เรื่องหนึ่งที่ดูเหมือนเป็นประเด็นลึกลับซับซ้อนซ่อนเงื่อนตลอดมาสำหรับนักวิทยุสมัครเล่น และมีการพูดกันทั้งในและนอกความถี่ก็คือเรื่องของ VSWR ในความเป็นจริงแล้วเรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องยากแต่ต้องการการเข้าใจที่แท้จริง จะเรียกว่าเข้าใจแบบเผินๆ แล้วเอาไปประยุกต์ใช้ได้ทุกสถานการณ์นั้นอาจจะนำมาซึ่งความผิดพลาดได้มาก (อาจจะใช้ได้ในสถานการณ์จำเพาะแต่ไม่ทั้งหมด หรือใช้ไม่ได้ทั่วไปใน general cases นั่นเอง)
สิ่งหนึ่งที่เรารู้กันจากบทความต่างๆ ที่ผ่านไปเราจะสามารถหาค่าของ VSWR ได้ แต่อาจจะยังไม่เห็นภาพชัดว่ามันคืออะไร คราวนี้ผมเลยจะยกตัวอย่างให้เห็นชัดเจนยิ่งขึ้น สมมติว่าเราต่อสายนำสัญญาณที่มีอิมพิแดนซ์จำเพาะ 50 Ω และไม่มีการสูญเสีย (เป็นสายนำสัญญาณในอุดมคติ) เข้ากับโหลด (เช่น สายอากาศ) ขนาด 50 Ω เราจะเห็นว่ามี VSWR เป็น 1:1 และไม่เกิดการสะท้อน พลังงานทั้งหมดที่ออกมาจากเครื่องส่งจะถูกส่งไปยังสายอากาศทั้งหมด ดูภาพที่ 1
ภาพที่ 1 เมื่อ VSWR = 1:1 ไม่มีการสะท้อน คลื่นไม่กระเพื่อม
แต่นั่นก็มักไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้นจริงในการใช้งานตามปกติ ที่โหลดที่เราต่อมักจะไม่ได้มีอิมพิแดนซ์เท่ากับ 50 Ω (หรือเท่ากับอิมพิแดนซ์จำเพาะของสายนำสัญญาณที่เรานำมาต่อเชื่อม) เสมอไป ลองดูภาพที่ 3 สมมติว่าเราต่อโหลดที่มีอิมพิแดนซ์ 100 Ω เข้ากับสายนำสัญญาณที่มีอิมพิแดนซ์จำเพาะ 50 Ω ที่ไม่มีการสูญเสีย สิ่งที่เกิดขึ้นคือมีค่า VSWR = 2:1 และมีการสะท้อนกลับของคลื่นจากโหลดกลับไปยังแหล่งกำเนิดหรือเครื่องวิทยุของเรา
ภาพที่ 2 ค่า VSWR กับโวลเตจและกำลังที่สะท้อนกลับ
ภาพที่ 3 เมื่อ VSWR = 2:1 จะมีการสะท้อนกลับของโวลเตจ (และกำลังไฟฟ้า)
จากตารางที่ 2 เราจะเห็นว่าเมื่อ VSWR มีค่าเป็น 2:1 จะทำให้มีขนาดของการสะท้อนของโวลเตจเป็นประมาณ 33% (ขนาดของการสะท้อนของโวลเตจนี้เป็นคนละอย่างกับ gamma ในเรื่องทฤษฎีสายนำสัญญาณ และ การสะท้อนกลับไปจะมีเฟสเปลี่ยนไปมากหรือน้อยเท่าใด ขึ้นกับว่าโหลดนั้นเป็น capacitive หรือ inductive อย่างไร) นั่นคือสมมติว่าเราส่งโวลเตจจากเครื่องส่งด้วยศักดา 1 โวลท์ จะมีการสะท้อนกลับจากตำแหน่งของโหลด (คลื่นเส้นสีแดง วิ่งจากขวาไปซ้าย) กลับมารวมกับโวลเตจที่วิ่งไปด้านหน้า (คลื่นเส้นสีเขียว วิ่งจากซ้ายไปขวา) ที่บางตำแหน่งของสายนำสัญญาณจะมีศักดาสูงสุดเป็น 1.33 โวลท์ (คือ 1 โวลท์บวกด้วย 33%) และบางตำแหน่งจะมีศักดาต่ำสุดเป็น 0.66 โวลท์ (คือ 1 โวลท์ลบด้วย 33%) ทำให้มีอัตราส่วนของโวลเตจที่สูงที่สุดและต่ำที่สุดบนสายนำสัญญาณเป็น 1.33/0.66 = 2 เท่าและเป็นที่มาของค่า VSWR = 2:1 นั่นเอง
เกร็ดความรู้:
เมื่อมี "คลื่นนิ่ง" (Standing Wave) เกิดขึ้นในสายนำสัญญาณ จะทำให้เกิดการกระเพื่อมของโวลเตจที่ตำแหน่งต่างๆ บนสายนำสัญญาณนั้น (มีลักษณะเป็นคลื่นนิ่ง ตามชื่อของมัน) โดยมีบางจุดที่โวลเตจต่ำสุดและบางจุดที่โวลเตจสูงสุด แต่อย่างไรก็ตาม ต่อให้ค่า VSWR เป็น ∞:1 (infinity - ค่าสูงมาก เกิดขึ้นเมื่อเปิดหรือลัดวงจรที่ปลายสายนำสัญญาณ) ก็ตาม ค่าสูงสุดของโวลเตจที่เกิดขึ้นได้จะมีค่าไม่เกิน 2 เท่าของค่าปกติเท่านั้น
โดยสรุปอีกครั้งง่ายๆ คือ การสะท้อนที่โหลดกลับมายังแหล่งสัญญาณนี้ทำให้เกิด "คลื่นนิ่ง" บนสายนำสัญญาณ และมีส่วนที่สูงที่สุดและต่ำที่สุดของโวลเตจที่คงตัว คำนวณได้เป็นอัตราส่วนค่าหนึ่งที่เราเรียกว่า Voltage Standing Wave Ratio (อัตราส่วนคลื่นนิ่งของโวลเตจ) หรือ VSWR นั่นเองคราวนี้ก็น่าจะทำให้เพื่อนเข้าใจได้ดีขึ้นนะครับ สำหรับบทความหน้าเราจะมาพูดกันเรื่องสายนำสัญญาณที่มีการสูญเสีย ว่าจะเกิดอะไรขึ้นบ้าง
สำหรับคราวนี้ QRU 73 de HS0DJU/KG5BEJ (จิตรยุทธ จุณณะภาต)
