วันพฤหัสบดีที่ 12 สิงหาคม พ.ศ. 2564

กิจกรรมพูดคุย HF Propagation

เมื่อวันที่ 28 กรกฎาคม 2564 เวลา 20:00-21:00 น. ที่ผ่านมา ชมรม The DXER (สัญญาณเรียกขาน E20AE) ได้เปิดห้อง Zoom ให้เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นที่สนใจเข้ารับฟัง พูดคุย เกี่ยวกับการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่ HF โดยมีวิทยากรคือคุณจิตรยุทธ (HS0DJU) และคุณสุพจน์ (E25JRP) มีเพื่อนๆ สนใจเข้ารับฟังเกือบ 50 ท่าน ชมรมฯ ขอขอบคุณเพื่อนๆ ที่ให้ความสนใจ และจะจัดกิจกรรมดีๆ เช่นนี้ในโอกาสต่อไปครับ 


วันพุธที่ 11 สิงหาคม พ.ศ. 2564

ดวงอาทิตย์กับการสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุ


ขอบคุณภาพประกอบจาก NASA

โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต HS0DJU 

ดาวฤกษ์ (star) ที่ใหญ่ที่สุดและใกล้ตัวเราที่สุด เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานมหาศาลที่ช่วยให้ชีวิตบนดาวเคราะห์ (planet) อย่างโลกของเราดำรงอยู่ได้ ก็คือดวงอาทิตย์ในสุริยจักรวาลของเรานี้เอง จริงๆ แล้วดวงอาทิตย์เป็นเหมือนผู้ให้ทั้งคุณและโทษ แน่นอนว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกของเราคงอยู่ไม่ได้ถ้าไม่มีดาวฤกษ์ดวงนี้ สิ่งมีชีวิตก็อยู่ไม่ได้ แต่ขณะเดียวกันด้วยพลังงานอันมหาศาลของดวงอาทิตย์ ก็สามารถเป็นภัยต่อสิ่งมีชีวิตได้เช่นกัน ยังโชคดีที่โลกของเรามีระบบป้องกันตัวเองอยู่บ้าง ทำให้เกิดสมดุลที่เรายังมีชีวิตกันอยู่ได้อย่างทุกวันนี้

ดวงอาทิตย์กับระบบสื่อสาร

นานๆ ครั้ง เราคงเคยได้ยินข่าวว่าการสื่อสารผ่านดาวเทียมบ้าง ด้วยคลื่นวิทยุบนพื้นโลกบ้าง อาจจะถูกรบกวนจากปรากฏการณ์ต่างๆ บนดวงอาทิตย์ โดยบางช่วงของปีอาจจะจะเกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เรียกว่า “พายุสุริยะ” ซึ่งจะรบกวนการสื่อสารของเรา บางครั้งรุนแรงขนาดทำให้กระแสไฟฟ้าในบางเมืองขัดข้องเลยก็เคยเกิดขึ้น เราค่อยๆ มาดูกันว่าคืออะไรนะครับ


Solar Flare หรือเปลวสุริยะ

เป็นการปล่อยพลังงานออกมาของดวงอาทิตย์เป็นระยะๆ จะเห็นเป็นเปลวพุ่งเหนือผิวดวงอาทิตย์


ภาพที่ 1 Solar Flare หรือเปลวสุริยะ
เกิดควบคู่กับบริเวณ Sunspot หรือจุดดับ
บนดวงอาทิตย์ (ที่จริงไม่ดับ เพียงแต่
ร้อนน้อยกว่าบริเวณรอบๆ เท่านั้น) จึงเห็น
ว่าสีไม่สุกสว่างเท่าบริเวณอื่น  บริเวณจุด
ดับนี้มีสนามแม่เหล็กสูงมาก จะเห็นว่า
เปลวจะโค้งวกกลับไปตามเส้นแรงแม่เหล็ก

ในภาพที่ 1 เปลวพวกนี้เรียกว่า Flare ซึ่งจะเกิดบริเวณใกล้ๆ กับ sun spot ซึ่งก็เกิดเป็นคู่ๆ (ดูภาพที่ 16 และคำอธิบายประกอบภาพในบทความเรื่อง ผลของชั้นบรรยากาศต่อการสื่อสารย่าน HF) สิ่งที่ตามมาคือ Solar flare แพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสารพัดความถี่ออกมาทั้ง RF ไปยันช่วงความถี่ของรังสีแกมม่าโน่นแหละ



ภาพที่ 2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในความถี่ต่างๆ
จะเห็นว่ากว้างมาก โดยแสงที่ตาเรามองเห็น
ได้ เป็นส่วนเล็กๆ ส่วนหนึ่งด้วย

จะเห็นว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกมาจากดวงอาทิตย์กินแถบความถี่กว้างมหาศาลมาก ท่านพระอาทิตย์เรียกได้ว่าเหมาเกือบหมด แต่ ที่มันมีผลกับการสื่อสารย่าน HF ของเราก็คือจาก UV และ X-ray จากดวงอาทิตย์  โดยส่วน UV ปลายๆ (เรียกว่า Extreme UV หรือ EUV) กับ X-ray แรงๆ ที่มาจากพระอาทิตย์เพราะมีเปลวหรือ flare นี้ ทำให้โมเลกุลของแก๊สในบรรยากาศชั้น F และ D-layer ของโลกแตกตัวเป็นอิเล็กตรอนกับโปรตรอนหนาแน่นมากๆ  ถ้าหนาแน่นระดับพอดีคือหนาเฉพาะในชั้น F จะเป็นผลดี แต่ถ้าประจุอิสระในชั้น D หนาแน่นมากไปด้วย ชั้น D จะดูดกลืนพลังงานของคลื่นวิทยุย่าน HF ไว้เสียหมดก่อนที่จะขึ้นไปถึงชั้น E และ F แล้วสะท้อนลงมา เรียกว่าถูกเตะตัดขาเสียก่อนก็ว่าได้  เมื่อเกิดเหตุการณ์แบบนั้นนรุนแรงมากจะเรียกว่า HF blackout คือการสื่อสารย่าน HF ไม่สามารถใช้งาน (จากการสะท้อนชั้นบรรยากาศ) ได้ 


ลมสุริยะ (Solar Wind)

โดยทั่วไปมักเกิด Solar Flare ก่อน ถ้า Solar flare รุนแรงก็อาจจะเกิด CME หรือ Coronal Mass Ejection ตามมา CME คือการที่ดวงอาทิตย์ปล่อยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าความเร็วสูงมากออกมาด้วยการเร่งของสนามแม่เหล็กขนาดมหาศาลของดวงอาทิตย์ ก็จะเป็นลมสุริยะหรือเรียกว่า Solar Wind (ถ้าลมแรงๆ ก็เป็นพายุสุริยะล่ะ)  

ภาพที่ 3 ภาพถ่ายเมื่อวันที่ 22 กันยายน 2011
ดย Jean-Pierre Brahic แสดงให้เห็น Solar flare
รุนแรงบริเวณ sunspot 1302 (ภาพของโลกถูก
เพิ่มลงไปเพื่อการเปรียบเทียบขนาดเท่านั้น)

ถ้าเราจะบอกว่าลมสุริยะเกิดขึ้นเพราะดวงอาทิตย์ "เก็บกด" ก็ว่าได้  เมื่อดวงอาทิตย์สะสมพลังงานไว้มากเข้า เมื่อถึงจุดหนึ่งมันก็ระเบิดพลังงานออกมา  ปล่อยมารร้าย  เอ๊ย ปล่อย พลาสมา ออกมา พลาสมาคืออนุภาคมีประจุ เกิดเมื่ออะตอมของธาตุได้รับพลังงานมาก ชิ้นส่วนของมันก็แตกออกจากกันเป็น อิเล็กตรอน โปรตรอน อนุภาคแอลฟา และสารพัดอย่างออกมา อนุภาคพวกนี้มีประจุไฟฟ้า ก็วิ่งๆๆๆๆ ตามเส้นแรงแม่เหล็กของดวงอาทิตย์มายังโลกด้วยความเร็วมหาศาล 


ภาพที่ 4 ลมสุริยะ (Solar Wind) คือปรากฏการณ์
ที่ดวงอาทิตย์ปล่อยอนุภาคมีประจุออกมารอบตัว
ส่วนหนึ่งจะวิ่งมาตามสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์
(ที่กำลังมหาศาล) มายังโลกของเรา โลกเรามีสนาม
แม่เหล็กที่คอยลดพลังงานและเบี่ยงเบนอนุภาค
เหล่านี้ลง เป็นการปกป้องตัวเองด้วย

พายุแม่เหล็กโลก (Geomagnetic storm)

เกิดเมื่อลมสุริยะรุนแรงกว่าปกติ ทำให้เหล่าอนุภาคมีประจุไฟฟ้า (ทั้งประจุบวกและลบ) ที่ปล่อยจากดวงอาทิตย์ (เรียกรวมๆ ว่า Coronal Discharge) มีจำนวนมากและพลังงานสูงวิ่งมาถึงโลก ประจุพวกนี้มีความเร็วสูงมากคือใช้เวลา 1-2 วันเท่านั้นก็มาถึงโลกแล้ว (อนุภาคพวกนี้ มีประจุไฟฟ้า และเรารู้อยู่แล้วว่าประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่จะทั้งสร้างสนามแม่เหล็ก)  ผลคือสนามแม่เหล็กโลกโดยรวมจะกระเพื่อม วูบวาบ คือถูกรบกวน   จึงมีผลกับ HF ความถี่ต่ำๆ การรบกวนของอนุภาคจากดวงอาทิตย์ที่กระทบสนามแม่เหล็กโลกจะทำให้เห็นเป็น ออโรรา ที่ขั้วโลกได้ 

ภาพที่ 5 ภาพจำลองการรบกวนสนนามแม่เหล็กโลก

ภาพที่ 6 ออโรรา (Aurora) 

ออโรราหรือปรากฏการณ์เรืองแสงเหล่านี้เกิดจากอนุภาคจากดวงอาทิตย์ทำปฏิกริยากับโมเลกุลของแก๊สในชั้นบรรยากาศโลก ทำให้เกิดการเรืองแสง ถ้าแก๊สเป็นออกซิเจนจะได้แสงสีเขียวและแดง ถ้าเป็นไนโตรเจนก็จะเกิดแสงสีน้ำเงินและม่วง เป็นต้น 

สรุปภาพรวม

ในการสื่อสารย่าน HF ความถี่ราว 14-30MHz ถ้าดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานออกมาพอสมควร (คือ มี sun spot มาก มีพลังงานออกมาในระดับที่เรียกว่า "เกิด Flare อ่อนๆ" จะทำให้ชั้นบรรยากาศ F ของโลกแตกตัวเป็นประจุอิสระมาก และทำหน้าที่สะท้อนคลื่นได้ดี  แต่ถ้ารุนแรงเกินไป ชั้น D ก็จะแข็งแรงและดูดซึมพลังงานไปเสียหมดก่อนคลื่นจะเดินทางขึ้นไปถึงชั้น F ได้ ด้านความถี่ 3-10 MHz นั้น ต้องระวังเรื่องความปั่นป่วนของสนามแม่เหล็กโลกแทน ถ้ารุนแรงมากจะไม่ดีต่อความถี่ช่วงนี้เพราะ D layer ที่หนาแน่นแข็งแรงก็จะดูดกลืนความถี่ช่วงนี้ได้มากกว่าช่วงที่สูงกว่าด้วยซ้ำไป  นั่นคือ

