทั้งหมด

ทำไมสายกาศที่ดูคล้ายกัน รับ-ส่งได้ต่างกัน

สมมติว่าในที่นี้ เราสนใจสายอากาศแบบรอบตัว และ มีลักษณะทางกายภาพคล้ายๆกัน  เช่น สายอากาศยางสองต้น ที่ยาวใกล้เคียงกันแต่ไม่เท่ากัน  หรือ สายอากาศแบบชักที่ยาวใกล้เคียงกันแต่ไม่เท่ากัน  ในมุมยกจากมุมระนาบหนึ่งๆ สายอากาศแต่ละต้นจะส่งพลังงานจำนวน 9.5 - 9.9 วัตต์ นี้ไปในทิศทางรอบตัวเท่าๆ กัน ดูภาพที่ 1 ซึ่งเป็นผังการกระจายคลื่นในแนวรอบตัว (Azimuth) ของสายอากาศหนึ่ง

ภาพที่ 1 ผังการกระจายคลื่นในแนวรอบตัว

(Azimuth) สายอากาศแบบรอบตัว จะแพร่

พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเท่าๆ กัน

ไปรอบๆ ตัวมัน ในมุมจากแนวระนาบหนึ่งๆ

เช่นในภาพนี้ อาจจะเป็นแพทเทิร์นที่

มุมยก 10 องศา จากแนวระนาบ ก็ได้



ทีนี้ เวลาที่เราบอกอัตราขยายหรือเกน (Gain) ของสายอากาศ (ถ้าเขาไม่โกหกเรานะ) เขาจะบอกค่าสูงสุดที่ทิศใดทิศหนึ่ง รอบๆ ตัวของสายอากาศนั้น จะเป็นมุมยกสูง-ต่ำอะไร ทิศตะวันออก-ตก-เหนือ-ใต้ ไหนไม่สนใจ (แล้วก็มักจะไม่บอกเราด้วยสิว่ามันมุมไหน) ตัวอย่าง: สายอากาศที่มีเกนเท่ากัน ต้นหนึ่งอาจจะส่ง-รับคลื่นได้ดีในทุกทิศทางที่มุมยก 15 องศาจากแนวระดับ แต่อีกต้นหนึ่งอาจจะส่ง-รับคลื่นได้ดีในทุกทิศทางเช่นกันแต่ที่มุมยก 7 องศาจากแนวระดับก็ได้

คราวนี้มาลองดู การกระจายคลื่นในแนวระดับ (Elevation Pattern) ในภาพที่ 2 (ก) และ (ข)

ภาพที่ 2 ผังการกระจายคลื่นในแนวระดับ

(Elevation) สายอากาศที่เป็นแบบรอบตัว

เหมือนกัน มีเกนสูงสุดเท่ากัน แต่อยู่

คนละมุมยกจากแนวระนาบกัน

สายอากาศ (ก) มีเกนสูงสุดในมุมขึ้นฟ้า

สายอากาศ (ข) มีเกนสูงสุดในมุม 20 องศา



จากภาพที่ 2 จะเห็นว่า สายอากาศ (ก) มีเกนสูงสุดในมุมขึ้นฟ้า ในขณะที่สายอากาศ (ข) มีเกนสูงสุดในมุมที่ยกจากแนวระนาบประมาณ 20 องศา ถ้าเราใช้งานสายอากาศสองต้นนี้ ติดต่อกับสถานีที่อยู่ในมุมยกประมาณ 15 องศา (เส้นสีน้ำเงินในภาพ) จะเห็นว่าเกนของสายอากาศสองต้นนี้จะเป็น a และ b ตามลำดับ ซึ่งต่างกันมาก (อาจจะ 12-20 dB ได้)

โดยทั่วไป 1 S meter ที่ต่างกัน คือ 6dB หรือ 4 เท่าตัว สายอากาศสองต้นในภาพที่ 2 (ก) และ (ข) อาจจะให้ผลการรับต่างกัน 2-4 S meter ได้คือต้น (ข) จะให้ผลดีกว่า ซึ่งไม่ได้เกิดจาก "ประสิทธิภาพ" ของสายอากาศต้น (ก) ไม่ดี แต่เป็นเพราะมุมยิงจากแนวระดับที่ต่างกันนั่นเอง

สรุป
1. เกนของสายอากาศที่บอกไว้ เป็นเกนสูงสุดในทิศทางหนึ่งๆ เท่านั้น มันอาจจะไม่ได้อยู่ในทิศที่เราต้องการใช้งานก็ได้
2. สายอากาศที่มีลักษณะใกล้เคียงกัน ขนาดใกล้เคียงกัน แต่อาจจะได้รับการออกแบบให้มีมุมยิงจากแนวระนาบต่างกัน ทำให้ผลการใช้งานต่างกันได้
3. ผลการใช้งานที่ต่างกัน อาจจะไม่ได้หมายถึง "ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน" ที่ต่างกัน แต่เป็นเพราะทิศทางที่สายอากาศแพร่กระจายคลื่นต่างกัน

แล้วพบกันในบทความต่อไปนะครับ สำหรับวันนี้
QRU 73 de HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต)