ก่อนอื่นเรานิยามกันก่อนว่าคำว่า หลอกลวง คืออะไร
การหลอกลวง ปกติก็จะหมายถึงว่าไม่เป็นความจริง คือ บอกอย่างหนึ่งแล้วแต่ไม่ได้ทำตามนั้น หรือทำไม่ได้ ทำให้ดูเหมือนว่าได้แต่จริงๆ แล้วไม่ใช่ อะไรทำนองนั้น ดังนั้นถ้าจะบอกว่าการจูนสายอากาศนั้นหลอกลวง ก็คงหมายถึงประมาณว่า หลังจากจูนแล้วทำให้แค่เครื่องส่งวิทยุไม่เสียหายเฉยๆ นอกนั้นทุกอย่างเหมือนเดิม เดี๋ยวเราค่อยมาดูกันว่าอะไรจริง อะไรไม่จริง นะครับ
ดูพื้นฐานกันสักนิด
ก่อนจะไปถึงเรื่องอื่นไกล เรามาดูว่าสภาพการการออกแบบเครื่องวิทยุให้ทำงาน และสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเราต่อเครื่องวิทยุเข้ากับสายนำสัญญาณ และ ปลายสายนำสัญญาณต่อเข้ากับสายอากาศ เสียก่อน แล้วค่อยว่าเรื่องการจูนสายอากาศต่อทีหลัง
1. เครื่องส่งวิทยุถูกออกแบบให้ส่งกำลังได้ดีเมื่อต่อเข้ากับโหลดแบบ Resistive (คือไม่มี Reactance - ส่วนประกอบความต้านทานเชิงซ้อนที่เกิดจากความเหนี่ยวนำและความจุไฟฟ้า) ที่มีค่า 50 Ω จะทำให้วงจรขยายทำงานเต็มที่ ส่งถ่ายพลังงานสูงสุด
ภาพที่ 1 เมื่ออิมพิแดนซ์ของโหลด (Zin) เป็น 50 Ω
เครื่องส่งจะทำงานดีที่สุดและเมื่อมีค่าเท่ากับ
Zout ก็จะเกิดการส่งถ่ายพลังงานสูงสุดด้วย
2. เมื่ออิมพิแดนซ์แมทช์กัน จะไม่มีการสะท้อนกลับของกำลังของคลื่น
อิมพิแดนซ์จำเพาะ (Z0) กับโหลดหรือสิ่งที่มาต่อเชื่อม (Zin)
ถ้า Zin = Z0 จะไม่มีการสะท้อนของคลื่นที่จุดต่อเชื่อม
ทำให้สัมประสิทธิการสะท้อนกลับ (Г) เป็นศูนย์ นั่นคือไม่มี
คลื่นสะท้อนกลับที่จะไปรวมกับคลื่นที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้า
ทำให้ไม่เกิดคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณด้วย
3. ถ้าอิมพิแดนซ์ของโหลด (ZL) ที่แมทช์กับอิมพิแดนซ์จำเพาะของสายนำสัญญาณ (Z0) จะไม่มีคลื่นสะท้อนกลับที่จุดต่อเชื่อม (Г = 0) ทำให้ไม่มีคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณ (VSWR เป็น 1:1) จึงทำให้ไม่มีการสูญเสียในสายนำสัญญาณ "อันเนื่องมาจากคลื่นนิ่ง" ** อีกด้วย
ต่อเชื่อม เมื่อไม่มีคลื่นเดินทางย้อนไปผสมกับคลื่น
ที่เดินทางไปข้างหน้า จึงไม่มีคลื่นนิ่งเกิดขึ้น และไม่มี
นำสัญญาณไปด้วย
** ปกติ สายนำสัญญาณเมื่อต่อกับระบบที่แมทช์อย่างสมบูรณ์ทุกอย่าง จะไม่มีคลื่นนิ่ง (Standing Wave) ในสายนำสัญญาณ (VSWR 1:1) แต่ยังมีการสูญเสียระดับหนึ่งอยู่แล้วขึ้นกับชนิดและความยาวของสายนำสัญญาณนั้น แต่ถ้ามีคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณเส้นนั้น (VSWR > 1:1) จะทำให้การสูญเสียเพิ่มขึ้นกว่าปกติ เรียกว่าการสูญเสียเพิ่มเนื่องจากคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณ ยิ่งคลื่นนิ่งมีขนาดมากการสูญเสียส่วนเพิ่มนี้ก็มากขึ้นไปด้วย ดูภาพที่ 4
(Reflected wave) จะผสมกับคลื่นที่วิ่งไปข้างหน้า
วงจรแมทชิ่งในจูนเนอร์เป็นอย่างไร
ก่อนอื่นต้องเข้าใจคำว่า "จูน" (tune) กันก่อน คือเราไม่ได้ไปทำอะไรกับสายอากาศ สายอากาศก็ยังคงมีอิมพิแดนซ์ของมันค่าเดิม แต่การจูนที่ว่าคือ "การปรับ/แปลง" ทำให้อิมพีแดนซ์ที่ถูกมองเห็นเมื่อมองผ่านวงจรจูนมีค่าเปลี่ยนไปตามต้องการ ส่วนมากคือไปเป็นค่ามาตรฐานของระบบเช่น 50 Ω ด้วยวงจรภายในเครื่องจูนเนอร์ที่ประกอบไปด้วยอุปกรณ์ที่ต้องไม่สูญเสียกำลังงานทางไฟฟ้าไปเป็นรูปอื่น (มักคือความร้อน) อุปกรณ์ดังกล่าวก็คือตัวเก็บประจุ, ตัวเหนี่ยวนำ, หม้อแปลง, ส่วนของสายนำสัญญาณ (ไม่มีตัวความต้านทานมาเกี่ยวข้อง เพราะเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านความต้านทานไฟฟ้าที่ไม่ใช่ 0 Ω จะเกิดการสูญเสียพลังงานเป็นความร้อนทันที ซึ่งเราไม่ต้องการ) การจัดขนาดและรูปแบบของอุปกรณ์ทำให้สามารถเปลี่ยนอิมพิแดนซ์จากค่าหนึ่งไปเป็นอิมพีแดนซ์ที่แมตช์กับระบบเช่น 50 Ω โดยไม่มีการสูญเสียพลังงาน และเมื่อเกิดการแมทช์กันของอิมพิแดนซ์ก็จะเกิดสิ่งที่ตามมาตาม 3 ข้อที่กล่าวมาด้านบน
จูนเนอร์ที่อยู่แต่ละตำแหน่งให้ผลต่างกัน
เวลาเราเอา "จูนเนอร์" ใส่เข้าไปในระบบ ที่ต้นทางเป็นเครื่องวิทยุและปลายทางเป็นสายอากาศเราทำได้ หลายวิธี หลายตำแหน่ง ค่อยๆ มาดูกันนะครับว่า ใส่เข้าไปอย่างไรบ้าง
1. แบบต่อตรง
คือ ต่ออุปกรณ์ทุกอย่างถึงกันโดยตรงโดยไม่มีสายนำสัญญาณมาเกี่ยวข้อง ออกจะดูแปลกสักหน่อยแต่จำเป็นต้องยกตัวอย่าง แบบนี้คือเอาเครื่องวิทยุต่อกับจูนเนอร์แล้วต่อกับสายอากาศเลยตรงๆ โดยไม่มีสายนำสัญญาณมาเกี่ยวข้องด้วย มันเลยแปลก ถึง แปลกมาก แต่ถ้าจะให้ไม่รู้สึกแปลกก็ลองนึกถึงสายอากาศที่มีวงจรแมทช์ (ก็ถือว่าเป็นจูนเนอร์อย่างหนึ่งนะ เพียงแต่มันปรับอะไรไปมาไม่ได้เท่านั้นเอง เขาทำไว้สำหรับสายอากาศนั้นๆ ความถี่นั้นๆ โดยเฉพาะแล้ว) ในตัว เช่น สายอากาศสไลด์ที่แมทช์อย่างดี ต่อเข้ากับวิทยุเลยตรงๆ กรณีเช่นนี้ ทุกอย่างจะแมทช์กันหมด สายอากาศเองอาจจะมีอิมพิแดนซ์ 350 - j20 Ω แต่จูนเนอร์ที่โคนของสายอากาศจูนลงมาเป็น 50+j0 Ω แล้วต่อเข้าเครื่องวิทยุไปตรงๆ การจูนแบบนี้ "เป็นจริง ได้ผลสมบูรณ์ ไม่หลอกลวง" ดูภาพที่ 5
ต่อตรงกับวิทยุเลย มันจะแปลงอิมพิแดนซ์ของ
ของสายอากาศ ZA ให้เป็น Zin ที่มีค่าเท่ากับ
50 Ω ซึ่งเท่ากับอิมพิแดนซ์ขาออกของเครื่อง
ส่งวิทยุ (ZS) เมื่อเป็นดังนั้นจะทำให้เครื่องส่งทำงาน
ได้ตามที่ออกแบบและเกิดการส่งถ่ายพลังงานสูงสุด
2. เมื่อจูนเนอร์อยู่ด้านสายอากาศ
กรณีอย่างนี้เราอาจจะคิดว่ามันเป็นวงจรแมตช์ที่อยู่กับสายอากาศเองเลยก็ได้ หรือเป็นจูนเนอร์ที่เรียกว่ารีโมทจูนเนอร์ก็ได้ซึ่งจะให้ผลในแบบเดียวกันคือ จะจูนอิมพีแดนซ์ของสายอากาศจากค่าอื่นใดไปเป็นอิมพีแดนซ์มาตรฐานคือ 50+j0 Ω แต่คราวนี้เราจะต่อเข้าสายนำสัญญาณที่มีความต้านทานจำเพาะ Z0 เป็น 50 Ω ซึ่งก็จะแมทช์กับอิมพีแดนซ์ด้านออกของจูนเนอร์ ทำให้ไม่มีการสะท้อนกลับที่จุดเชื่อมต่อระหว่างจูนเนอร์และสายนำสัญญาณ, ไม่มีคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณนั้นทั้งเส้น, ที่ปลายสายนำสัญญาณอีกด้านหนึ่งซึ่งจะไปต่อเข้ากับเครื่องวิทยุก็จะเป็น 50 Ω จึงไม่มีการสะท้อนกลับที่จุดต่อระหว่างปลายสายนำสัญญาณกับเครื่องวิทยุ, การส่งถ่ายกำลังงานจะส่งได้สมบูรณ์ทั้งด้านวิทยุ ด้านจูนเนอร์ การจูนแบบนี้ก็ "เป็นจริง ได้ผลสมบูรณ์ ไม่หลอกลวง" เช่นกัน ดูภาพที่ 6
ภาพที่ 6 จูนเนอร์ถูกติดตั้งไว้ที่ด้านสายอากาศ
คือที่โคนสายอากาศเลย มันจะแปลงอิมพิแดนซ์
ZA ของสายอากาศไปเป็น 50 Ω ก่อนต่อกับสาย
นำสัญญาณเพื่อต่อลงมาถึงเครื่องวิทยุ เนื่องจาก
อิมพิแดนซ์ขาออกจากจูนเนอร์ Zin มีค่า 50 Ω
ต้านทานจำเพาะ Z0 เป็น 50 Ω ได้อย่างไม่มีการ
มี VSWR เป็น 1:1 และปลายสายนำสัญญาณด้าน
วิทยุก็เป็น 50 Ω ด้วย ทำให้แแมทช์ที่จุดนั้นเช่นกัน
3. เมื่อจูนเนอร์อยู่ด้านเครื่องส่งวิทยุ
แบบนี้เป็นแบบที่เรามักใช้กันมาก เพราะง่ายต่อการใช้งาน ไม่ต้องเอาจูนเนอร์ (ราคาแพง) ไปตากแดดตากฝนไว้โคนสายอากาศ และไม่ต้องมีสายไฟควบคุมการทำงานของจูนเนอร์เพิ่มอีกหนึ่งชุด แบบนี้อิมพิแดนซ์ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสายอากาศกับสายนำสัญญาณจะไม่แมทช์ และมีคลื่นนิ่งอยู่ในสายนำสัญญาณทั้งเส้นนั้น จนเมื่อมาถึงด้านเครื่องวิทยุ จะถูกจูนอิมพิแดนซ์ให้แมทช์ลงมาเป็น 50+j0 Ω ทำให้เครื่องส่งทำงานเต็มที่ แต่ยังมีคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณที่ต่อจากสายอากาศลงมายังจูนเนอร์ ทำให้มีผลเสียเรื่องการสูญเสียส่วนที่เพิ่มจากปกติในสายนำสัญญาณเนื่องจากมีคลื่นนิ่ง ยิ่ง VSWR ในสายนำสัญญาณยิ่งสูง ยิ่งสูญเสียเพิ่มกว่าปกติขึ้นไป (ดังนั้นการพยายามทำให้ มีค่าใกล้เคียง 50 Ω เอาไว้ก่อนด้วยจึงเป็นสิ่งที่ดี) จะเห็นว่าการจูนแบบนี้ก็มีข้อดีอยู่เกือบครบ เพียงแต่มีคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณที่ต่อจากสายอากาศลงมายังจูนเนอร์อยู่ ดังนั้นถ้าจะพูดว่าหลอกลวงก็คงไม่ใช่ เพียงแต่ได้ข้อดีไม่ครบ เท่านั้นเอง ดูภาพที่ 7
ภาพที่ 7 จุดเชื่อมต่อระหว่างสายอากาศ (อิมพิแดนซ์
ZA กับสายนำสัญญาณ (อิมพิแดนซ์ Z0) จะไม่แมทช์
ทำให้ ( Г ≠ 0 ) และมีคลื่นนิ่งในสายนำสัญญาณที่ต่อจาก
สายอากาศลงมาจนถึงช่องขาเข้าของจูนเนอร์ จูนเนอร์
จะแปลงอิมพิแดนซ์ที่ปลายสายนำสัญญาณ ( ZB )
ให้เป็น Zin = 50 Ω และต่อเข้ากับขั้วของวิทยุซึ่ง
ต้องการอิมพิแดนซ์ 50 Ω ทำให้วิทยุทำงานได้ดี
ส่งกำลังออกไปได้เต็มที่ตามที่ออกแบบไว้
วงจรภายในจูนเนอร์
ที่จริงมีวงจรหลากหลายรูปแบบที่ออกแบบให้ใช้ได้ แต่ละแบบก็มีข้อดีข้อเสียต่างกัน แต่ที่นิยมทำกันคือวงจรแบบ T-network และ π-network ดูภาพที่ 8
ภาพที่ 8 วงจรจูนเนอร์สายอากาศแบบ
T-network และ π-network ที่นิยมใช้กัน
(แต่จริงๆ มีอีกมากมายหลายแบบมาก)
สรุป
1. จริงๆ แล้วอิมพิแดนซ์ของสายอากาศเอง มันขึ้นกับลักษณะ รูปร่าง ขนาด ของสายอากาศและความถี่ ซึ่งมีค่าของมันเอง ถ้าเราจะเปลี่ยนอิมพิแดนซ์ของตัวสายอากาศเองเราจะต้อง ดัด หัก งอ ยืด หด ขยับ ต่างๆ นาๆ เอา
2. การจูนสายอากาศด้วยจูนเนอร์นั้น เป็นการปรับอิมพิแดนซ์จากอิมพิแดนซ์ที่ขั้วต่อของสายอากาศไปเป็นค่าอื่นด้วยวงจรพาสซีฟที่ประกอบไปด้วย ตัวเหนี่ยวนำ และ/หรือ ตัวเก็บประจุ และ/หรือ หม้อแปลง และ/หรือ ส่วนของสายนำสัญญาณ (stub) โดยไม่เปลี่ยนอิมพิแดนซ์ของสายอากาศเอง
3. เราเปลี่ยน/แปลงอิมพิแดนซ์ด้วยจูนเนอร์ให้เหมาะสมเพื่อการนำไปใช้งานต่อไป คือ เมื่อต่อกับสายนำสัญญาณอื่นจะมีการสะท้อนกลับน้อย(หรือเป็นศูนย์) หรือเมื่อต่อกับภาคขยายของเครื่องส่งก็จะทำให้เครื่องส่งทำงานเต็มที่
4. ดังนั้นผลของการจูนสายอากาศจึง "เกิดผลดีจริง"
5. ตำแหน่งที่ดีที่สุดในการใส่วงจรจูนเนอร์คือที่โคนของสายอากาศเอง รองลงมาคือที่ใกล้เครื่องวิทยุ โดยทั้งสองกรณีนี้ได้ผลที่เป็นจริง เพียงแต่การใส่จูนเนอร์ไว้ที่ด้านวิทยุอาจจะให้ผลได้ไม่สมบูรณ์
6. การใช้งานสายอากาศที่แย่ที่สุดคือการใช้สายอากาศ/สายนำสัญญาณที่ไม่แมทช์กันโดยไม่ใช้จูนเนอร์เลย
หวังว่าจะพอทำให้เพื่อนๆ เข้าใจเกี่ยวกับที่มาที่ไป และผลของการจูนอิมพิแดนซ์ของสายอากาศด้วยจูนเนอร์มากขึ้นนะครับ และคงตัดสินใจเองได้ว่าเป็นการหลอกลวงหรือไม่ แล้วพบกันใหม่ในบทความต่อไปนะครับ
73 DE HS0DJU