  1. เราอยากได้ Sun spot จำนวนมาก 
  2. เกิดการปล่อยพลังงานออกมา ระดับ flare แต่ไม่รุนแรง
  3. ไม่ชอบ flare รุนแรงระดับพายุสุริยะ โดยเฉพาะไม่ต้องการ CME

การสื่อสารช่วงความถี่ HF จึงเป็นภาพรวมของหลายสิ่งอย่างผสมกันค่อนข้างซับซ้อน  ความสนุกของเราอาจจะอยู่ตรงนี้ก็ได้นะครับ

73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต) 

วันจันทร์ที่ 26 กรกฎาคม พ.ศ. 2564

Pile Up คืออะไร


โดย คุณสุพจน์ พงษ์พรรณเจริญ (E25JRP)
บรรณาธิการ จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU) 

วิทยุสมัครเล่นมีหลายความถี่และหลายโหมดในการติดต่อสื่อสาร โหมดหนึ่งที่มีประสิทธิภาพสูงก็คือโหมด CW หรือที่เรียกกันว่ารหัสมอร์ส และด้วยความมีประสิทธิภาพสูงจึงติดต่อได้ไกลและมากมายหลายสถานีทั่วโลก การติดต่อนี้อาจจะเริ่มด้วยการ CQ เพื่อหาสถานีที่จะมาสนทนาด้วย จะเพื่อการทดสอบสายอากาศใหม่ เพื่อหาเพื่อนใหม่หรือแม้แต่คุยแก้เหงาก็ตาม 

หลายโอกาสเราจะได้ยินคำแปลกๆ พ่วงต่อท้าย CQ ในโหมด CW หรือรหัสมอร์สนี้ต่อท้ายสัญญานเรียกขานด้วย เช่น CQ DX, CQ EU, CQ NA, CQ TEST  โดยสิ่งที่เพิ่มเข้ามาจะเป็นตัวบ่งบอกความต้องการเฉพาะของการเรียกขานนั้นๆ (ทั้งหมดนี้ใช้การเคาะเป็นรหัสมอร์สนะครับ) 

  • CQ DX เป็นการบอกว่าผู้ CQ ต้องการติดต่อสถานีทางไกล มักหมายถึงสถานีนอกประเทศของตน
  • CQ EU คือต้องการติดต่อกับสถานีในทวีปยุโรป
  • CQ NA เป็นการบอกให้รู้ว่าผู้เรียกต้องการติดต่อกับสถานีจากอเมริกาเหนือ (North America) เท่านั้น เป็นต้น
  • CQ TEST เป็นการบอกให้รู้ว่าสถานีนั้นกำลังอยู่ระหว่างการแข่งขัน (TEST ย่อมาจาก contest หรือ แข่งขัน) 

ในบรรดาตัวพ่วงทั้งหลายนั้น ก็จะมี UP อยู่ด้วย โดยมักจะแจ้งไว้หลังสัญญานเรียกขานของสถานี เช่น CQ CQ DE AA1ABC AA1ABC UP ซึ่งหลายๆ คนมักจะงงว่า คำว่า UP นั้นหมายถึงอะไรและทำไมต้อง UP

Pile Up เพื่อนๆ สุมกองรวมกัน

การจะพูดถึงเรื่อง UP ก็คงหนีไม่พ้นที่จะพูดถึง Pile Up ควบคู่ไปด้วย คำว่า Pile Up แปลตรงตัวคือการเอาอะไรมากองๆ สุมๆ กันไว้ สถานการณ์ Pile up (สามารถใช้ว่า Pileup หรือ Pile-up ได้เช่นกัน) มักจะเกิดขึ้น เมื่อมีสถานีหายากปรากฏตัวขึ้นบนความถี่แล้ว CQ ให้โอกาสเพื่อนๆ ติดต่อเข้ามา ซึ่งเมื่อสถานีต่างๆ รู้ข่าว ก็จะพากันมาพยายามติดต่อด้วยทำให้สัญญานทับซ้อนกันจนไม่สามารถจับใจความได้ ยิ่งเป็นแบบนี้ทุกคนก็ยิ่งร้อนใจ ยิ่งพยายามส่งกันเร็วขึ้น ถี่ขึ้น แย่งกันแบบใครดีใครอยู่ (อันนี้ล้อเล่นนะครับ ก็มีจังหวะ มารยาทตามสมควรล่ะนะ)  สุดท้ายก็ไม่มีใครสามารถติดต่อกันได้เลยเพราะสัญญาณของสารพัดสถานีทับซ้อนกันหรือ Pile up ตามความหมายนั่นเอง 

แล้วจะฟังกันรู้เรื่องหรือ 

เมื่อเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ขึ้นก็มักจะไม่รู้เรื่องไงครับ โดยทั่วไป สถานีที่เรียกขานก็จะมีอยู่ 2 ทางเลือก

1. พยายามเลือกเอาเอง

หากมีสถานีเรียกขานซ้อนกันไม่มากนักก็รับมือกับ Pile up บนความถี่เดิมนั้น โดยการส่งเฉพาะตัวอักษรที่ตัวเองพอจะรับได้เพื่อเป็นการลดจำนวนผู้เรียกขานลงไปบางส่วนเหลือเฉพาะสถานีที่ต้องการ เช่น เมื่อมีการเรียกขานซ้อนเข้ามาจำนวนมาก สถานีต้นทางสามารถไม่สามารถรับสัญญานเรียกขานของใครได้แบบเต็มๆ แต่บังเอิญรับตัวอักษร RP ในสัญญาณเรียกขานได้ ก็ส่งเฉพาะตัวอักษร RP ออกไป  สถานีอื่นใดที่ไม่มี RP อยู่ในสัญญานเรียกขานจะหยุดความพยายามส่งสัญญาน เพื่อให้เฉพาะสถานีที่มีตัวอักษร RP ในสัญญานเรียกขานมีโอกาสติดต่อเข้าไป (ซึ่งก็อาจจะมีมากกว่า 1 สถานีก็เป็นได้ เช่น RP1ABC มาพร้อมกับ E25JRP และ ZZ7RPQ เป็นต้น)  เมื่อทำแบบนี้ ปริมาณสัญญานที่ทับซ้อนกันจะลดลงทำให้รับข้อความได้ง่ายขึ้น ซึ่งในครั้งนี้

เมื่อสามสถานีต่างส่งสัญญานเรียกขานเข้าไป สถานีต้นทางอาจจะรับได้มากขึ้น จาก RP เป็น RP1 สถานีต้นทางก็ส่งคำว่า RP1 กลับมา สถานีอื่นที่เหลือก็จะต้องหยุดออกอากาศ เพื่อให้ RP1ABC เป็นผู้ติดต่อก่อน เมื่อเสร็จแล้วก็จะเริ่มกระบวนการคัดกรองใหม่ซ้ำไปจนครบทุกสถานี (หรือจนหมดแรงไปเสียก่อน)

หากจะยกตัวอย่างเทียบกับการติดต่อด้วยเสียงก็คงจะเหมือนกับการทดสอบสัญญานประจำวันที่แต่ละสถานีก็จะพยายามเรียกขานสถานีควบคุมข่ายจนเสียงทับซ้อนกันไปหมด สถานีแม่ข่ายก็จะตอบกลับสั้นๆ ว่า "ลงท้ายด้วย ....” สถานีอื่นก็จะหยุดการออกอากาศเพื่อให้สถานีผู้ทำการทดสอบสัญญาณระบุเป็นผู้เรียกขานเข้าไปก่อนนั่นเอง

2. ใช้เทคนิค Split Mode

เป็นอีกวิธีหนึ่งในการรับมือกับ Pile up ก็คือใช้ Split Mode นั่นคือการออกอากาศที่ความถี่หนึ่ง แต่รับฟังที่อีกความถี่หนึ่ง หรือที่เราเรียกกันว่า UP นั่นเอง (ลักษณะเดียวกับ Duplex ที่สถานีทวนสัญญาณทั้งหลายทำงานอยู่นั่นแหละครับ แต่คราวนี้เราเป็นคนทำเอง) เช่น สถานี A ส่งสัญญาน CQ ที่ความถี่ 7.007 MHz โดยลงท้ายว่า UP เป็นการบอกว่าเขาจะไปรับฟังที่ความถี่สูงขึ้น หากเราซึ่งเป็นผู้ตอบเรียกกลับไปที่ความถี่ 7.007 MHz สถานี A จะไม่ได้ยิน เราต้องตั้งวิทยุของเราให้รับฟังสัญญานที่ 7.007MHz เอาไว้ แต่เมื่อเราออกอากาศตอบกลับ ให้เครื่องออกอากาศที่ความถี่ที่สูงขึ้นไป (เป็นที่มาของคำว่า UP คือ ผู้ CQ รับฟังที่ความถี่สูงขึ้น) เช่น 7.008 MHz เป็นต้น ซึ่งความถี่ในการส่งกลับนั้น เราจะต้องสุ่มทดลองเปลี่ยนไปเรื่อยๆ จนกว่าจะเจอ โดยจะรู้ได้ก็ต่อเมื่อเราส่งสัญญานเรียกขานไปแล้ว สถานี A ส่งสัญญานเรียกขานของเรากลับมา (ก็ต้องส่งกลับไปถึงเขาด้วยอะนะ) แปลว่าเราส่งสัญญานบนความถี่ที่ A มาแอบฟังอยู่พอดี เราก็ดำเนินการในการติดต่อต่อไป

การที่สถานี A ทำเช่นนี้ ก็เพื่อให้สถานีที่กำลังรุมตอบ CQ อยู่ ได้กระจายตัวกันออกไปทดลองตอบสถานี A ที่ความถี่ต่างๆ เพื่อลดปริมาณการทับซ้อนของสัญญาน ทำให้สถานี A สามารถรับข้อความได้ง่ายขึ้นนั่นเอง

เขา UP มา แล้วเราจะ UP ไป ตรงไหนดี

การที่สถานี A ที่เป็นผู้ CQ ออกอากาศด้วยการลงท้ายว่า UP ผู้ตอบจะไม่รู้ชัดเจนหรอกครับว่าสถานี A ไปคอยรับฟังอยู่ที่ความถี่เท่าไร เพียงรู้ว่าสูงขึ้นไป "ไม่กี่ KHz" (มักจะในช่วง 1-2 KHz) เท่านั้นเอง ให้ไปเดาเอาเอง (ในโหมด CW ถ้าเราเปลี่ยนความถี่ไปเพียง 100 Hz ก็รับกันไม่ได้แล้ว ทำให้ในความถี่ "ไม่กี่ KHz" อาจจะทำให้สถานี 10-20 สถานี กระจายๆ ออกจากกันได้) แล้วทำไมต้องทำเหมือนแกล้งกันด้วย จริงๆ ก็ไม่ได้แกล้งหรอกครับ แต่เพราะถ้ารู้แน่นอนว่าความถี่เท่าไร ทุกสถานีก็จะไปรุมกันอยู่ที่ความถี่นั้นจนสุดท้ายก็รับข้อความไม่ได้เลยอยู่เหมือนเดิม  เว้นแต่บางสถานีที่ CQ จะระบุชัดเจนว่า UP1 หรือ UP2 เขาก็มักจะไปอยู่ "แถวๆ นั้น"

ที่ร้ายกาจกว่านั้นก็คือ เมื่อผ่านไปซักระยะ หลายๆ สถานีก็จะเริ่มจับได้ว่าสถานี A ที่เรียก CQ แอบมารับฟังอยู่ที่ความถี่ไหน ก็จะเริ่มมาออรวมกันจนสถานี A รับข้อความไม่ได้ สถานี A ก็อาจจะเปลี่ยนความถี่ที่รับฟังเพื่อหนีไปอีก สถานีต่างๆ ก็จะต้องตามล่าค้นหากันใหม่อีกรอบ

ดังนั้น เพื่อให้สามารถสื่อสารกับสถานีที่เรียกขานแบบ UP ได้เราก็ต้องศึกษาคู่มือเครื่องวิทยุของเรา เพื่อให้สามารถใช้งาน Split Mode ได้อย่างคล่องแคล่วด้วยนะครับ จะได้ตามล่าสถานีหายากได้สนุกขึ้น และติดต่อกับสถานีหายากได้ครับ 

73 Bangkok CW Group / The DXER Clubstation 
(ขอบคุณภาพประกอบ: hamtoon.net)

วันพุธที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2564

ความต้านทานของสายอากาศมีที่มาอย่างไร



โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU)

สวัสดีเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นทุกท่านเลยนะครับ หลังจากที่หายไปนานไม่ได้เขียนบทความเรื่องต่างๆ เกี่ยวกับวิทยุสมัครเล่นเสียนาน ช่วงนี้มีเวลาว่างก็กลับมาคุยเล่นเหมือนเดิมนะครับ วันนี้นึกขึ้นได้ว่ามีเรื่องที่เรายังไม่ได้คุยกันคือ ความต้านทานของสายอากาศ

พวกเราเคยสงสัยไหมครับว่า ในขณะที่ทุกคนก็รู้ว่าสายอากาศนั้นมีความต้านทาน หน่วยของมันก็เป็นโอห์ม แต่เรากลับไม่สามารถเอาโอห์มมิเตอร์ไปวัดเพื่อหาค่าของอิมพิแดนซ์ของสายอากาศได้ เช่น ถ้าเราวัดอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศไดโพลด้วยโอห์มมิเตอร์ เราจะได้เป็น ∞ Ω หรือค่าสูงมากจนวัดไม่ได้ หรือถ้าวัดอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศโฟลเด็ดไดโพลด้วยโอห์มมิเตอร์ เราจะได้เป็น 0 Ω หรือเหมือนกับลัดวงจร ก็เพราะทั้งคู่ก็เห็นๆ อยู่ว่ามันเปิดวงจรและลัดวงจรอยู่เห็นๆ (ทางไฟตรง) ทั้งๆ ที่เป็นที่รู้กันว่าสายอากาศทั้งสองชนิดมีความต้านทานประมาณ 75 Ω และ 300 Ω ตามลำดับ (จริงๆ คือ 73.1 และ 120π Ω) แล้วมันอย่างไรกันเนี่ย ดูภาพที่ 1

ภาพที่ 1 สายอากาศแบบไดโพล (a) และ
โฟลเด็ดไดโพล (b) เมื่อวัดความต้านทาน
ด้วยโอห์มมิเตอร์จะได้ ∞ และ 0 Ω ตามลำดับ

รู้จักอิมพิแดนซ์ของสายอากาศขึ้นอีกนิด

ถ้าจะเรียกเกี่ยวกับความต้านทานของสายอากาศให้ถูกจริงๆ ก็คงต้องเรียกว่า อิมพิแดนซ์ของสายอากาศ และต้องเป็น "อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศ" ด้วย ที่เป็นอิมพิแดนซ์เพราะเป็นความต้านทานทางไฟกระแสสลับที่เฟสของโวลเตจและกระแสอาจจะไม่เป็นไปพร้อมกัน และที่ต้องบอกว่าเป็นที่จุดป้อน ก็เพราะในสายอากาศเดียวกันนี้ ถ้าเราเปลี่ยนจุดป้อนสัญญาณ ก็จะทำให้อิมพิแดนซ์ต่างไปได้ ดูภาพที่ 2

ภาพที่ 2 สายอากาศแบบไดโพล เมื่อเราขยับ
จุดป้อนสัญญาณจากตรงกลาง (a) เยื้อง
ไปเป็น (b) จะทำให้อิมพิแดนซ์เปลี่ยนไป

แล้วอิมพิแดนซ์ของสายอากาศมาจากไหนล่ะ

คราวนี้ยิ่งงงหนักขึ้นไปอีกว่าวัดด้วยโอห์มมิเตอร์ (ในภาพที่ 1) แล้วก็ไม่เห็นจะขึ้นใกล้เคียงกับค่าที่เขาว่ากันเลย ยังไม่พอเพราะเมื่อเปลี่ยนจุดป้อนแล้วอิมพิแดนซ์เปลี่ยนได้อีก แล้วอิมพิแดนซ์ที่ว่านี้มาจากไหนกัน  เลยขอย้อนไปเรื่องพื้นฐานการแปลงกำลังไฟฟ้าก่อนสักนิด เป็นหลักการเก่าแก่เดิมทีที่เรารู้จักกันดีนั่นล่ะ 

สมมติว่าเราป้อนโวลเตจ V ให้กับตัวต้านทาน R ทำให้มีกระแสไฟฟ้า I ไหลผ่าน ตามภาพที่ 3 กระแสที่ไหลผ่านความต้านทานนี้ มีค่ากำลังเป็น

P = IV = I2R = V2/R       ..................(1)

(คิดได้หลายวิธี แต่ได้คำตอบเป็นตัวเลขเดียวกันทั้งหมด)
โดย 
P เป็นกำลังไฟฟ้าหน่วย วัตต์ (W)
I เป็นกระแสไฟฟ้าหน่วย แอมแปร์ (A)
R เป็นความต้านทานไฟฟ้าหน่วย โอห์ม (Ω
V เป็นศักดาไฟฟ้าหน่วย โวลท์ (V) 

ภาพที่ 3 เมื่อเราป้อนโวลเตจให้กับ
ความต้านทาน จะมีกระแสไหล
และเกิดกำลังไฟฟ้า P ซึ่งจะหายไป
เฉยๆ ไม่ได้ ต้องเปลี่ยนเป็นรูปอื่น
ในกรณีนี้จะกลายเป็นความร้อน

ตามหลักของการสงวนพลังงานแล้ว กำลังไฟฟ้านี้จะหายไปเฉยๆ ไม่ได้ มันต้องแปลงไปเป็นรูปอื่น (ความร้อน แสง เสียง การสั่นสะเทือน สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า คลื่น พลังงานกล หรืออื่นๆ) ในกรณีนี้คือเป็นความร้อน ถ้าเราเอามือไปจับตัวความต้านทานก็จะรู้สึกได้ว่าร้อน 

สายอากาศก็เช่นเดียวกัน มันก็ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าที่เราป้อนให้มัน แต่เป็นการป้อนจากเครื่องส่งวิทยุไม่ใช่แบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายศักดาไฟฟ้า (voltage source) แบบในภาพที่ 3 และพลังงาน (หรือกำลังงาน ซึ่งคือพลังงานในหนึ่งหน่วยเวลา) ที่สายอากาศแปลงออกไปนั้นส่วนใหญ่จะไม่ได้อยู่ในรูปของความร้อน (สังเกตได้ว่า ถ้าเราลองไปจับสายอากาศหลังการใช้งาน มันก็ไม่ร้อน ตรงนี้ต้องเตือนดังๆ นะครับว่าอย่าไปจับตอนกำลังออกอากาศอยู่เด็ดขาดนะครับ) แต่แปลงไปอยู่ในรูป "คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า" เพราะโวลเตจที่เราป้อนให้กับขั้วของสายอากาศนั้นมีการเปลี่ยนแปลงขึ้นลงตาม "ความถี่" ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนบนโลหะที่ทำสายอากาศเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ประจุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา 

ทีนี้ สมมติว่า ถ้าความต้านทานของสายอากาศไดโพลเป็น ∞ Ω หรือเปิดวงจร กระแสไฟฟ้าจะไหลไม่ได้ ทำให้ I = 0 A กำลังงานที่แพร่กระจายออกไปต้องเป็น 0 วัตต์ หรือถ้าความต้านทานของสายอากาศโฟลเด็ดไดโพลเป็น 0 Ω สิ่งที่เกิดคือศักดาตกคร่อมขั้วสายอากาศคือ 0 โวลท์ และกำลังงานที่แพร่กระจายออกไปต้องเป็น 0 (วัตต์) อีก แล้วมันจะเอากำลังงานที่ไหนไปแปลงเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ล่ะ จริงไหมครับ ดูภาพที่ 4

ภาพที่ 4 ถ้าความต้านทานของสายอากาศ
เป็น 0 Ω (a) หรือ ∞ Ω (b) จะไม่สามารถแพร่
กระจายพลังงานใดๆ ออกไปได้ เพราะ P=0 วัตต์
กำลังทางไฟฟ้าที่ถูกดึงออกไปจากแหล่งจ่ายเป็นศูนย์

นั่นก็หมายความว่า ถ้าสายอากาศทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้แล้วล่ะก็ มันต้องมีความต้านทานทางไฟฟ้าอะไรอยู่ค่าหนึ่ง ที่ไม่ใช่ ∞ หรือ 0 Ω เพื่อจะได้แปลงพลังงานจากแหล่งจ่าย (กรณีนี้ก็คือเครื่องส่งวิทยุ) ไปเป็นกำลังคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแล้วแพร่กระจายไปได้นั่นเอง

ความต้านทานการแพร่กระจายคลื่น

ความต้านทานของสายอากาศที่ทำให้มันสามารถแปลงพลังงานจากพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้นี้เองที่เราเรียกว่า "ความต้านทานการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศ" เขียนแทนด้วย Rrad  (คือ Radiation Resistance) ความต้านทานนี้ในทางทฤษฎีเกิดจากแรงต้าน (Abraham-Lorentz force) ที่เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนที่วิ่งในโลหะตัวนำที่ทำสายอากาศ การต้านนี้ทำให้อิเล็กตรอนเสียความเร็ว คือเสียโมเมนตัมซึ่งคือพลังงานของมันไป พลังงานที่เสียไปก็กลายไปเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแพร่กระจายออกไปจากสายอากาศ นั่นเอง ดูภาพที่ 5

ภาพที่ 5 ความต้านทานการแพร่กระจายคลื่น
ของสายอากาศ จะมีค่าไม่เท่ากับ ∞ หรือ 0 Ω
ซึ่งความต้านทานนี้จะเป็นตัวแทนทางไฟฟ้า
ในการแปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงาน
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของสายอากาศ

อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศ

หลังจากที่เรารู้จักความต้านทานการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศว่ามีที่มาที่ไปอย่างไรแล้ว เราก็มาดูเพิ่มอีกหน่อยนะครับ ว่าที่จริงแล้ว ความต้านทานที่จุดป้อนของสายอากาศนั้นเป็นผลรวมของ ความต้านทานการแพร่กระจายคลื่น กับ ความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศ

Rant  = Rrad + Rohmic  ....................(2)

Rant  ความต้านทานที่จุดป้อนของสายอากาศ
Rrad  ความต้านทานการการจายคลื่นของสายอากาศ
Rohmic  ความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศ โดยทั่วไปมีค่าต่ำมากใกล้ 0 Ω 

ทั้งหมดมีหน่วยเป็น โอห์ม (Ω)  

ซึ่งโดยปกติแล้วความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศ (Rohmic) มักมีค่าต่ำมาก (เช่น 0.1 โอห์ม) เมื่อเทียบกับความต้านทานการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศ (Rrad) (เช่น 75 โอห์ม) ทำให้สัดส่วนของพลังงานที่สูญเสียไปเป็นพลังงานความร้อนในโลหะที่ใช้ทำสายอากาศนั้นต่ำมากเมื่อเทียบกับที่แปลงไปเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งก็แปลว่า "ประสิทธิภาพ (ในการแปลงพลังงาน) ของสายอากาศ (ส่วนมาก) มีค่าสูงมาก" นั่นเอง ส่วนมากก็เกือบๆ 100% นันแหละครับ (ก็ ที่เราไปจับที่ตัวโลหะของมันหลังการใช้งานแล้วไม่ร้อนนั่นแหละ ส่วนที่ร้อนบริเวณขดลวดอะไรนั่น ไม่เกี่ยวนะครับ ถือว่าเป็นส่วนของวงจรแมทชิ่ง ไม่ใช่ตัวสายอากาศเอง)  

หมายเหตุ

ประสิทธิภาพ (Efficiency) นี้เป็นเรื่องของการแปลงพลังงาน ว่าจากพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนให้สายอากาศจะกลายเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เท่าไร และกลายเป็นพลังงานรูปแบบอื่น (ส่วนมากก็คือความร้อนที่เราไม่ต้องการ เพราะเราไม่ได้กำลังทำหลอดไฟนี่นา) มากน้อยแค่ไหน ไม่ได้สนใจว่าทิศทางของพลังงานไปทางไหน ซึ่งสายอากาศที่บีบพลังงานไปในทิศทางเดียวจะมี เกน (Gain) ที่ดีกว่าสายอากาศที่แพร่กระจายคลื่นไปรอบๆ ตัวกว่า ซึ่งเป็นคนละประเด็นกัน

อิมพิแดนซ์ของสายอากาศขึ้นกับอะไร

ตอบแบบกำปั้นทุบดินอย่างไรก็โดนเนี่ย ต้องตอบว่าความต้านทานของสายอากาศ (หรือเรียกให้ครอบคลุมก็เป็น อิมพิแดนซ์ของสายอากาศ) โดยทั่วไปขึ่นกับ ขนาด รูปร่าง และการจัดวางชิ้นส่วนโลหะตัวนำไว้ใกล้จุดป้อนสัญญาณของสายอากาศนั้น นี่เราพูดถึงสายอากาศเดี่ยวๆ นะครับ เช่น ไดโพล โฟลเด็ดไดโพล โมโนโพล ยากิ-อูดะ ควอท เป็นต้น ยังไม่พูดถึงการเอามันมาต่อพ่วงเข้าด้วยกันเป็นพวงๆ ที่เรียกว่าการนำมา อาเรย์ กันนะครับ

คำนวณหาอิมพิแดนซ์ของสายอากาศได้ไหม

แน่นอนว่าเราสามารถคำนวณอิมพิแดนซ์ของสายอากาศได้  ถ้าคำนวณแบบตรงๆ ก็โดยใช้หลักการเสียพลังงานของอิเล็กตรอนที่เล่าให้ฟังไปก่อนนี้ แต่วิธีตรงๆ นี้แม้กับนักวิทยาศาสตร์หรือวิศวกรเองการคำนวณเช่นนั้นซับซ้อนมาก และยังต้องไปวุ่นวายกับเรื่องของ self-force หรือแรงที่กระทำภายในตัวเองของอิเล็กตรอนอีก (ถ้าจะให้เล่าเรื่องนี้ ต้องเขียนอีกสัก 3-4 บทความกันเลยล่ะครับ) ดังนั้นเรามักใช้วิธีอ้อมๆ หน่อย โดยการสมมติให้จุดป้อนกินกระแสค่าหนึ่ง ( Iant ) ว่ามีค่ากี่แอมแปร์ (ต้องเป็นหน่วย rms หรือ root mean square เพราะเรากำลังคำนวณพลังงานของสัญญาณรูปซายน์) แล้วคำนวณว่าสายอากาศนั้นจะแพร่พลังงานออกรอบๆ ตัวของมันในระยะไกล (เรียกว่า far-field) ในแต่ละมุมเป็นเท่าไร ซึ่งคำนวณได้ไม่ยาก เราก็คำนวณพลังงานที่ออกมาในทุกมุมในสามมิติ ( Ptotal )  ว่ารวมกันแล้วเป็นกี่วัตต์ จากนั้นอนุมานว่าการสูญเสียจากความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศหรือ Ohmic loss นั้นต่ำมาก แล้วคำนวณกลับว่าความต้านทานของสายอากาศเป็น

 Rrad = Ptotal / Iant2      .....................(3)

Ptotal  กำลังคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายจากสายอากาศหน่วย วัตต์ 
Iant    กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำของสายอากาศหน่วย แอมแปร์แบบ root mean square 
Rrad  ความต้านทานการแพร่กระจ่ายคลื่นองสายอากาศ หน่วย โอห์ม 

ดูภาพที่ 6  ซึ่งวิธีอ้อมนี้ ชีวิตก็จะดูง่ายขึ้นเยอะเลย


ภาพที่ 6 เราสามารถกำหนดกระแส I
(สีแดง) ให้กับสายอากาศ และหาลักษณะ
การแพร่กระจายคลื่นจากมัน (สีน้ำเงิน)
ซึ่งไม่ยาก จากนั้นคำนวณกำลังงานทั้งหมด
ที่ออกมาในสามมิติ (  Ptotal  ) และ
คำนวณกลับหา  Rrad  ได้ตามสมการ (3)

ส่วนสำหรับเราชาวนักวิทยุสมัครเล่น จะใช้โปรแกรมช่วยคำนวณด้านสายอากาศก็ได้ (เขาก็ใช้หลักการวิธีง่ายแบบที่บอกแหละครับ แบบยากไม่ไหวเหมือนกัน) หรือจะใช้เครื่องวิเคราะห์สายอากาศ วัดอิมพิแดนซ์ทางไฟฟ้าที่จุดป้อนของสายอากาศที่สร้างขึ้นมาตรงๆ เลยก็ได้ผลถูกต้องแน่นอนดี เอาไปทำงานอื่นเช่นแมทช์อิมพิแดนซ์ให้เท่ากับสายนำสัญญาณต่อได้

สรุป

  1. เราไม่สามารถใช้โอห์มมิเตอร์ วัดหาอิมพิแดนซ์หรือความต้านทานของสายอากาศ (ขณะที่มันทำงานในความถี่วิทยุ) ได้
  2. อิมพิแดนซ์หรือความต้านทานของสายอากาศขึ้นกับขนาด รูปร่าง และความถี่ที่ให้สายอากาศนั้นทำงาน
  3. อิมพิแดนซ์หรือความต้านทานของสายอากาศเปรียบเหมือนความต้านทานเสมือนในการแปรรูปพลังงานไฟฟ้ากระแส ไปเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
  4. อิมพิแดนซ์หรือความต้านทานของสายอากาศประกอบไปด้วย  Rrad  และ Rohmic  โดย Rant  = Rrad + Rohmic   
  5. โดยทั่วไป อิมพิแดนซ์ของสายอากาศ Rrad  จะมีค่าสูง เช่น 36, 75, 100, 300 โอห์ม ซึ่งสูงกว่าความต้านทานของโลหะที่นำมาทำสายอากาศ Rohmic มาก ทำให้สัดส่วนการเสียพลังงานไปในรูปความร้อนเนื่องจากความต้านทานของโลหะที่นำมาทำสายอากาศต่ำมากจนไม่ต้องนำมาคิดได้ ยกเว้นสายอากาศที่สั้นกว่าความยาวคลื่นที่ใช้มากๆ (เช่น HF Vertical) ที่มีอิมพิแดนซ์จุดป้อนต่ำมาก (ก่อนการแมทช์) เช่น 3-5 โอห์ม ซึ่งเราต้องทำระบบกราวด์ให้มีอิมพิแดนซ์ต่ำมากๆ ไม่เช่นนั้นระบบสายอากาศจะมีประสิทธิภาพต่ำมาก

เป็นอย่างไรบ้างครับ หวังว่าบทความเรื่องนี้จะทำให้เพื่อนๆ เข้าใจที่มาที่ไปของความต้านทานหรืออิมพิแดนซ์ของสายอากาศได้ดีขึ้น ว่ามีที่มาที่ไปอย่างไร มันแสดงเป็นตัวแทนของอะไร แล้วนะครับ จะได้เข้าใจเจ้าสายอากาศที่เราใช้งานกันอยู่ได้ดีขึ้น แล้วพบกันในเรื่องดีๆ ต่อๆ ไปนะครับ 

73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต)

วันศุกร์ที่ 21 พฤษภาคม พ.ศ. 2564

กิจกรรมพูดคุยเกี่ยวกับการใช้งานรหัสมอร์ส 20 พ.ค. 2564


โดย สุพจน์ พงษ์พรรณเจริญ (E25JRP) / จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU) 

ในช่วงเวลาที่มีการระบาดของเชื้อไวรัส Covid-19 นี้ ของชมรมคลับสเตชั่น The DXER (E20AE) พยายามหลีกเลี่ยงการรวมกลุ่มใหญ่ของสมาชิก หรือหากมีการรวมตัวกันก็จะปฏิบัติตามมาตรการป้องกันการแพร่ระบาด  อย่างไรก็ตามนอกจากการรวมตัวแล้ว เราก็ยังดำเนินกิจกรรมต่อเนื่องด้วยหนทางอื่นเช่นออนไลน์ ซึ่งนับว่าเป็นการหลีกเลี่ยงการแพร่เชื้อได้อย่างสมบูรณ์ 

คุณสุพจน์ พงษ์พรรณเจริญ (E25JRP)
ผู้ดำเนินรายการ ให้ความรู้กับเพื่อนๆ

เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2564 ที่ผ่านมา ชมรมคลับสเตชั่น The DXER โดยคุณสุพจน์ พงษ์พรรณเจริญ (E25JRP) ได้จัดเวทีเล็กๆ ผ่านระบบ Zoom เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับการใช้งานรหัสมอร์ส ซึ่งถือเป็นกิจกรรมต่อเนื่องจากกิจกรรม สอนการใช้งานรหัสมอร์สเบื้องต้น ที่ได้จัดขึ้นก่อนหน้า เรื่องที่ได้สนทนากัน เช่น

  • การ QSO ด้วยตัวย่ออื่นเพื่อให้การสนทนาเร็วขึ้น
  • การแก้ปัญหาเมื่อคู่สถานีรับสัญญาณเรียกขานผิด
  • ช่วง ถาม/ตอบ คำถามทั่วไปและแนะนำซอฟท์แวร์ที่ใช้ในการฝึกรหัสมอร์ส

หัวข้อหนึ่งของการคุยกันคือ รูปแบบการสนทนา (Protocol)

นำตัวอย่างรูปแบบการสนทนา (QSO protocol)
จริงให้เพื่อนๆ ชม และอธิบายการใช้งาน

มีเพื่อนให้ความสนใจเข้าร่วมกิจกรรมครั้งนี้หลายท่าน ต้องขอขอบคุณทุกท่านด้วยนะครับ

เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นที่สนใจ
เข้าร่วมกิจกรรม

สำหรับเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่น (ไม่จำเป็นต้องเป็นสมาชิกชมรมคลับสเตชั่น The DXER ก็ได้) ที่สนใจพูดคุยหรืออยากใช้งานรหัสมอร์ส (นักวิทยุสมัครเล่นทุกขั้นสามารถใช้ได้ ในความถี่ที่แต่ละขั้นได้รับอนุญาต ในย่าน VHF HF หรืออื่นๆ ก็ใช้โหมด CW หรือมอร์สได้ทั้งสิ้น) ก็ติดตามข่าวจากชมรม และ เฟซบุ๊กแฟนเพจ Bangkok CW Group  เราพยายามมีกิจกรรมดีๆ เช่นนี้ต่อไปนะครับ สำหรับคราวนี้ก็ต้องขอกล่าว  

73 แล้วพบกันครับ