VSWR สำคัญ แต่ไม่ใช่ทั้งชีวิตของนักวิทยุสมัครเล่น ส่วนใหญ่แล้วค่าที่ไม่ต่ำมากก็ไม่ได้ถึงกับทำให้ " ใช้งานไม่ได้ " การจะปรับหรือทำให้ได้ค่า VSWR ที่ต่ำนั้น ต้องทำให้ถูกวิธีด้วย เพราะการทำผิดวิธีอาจจะได้ไม่เท่าเสีย สู้ปล่อยไว้ยังอาจจะได้ประสิทธิผลที่ดีกว่าก็ได้
เพื่อนๆ ที่เพิ่งเริ่มก้าวเข้าสู่กิจการวิทยุสมัครเล่นนั้นคงมีอีกหลายอย่างที่ทำให้เราตื่นตาตื่นใจ ทั้งเครื่องวิทยุเอง สายอากาศ เครื่องจ่ายไฟ สายนำสัญญาณและขั้วต่อชนิดต่างๆ และอุปกรณ์ประกอบอีกมากมาย หลายอย่างล้วนเป็นของใหม่กับชีวิตของพวกเราหรือไม่ค่อยได้เคยเห็นในชีวิตประจำวันทั้งสิ้น
นอกจากนั้นก็ยังมีศัพท์ใหม่ๆ อีกมากมายที่เราจำเป็นต้องรู้จัก ทั้งที่เป็นคำศัพท์ที่ถูกพูดและใช้งานโดยทั่วไปเรียกว่าเป็นคำระดับหรือประดิษฐ์ประดอยต่างๆ ก็ได้ คำเหล่านี้อาจจะไม่สำคัญกับความเป็นความตายในการใช้วิทยุมากนัก ในขณะเดียวกันก็มีคำศัพท์บางตัวหรือบางคำที่ในความเป็นจริงแล้วก็สำคัญแต่ถูกเน้นให้สำคัญมากเป็นพิเศษ (จนสำคัญมากเกินไป) โดยที่ในหลายกรณีผู้ที่เน้นย้ำนั้นก็ไม่ได้ตั้งใจที่จะให้ข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรอก เพียงแต่เขาอาจจจะมีความเข้าใจที่ไม่ลึกซึ้งอย่างแท้จริง และคำหนึ่งที่เรามักเคยถูกเน้นย้ำเสมอก็คือ "ค่าอัตราส่วนคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณ" (นี่ย่อแล้วนะ คำเต็มจริงๆ ที่เข้าใจได้ ยาวกว่านี้อีก)
งงไหมล่ะครับ เพราะหลายท่านอาจจะไม่เคยได้ยินคำนี้เลยด้วยซ้ำ รวมทั้งคนที่เน้นย้ำว่าไอ้เรื่องนี้มันสำคัญจริงๆ แทบเป็นแทบตายก็อาจจะไม่รู้ที่มาที่ไปด้วยซ้ำ แต่ถ้าบอกว่า "ค่าอัตราส่วนคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณ" ก็คือค่า VSWR หรือ SWR ก็คงจะต้องร้องอ๋อกันเกือบทุกคน
ค่า VSWR คืออะไร
ก่อนที่เราจะอธิบายกันต่อก็คงต้องทำความเข้าใจความหมายของ VSWR กันเสียก่อน ซึ่งที่จริงแล้วย่อมาจากคำว่า voltage standing wave ratio หรือ อัตราส่วนของศักดาไฟฟ้าที่สูงที่สุดและที่ต่ำที่สุดที่ทำตัวเป็นคลื่นนิ่งที่เกิดขึ้นในสายนำสัญญาณ นั่นเอง คลื่นนิ่งดังกล่าวนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความไม่เข้ากันของอิมพีแดนซ์จำเพาะของสายนำสัญญาณกับโหลดเช่นสายอากาศ ทำให้เกิดคลื่นสะท้อนที่จุดรอยต่อ คลื่นที่สะท้อนจะเดินทางย้อนกลับจากโหลด (เช่น สายอากาศ) ไปยังเครื่องส่งวิทยุ เมื่อเป็นดังนั้นแล้วเคลื่อนที่เดินทางไปข้างหน้า (จากเครื่องส่งไปสายอากาศ) ก็จะผสมกับคลื่นที่ย้อนกลับ (จากสายอากาศกลับไปยังเครื่องส่ง) เกิดการกระเพื่อมซ้ำไปมาอยู่ในสายนำสัญญาณกลายเป็นคลื่นนิ่งหรือ standing wave นั่นเอง (อ่านเพิ่มเติมใน อธิบาย VSWR ด้วยตัวอย่าง) ดูภาพที่ 1
ภาพที่ 1 คลื่นที่วิ่งไปหาโหลด (น้ำเงิน)
ผสมกับคลื่นที่สะท้อนเนื่องจากการ
ไม่แมทช์ของอิมพิแดนซ์ (แดง) ทำให้
เกิดคลื่นนิ่ง (ส้ม) ในสายนำสัญญาณ
คราวนี้ถามว่าการที่ระบบของเรามีค่า VSWR สูงนั้นมีผลเสียอะไรและแค่ไหน เรามักจะถูกสอนหรือบอกต่อๆ กันมาว่าจะทำให้เครื่องส่งวิทยุเสียหายบ้างล่ะ หรือทำให้กำลังจากเครื่องส่งวิทยุออกไปยังสายอากาศลดน้อยถอยลงไปบ้างล่ะ ซึ่งที่จริงก็ถูกต้องทั้งสองอย่างแหละ เพียงแต่ว่ามันไม่ได้เลวร้ายขนาดนั้นหรอกครับ
โดยปกติแล้วค่า VSWR ที่ว่ากันว่าแย่มากขนาด 2:1 จะทำให้เกิดการสะท้อนกลับของกำลังไฟฟ้าเพียง 11% และในระดับกำลังส่งของพวกเราชาวนักวิทยุสมัครเล่นแล้วคงไม่ถึงกับทำให้เครื่องส่งเสียหายได้ เพราะสนมมติว่าเราส่งกัน 10 วัตต์ ก็สะท้อนกลับมาเพียง 1 วัตต์เท่านั้นเอง ดังนั้นจึงไม่ควรกังวลมากเกินไปนัก ดูภาพที่ 2
ภาพที่ 2 ค่า VSWR กับการ
สะท้อนกำลังที่เกิดขึ้น
การปรับให้ VSWR ต่ำที่สุดดีหรือไม่
ถ้าจะตอบตามคำถามอย่างตรงไปตรงมาก็คงต้องตอบว่าดี แต่ก็ต้องถามต่อไปว่าแล้วเราปรับอย่างไรล่ะ โดยทั่วไปแล้วการปรับค่าของ VSWR ก็คือการปรับอิมพีแดนซ์ของโหลด (ซึ่งสำหรับพวกเราแล้วมักจะคือสายอากาศ แต่ในทางวิศวกรรมยังมีจุดต่างๆ อีกมากที่ต้องปรับให้เข้ากัน เช่นระหว่างภาคต่างๆ ของวงจรความถี่สูง เป็นต้น) ให้มีค่าเท่ากับอิมพีแดนซ์จำเพาะของสายนำสัญญาณที่เราใช้ก็คือ 50 โอห์ม ซึ่งมีคำศัพท์เฉพาะที่เรียกว่าแมตช์ชิ่ง (matching) แต่การปรับดังกล่าวนี้ทำได้หลายอย่างหลายวิธีทั้งทางกายภาพและทางไฟฟ้า
วิธีทางกายภาพก็คือการที่เราปรับขนาดรูปร่างของสายอากาศ ซึ่งก็จะทำให้อิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศนั้นเปลี่ยนไปด้วย อย่างไรก็ตามสายอากาศแต่ละชนิดนั้นมีคุณสมบัติเฉพาะตัวของมัน เช่นสายอากาศแบบใดโพลครึ่งคลื่น ถ้ามีรูปร่างและความยาวถูกต้องตามทฤษฎี (ซึ่งจะยาวน้อยกว่าครึ่งคลื่นจริงๆ เล็กน้อย) แล้ว จะมีอิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนอยู่ประมาณ 73 โอห์ม หรือสายอากาศแบบสี่เหลี่ยมที่เราเรียกว่าควอด (quad) ถ้ามีรูปร่างและความยาวถูกต้องตามทฤษฎีแล้วจะมีอิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนอยู่ประมาณ 120 โอห์ม ถ้าเรานำสายอากาศดังกล่าวนี้ไปต่อเข้ากับสายนำสัญญาณแบบ 50 โอห์มตรงๆ ก็ย่อมได้ค่า VSWR สูงกว่า 1:1 ไปพอสมควร (เพราะ อิมพิแดนซ์ของมันเป็น 73 และ 120 โอห์ม ซึ่งไม่เท่ากับ 50 โอห์มของสายนำสัญญาณ)
บางคนพยายามปรับรูปร่างและลักษณะรวมทั้งความยาวของสายอากาศ จนเรียกว่าทำอย่างไรก็ได้ให้ค่า VSWR ใกล้เคียง 1:1 มากที่สุด เช่นการ ตัดให้สั้น ต่อให้ยาว หรือพยายามบิดงอรูปร่างของสายอากาศ การทำอย่างนั้นอาจจะทำให้อิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนมีค่าใกล้เคียง 50 โอห์มมากขึ้นและทำให้ค่า VSWR ใกล้เคียง 1:1 มากขึ้น แต่นั่นคือผลทางไฟฟ้าเท่านั้น การที่เราไปปรับเปลี่ยนรูปร่างของสายอากาศรวมทั้งขยับปรับความยาวของมันย่อมมีผลทางกายภาพตามมาด้วย ผลอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือทิศทางและรูปร่างการแพร่กระจายคลื่นที่ผิดไปจากมาตรฐาน เช่นแทนที่จะแพร่กระจายคลื่นออกไปแนวแนวระนาบขนานกับผิวโลกซึ่งเป็นทิศทางที่คู่สถานีของเราตั้งอยู่ ก็อาจจะมีทิศทางยิงขึ้นท้องฟ้าที่ก็ไม่รู้ว่าส่งคลื่นไปแล้วจะไปคุยกับใคร เป็นต้น (ดูภาพที่ 3)
ภาพที่ 3 การพยายาม ดัด งอ สายอากาศ
อาจจะทำให้อิมพิแดนซ์ใกล้เคียง 50 โอห์ม
ได้ก็จริง แต่ทิศทางการแพร่กระจายคลื่น
ผิดไปจากการออกแบบแต่แรก
แล้วต้องทำอย่างไรถึงจะถูกต้อง
การออกแบบ สร้าง และปรับค่าอิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศ (เพื่อให้มีค่าใกล้เคียง 50 โอห์มมากที่สุดและทำให้ค่า VSWR ใกล้เคียง 1:1 มากที่สุด) จะต้องทำในองค์รวม คือสร้างสายอากาศให้มีลักษณะรูปร่างและความยาวที่ถูกต้องก่อน ซึ่งจุดนี้เราจะทราบคร่าวๆ อยู่แล้วว่ามันมีอิมพิแดนซ์เท่าใด แล้วนำสายอากาศนั้นมาต่อเชื่อมกันในรูปแบบที่เรียกว่าการอะเรย์ (array) โดยในการต่อเชื่อมกันนี้เราก็จะคาดล่วงหน้าได้ว่าอิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนโดยรวมจะเป็นเท่าใด จากนั้นเราจึงใช้อุปกรณ์ทางไฟฟ้าสำคัญก็คือ ตัวเหนี่ยวนำ (inductor) และ/หรือ ตัวเก็บประจุ (capacitor) รวมทั้งส่วนของสายนำสัญญาณ (ที่เรียกว่า สตับ, stub) มาช่วยในการปรับอิมพีแดนซ์ให้ใกล้เคียง 50 โอห์มมากที่สุด (ดูภาพที่ 4) แนวทางดังกล่าวนี้จึงเป็นแนวทางที่ถูกต้อง ไม่ใช่ไป ตัดๆ ต่อๆ บิดงอ เพียงเพื่อหวังให้ค่า VSWR ต่ำที่สุดเท่านั้น
ภาพที่ 4 เราสามารถปรับอิมพิแดนซ์
ของาสยอากาศไดโพงแบบครึ่งคลื่น
จาก 73 ไปเป็น 50 โอห์มได้
ด้วยวงจรไฟฟ้า โดยไม่ต้องไปดัดมัน
สรุป
1. อิมพีแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศที่ใกล้เคียง 50 โอห์มนั้นดีและสำคัญแต่ไม่ได้สำคัญที่สุดไปกว่า (ดูข้อ 2)
2. ตัวสายอากาศจะต้องมีรูปร่าง ลักษณะ และความยาวที่ถูกต้องเพื่อมีทิศทางการกระจายคลื่นเป็นไปอย่างที่เราต้องการและคาดหวังได้
3. ค่า VSWR ต่ำกว่า 2:1 ถือว่าใช้งานได้สบายๆ ถ้าต่ำกว่า 1.5:1 ถือว่าดี ยิ่งต่ำกว่า 1.25:1 ถือว่าดีมาก ถ้าเราทำสายอากาศให้มี VSWR ต่ำกว่านั้นได้ก็ดี แต่จะว่าไปแล้วก็ไม่ได้จำเป็นกับชีวิตเท่าไหร่หรอก
4. ทั้งนี้ ไม่ได้หมายความรวมถึงค่า VSWR ที่สูงผิดปกติอันเนื่องจากความผิดปกติของระบบ เช่น ขั้วต่อสายไม่แน่น น้ำเข้าสายนำสัญญาณ เกิดการลัดวงจรที่จุดต่างๆ ซึ่งสาเหตุที่กล่าวมาทั้งหมดนี้จะต้องถูกแก้ไขจริงๆ
แล้วพบกันใหม่ในบทความหน้านะครับ
73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต)
