สายอากาศเกนต่ำพิเศษสำหรับ D-STAR Hotspot: ลดผลกระทบต่อภาครับของวิทยุเครื่องอื่น

 

Rethinking Antenna Efficiency: Intentional Loss as a Design Tool for RF Desense Mitigation

โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU)
หมายเหตุ: บทความนี้สงวนลิขสิทธิ์โดยผู้เขียน (โปรดดูรายละเอียดด้านล่างสุด)

---

โดยทั่วไป การออกแบบสายอากาศในงานวิทยุสื่อสารมักตั้งอยู่บนสมมติฐานพื้นฐานว่า สายอากาศที่ดีควรมีประสิทธิภาพการแพร่กระจายคลื่น (radiation efficiency) สูง มีการสูญเสียต่ำ และในหลายกรณียังเน้นที่การเพิ่มค่าความมีทิศทาง (directivity) หรือเกนของสายอากาศ (antenna gain) ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ แนวคิดปกติดังกล่าวเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับระบบสื่อสารระยะไกล ซึ่งประสิทธิภาพของสายอากาศส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการเชื่อมต่อและคุณภาพของสัญญาณที่ปลายทาง อย่างไรก็ตามแนวทางดังกล่าวมักถูกนำไปใช้เป็น “คำตอบเดียว” โดยไม่พิจารณาบริบทของระบบโดยรวมและสภาพแวดล้อมการใช้งานจริง

ปัญหาจะเริ่มปรากฏชัดเมื่อสายอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงถูกนำมาใช้งานในพื้นที่จำกัด ซึ่งมีระบบวิทยุหลายระบบทำงานรับ–ส่งพร้อมกันในระยะใกล้ เช่น ห้องวิทยุ ห้องปฏิบัติการ หรือระบบสื่อสารภายในอาคาร ความแรงของสนามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สูงเกินความจำเป็นในบริเวณใกล้ (near-field และ far-field ระยะสั้น) อาจก่อให้เกิดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การรบกวนข้ามระบบ (inter-system interference) การทำให้ภาครับสูญเสียความไว (receiver desensitization) หรือแม้กระทั่งประเด็นด้านความปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน ในสภาพการณ์เช่นนี้ การเพิ่มประสิทธิภาพการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศกลับกลายเป็นปัจจัยที่ทำให้ปัญหาทวีความรุนแรงขึ้นแทนที่จะช่วยแก้ไข

บทความนี้เสนอแนวคิดทางเลือกในการจัดการปัญหาดังกล่าว โดยมุ่งเน้นการ จำกัดและควบคุมการกระจายของสนามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จากเครื่องส่งในพื้นที่ใช้งานจริง (field containment หรือ radiation suppression) แทนการเพิ่มประสิทธิภาพการแพร่กระจายคลื่นเพียงอย่างเดียว แนวทางที่ใช้กันทั่วไป เช่น การลดกำลังส่งของเครื่องส่ง หรือการใส่อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณ (attenuator) ระหว่างเครื่องส่งกับสายอากาศ แม้จะช่วยลดระดับสัญญาณได้ แต่ในทางปฏิบัติมักมีข้อจำกัดด้านต้นทุน ความยุ่งยากในการปรับแต่ง และความไม่ยืดหยุ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่มีเครื่องส่งหลายชุดทำงานร่วมกันในพื้นที่จำกัด

ในทางกลับกัน การออกแบบสายอากาศให้มีประสิทธิภาพการแพร่กระจายคลื่น ต่ำอย่างจงใจ แต่ยังคงสามารถสร้างสนามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ในระดับที่เพียงพอต่อการใช้งานจริง เป็นแนวทางที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และสามารถจัดการปัญหาเชิงระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ สายอากาศลักษณะนี้ทำหน้าที่สร้างสัญญาณ “เท่าที่จำเป็น” มากกว่าส่งพลังงานออกไปให้มากที่สุด แนวคิดดังกล่าวไม่ได้มองการสูญเสียเป็นข้อด้อยของการออกแบบ แต่กลับมองว่าเป็น เครื่องมือในการควบคุมพฤติกรรมของระบบสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุซึ่งเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่และมีความต้องการให้หลายระบบวิทยุสามารถอยู่ร่วมกันได้โดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน

ปัญหากวนใจ

บทความนี้เป็นผลพลอยได้จากการแก้ปัญหากวนใจที่เกิดกับตัวเอง ตอนดึกของคืนหนึ่งต้องมานั่งทำสายอากาศแปลกๆ เอาไว้ใช้ในวันรุ่งขึ้น รีบร้อนจนอาจจะพูดได้ว่าถ้าไม่ได้ทำอาจจะนอนไม่หลับ ดังนั้นในเบื้องต้นจึงพยายามออกแบบมาให้หน้าตา "ง่ายที่สุดเท่าที่จะทำได้ก่อนหลับ" ก็ว่าได้ 

เรื่องเกิดขึ้นเพราะบางครั้งเราต้องการใช้วิทยุหลายเครื่องในเวลาเดียวกัน (ซึ่งปกติจะเป็นการรับ และทุกเครื่องก็ควรรับที่ความถี่ที่ถูกตั้งเอาไว้ได้ดีในเวลาเดียวกัน)  โดยเป็นเครื่องแบบมือถือพกพามีสายอากาศในตัว (เช่น ใช้สายอากาศยาง สายอากาศ telescopic) ตั้งอยู่ในห้องทำงาน แต่ถ้ามีเครื่องส่งอยู่ใกล้ๆ ด้วยในห้องนั้นจะทำให้ความสามารถในการรับของวิทยุเครื่องอื่นด้อยลงไป (เรียกว่า desensitivity)   ปัญหาที่กวนใจคือในห้องมีเครื่องส่งของตัว hot spot ของระบบดิจิตอลเช่น DSTAR อยู่ด้วย เมื่อเจ้าเครื่องส่งนี้ทำงานจะทำให้วิทยุที่มีสายอากาศอยู่ใกล้ๆ ในห้องเดียวกันรับอย่างอื่นไม่ได้  ดูรูปที่ 1 

รูปที่ 1 แสดงต้นตอของปัญหาคือ ขณะที่
hotspot(1) กำลังส่งสัญญาณติดต่อกับ
วิทยุ DSTAR(2) อยู่นั้น  เครื่องวิทยุมือถือ
สายอากาศติดเครื่อง(3) ที่อยู่ในห้อง
เดียวกันจะไม่สามารถรับสัญญาณอื่นได้

การแก้ไข 

ดูเหมือนผมต้องหาวิธีลดกำลังส่งจากเครื่อง hot spot ลง วิธีแรกที่คิดได้ (และเคยทำ) คือการเอาเอาโหลดเทียม 50Ω  ใส่เข้าไปซึ่งผลคือมันก็ไม่กวนจริงๆ แต่ระยะติดต่อสั้นมากจนใช้งานไม่ได้ในทางปฏิบัติเลยตัดทางเลือกนี้ไป อีกทางเลือกคือออกแบบสายอากาศที่ประสิทธิภาพต่ำมาใช้กับมันดีกว่า กำลังของคลื่นจะได้ไม่รุนแรงจนไปกวนวิทยุเครื่องอื่น 

อย่างที่เล่าให้ฟังตอนแรกแล้วว่า ปกติแล้วเราจะพยายามหลีกเลี่ยงตัวความต้านทานในวงจรสายอากาศเพื่อให้มีการสูญเสียน้อยที่สุด แต่กรณีนี้เป็นตรงกันข้ามคือสูญเสียมากเข้าไว้จะดีมาก แต่ก็ยังต้อง "ออกอากาศ รับ-ส่ง ได้อยู่"  ก็เลยนึกถึงสายอากาศที่สั้นมากๆ ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะต้องมีเกนน้อยกว่า (ด้วยรูปร่างการแพร่กระจายคลื่น) สายอากาศที่ยาวกว่า  แต่ในทางทฤษฎีแล้ว แม้สายอากาศจะสั้นแต่ถ้ามันรับพลังงานและส่งออกไปได้ทั้งหมด เกนก็ไม่ได้เลวร้ายขนาดรับส่งอะไรไม่ได้เลย (ก็แย่ลงแหละเพราะความต้านทานการแพร่กระจายคลื่นต่ำมาก) ก็คงอยู่ระหว่างสายอากาศไอโซทรอปิกกับไดโพล - ซึ่งยังไม่พอ! เราต้องการให้มันแย่ไปกว่านั้นอีก แต่เอาน่ะ โดยพื้นฐานแล้วเป็นตัวตั้งต้นที่ดี ทำง่ายด้วย เดี๋ยวค่อยดัดแปลงมันต่อ

คุณสมบัติของสายอากาศไดโพลสั้น

ตัวเลือกที่เข้ามาในหัวคือสายอากาศไดโพลแบบสั้นมากๆ คือสั้นกว่า ½λ มากๆ ถ้าในย่านความถี่ 2 เมตร ½λ  ก็จะยาวราวๆ 1 เมตร เราก็ทำให้สั้นมากเช่น 4-5 ซม.ซะแล้วค่อยๆ มาดูว่าเกิดอะไรขึ้น 

สายอากาศไดโพลที่สั้นกว่า ½λ มากๆ จะมีความต้านทานแบบรีแอคแตนซ์เป็นความจุไฟฟ้า (capacitive) ค่าสูงมากไฟฟ้าผ่านยาก (ลองคิดเชิงสัญชาติญาณเล่นๆ ว่าเพราะก้านไดโพลทั้งสองมันสั้นมาก มันย่อมจะสร้างความจุไฟฟ้าระหว่างกันได้น้อยมาก ดังนั้นรีแอคแตนซ์ที่ความถี่ทำงานต้องสูง) ในขณะเดียวกันก็มีความต้านทานการแพร่กระจายคลื่น (Radiation resistance, R_r) ต่ำมากด้วยเช่น 0.25-1Ω  (ความต้านทานการแพร่กระจายคลื่นนี้เป็นคนละอย่างกับความต้านทานที่จุดป้อนของสายอากาศที่ปกติแล้วเราจะพยายามแมทช์ให้เป็น 50Ω นะครับอย่าปนกัน)  ดังนั้นในทางทฤษฎีแล้ว "สายอากาศไดโพลสั้น" น่าจะมีอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนเป็น 

Z_a  =  R_r + R_ohmic - jX
โดย 
R_ohmic  เป็นความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศ ค่ามักต่ำมากๆ อยู่แล้ว ตัดทิ้งได้
R_r  เป็นความต้านทานการแพร่กระจายคลื่น ประมาณว่า 1Ω   
X  เป็นรีแอคแตนซ์ซึ่งมีค่าติดลบ (negative) เนื่องจากเป็นความจุไฟฟ้า (capacitive) และมีขนาดสูงมากด้วยเช่น - j 1000Ω  

ดังนั้นในการทดลองสร้าง เราประมาณเบื้องต้นว่า 
Z_a  =  1 - j 1000 Ω   
(เป็นค่าโดยประมาณเท่านั้น เพื่อให้เราทำงานออกแบบต่อได้) 

พอเห็นตัวเลขแบบนี้หลายคนอาจจะตกใจว่า แย่แล้ว ส่วนของรีแอคแตนซ์มีค่าตั้ง - j 1000Ω แบบนี้จะแมทช์อย่างไร ใช่ครับ ในกรณีที่เราจำเป็นต้องทำสายอากาศปกติที่ไม่ต้องการให้มีการสูญเสียและต้องใช้เฉพาะตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำแมทช์อิมพิแดนซ์ 1 - j 1000 Ω นี้ให้เป็น 50Ω นั้นไม่ใช่เรื่องง่ายจริงๆ ด้วยนั่นแหละ แต่กรณีนี้ไม่ใช่เพราะเรายอม (และอยาก) ให้มีการสูญเสีย (มากๆ) ได้ ดังนั้นจึง ใช้ความต้านทานมาช่วยได้  

สายอากาศที่ได้ 

ในเมื่อใช้ความต้านทานมาช่วยได้ชีวิตก็จะง่ายขึ้นมาก แล้วจะต่อเข้าไปอย่างไร

• ต่ออนุกรมกับจุดป้อน: นั่นคืออนุกรมกับ  Z_a  =  1 - j 1000 Ω  ผลที่ได้จากการต่ออนุกรมคือนำอิมพิแดนซ์ (Z) มาบวกกัน  แบบนั้นไม่ไหวแน่เพราะมีแต่จะทำให้อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนมีค่าสูงขึ้น เช่นกลายเป็น  51 - j 1000 Ω  แบบนี้เอาไปต่อใช้งานไม่ได้ ดูรูปที่ 2

รูปที่ 2 ทางเลือกแรกคือการต่อ
ตัวความต้านทานค่าประมาณ 50Ω 

อนุกรมเข้าไปตรงๆ แต่วิธีนี้ใช้ไม่ได้
เพราะอิมพิแดนซ์รวมยังมีผลจาก
รีแอคแตนซ์ค่ากว่า -j 1000Ω อยู่ด้วย

• ต่อขนานกับจุดป้อน: เรารู้ว่าผลที่ได้จากการต่อขนานคือการเอาแอดมิตแตนซ์ (admittance, Y) มาบวกกัน  เรารู้ว่าเราเริ่มต้นที่  Z_a  =  1 - j 1000 Ω   เปลี่ยนเป็นแอตมิตแตนซ์คือ   1/Z_a =  Y_a = (ค่าต่ำมากใกล้ศูนย์ + j ค่าต่ำมากใกล้ศูนย์) ℧   ดังนั้นถ้าเราเอาความต้านทาน 50Ω หรือ 0.02℧ ขนานเข้าไป   แอตมิตแตนซ์รวม Y_a ก็จะมีค่าประมาณ 0.02℧ นั่นแหละซึ่งก็คือ  R_a ≈ 50Ω  นั่นเอง ดูรูปที่ 3
  

รูปที่ 3 การแปลงวงจรเสมือนทาง
ไฟฟ้าของสายอากาศในรูป
impedance (Z) ให้อยู่ในรูป
admittance (Y) ก่อน เพื่อความ
เข้าใจที่ดีขึ้นในการแมทช์

ดังนั้นสายอากาศเราจะมีลักษณะทางไฟฟ้าแสดงใน รูปที่ 4

รูปที่ 4 วงจรเสมือนทางไฟฟ้า
ในรูป impedance (Z)
ของสายอากาศที่จะสร้าง

และเมื่อสร้างเป็นของจริงแสดงในรูปที่ 5  เพื่อนๆ สามารถนำไปสร้างใช้งานได้นะครับ จะหุ้มท่อหดหรือใส่ปลอกที่เป็นฉนวนและไม่มีผลต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ตามใจชอบเลยครับ

รูปที่ 5 สายอากาศ Lossy Antenna
โดยพื้นฐานเป็นสายอากาศไดโพล
สั้น (มาก) ที่สามารถ และโหลดด้วย
ความต้านทาน 50Ω ½W เพื่อให้ได้

อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนเหมาะสม
กับการใช้งาน และใช้ขาของตัว
ความต้านทานเป็นสายอากาศเลย

สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อขนานความต้านทาน 50Ω  ที่จุดป้อนของไดโพลสั้น

โดยทั่วไปแล้วประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของสายอากาศขึ้นกับสัดส่วนของความต้านทานการแพร่กระจายคลื่น (R_r ซึ่งเสมือนความต้านทานที่เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแล้วจะเปลี่ยนรูปพลังงานเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ใช่ความร้อน) กับความต้านทานจากโลหะหรืออื่นๆ (R_ohmic หรือ R_o ซึ่งเป็นความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านพลังงานจะเปลี่ยนเป็นความร้อน) ที่อนุกรมกันอยู่  ส่วน X_a เป็นรีแอคแตนซ์ซึ่งไม่มีการสูญเสียเป็นความร้อน ดูรูปที่ 6

รูปที่ 6 ประสิทธิภาพของสายอากาศ
ขึ้นกับสัดส่วนของความต้านทานการ
แพร่กระจายคลื่น (R_r) กับความต้านทาน
ของโลหะที่ใช้สร้างสายอากาศนั้น (R_o)
ซึ่งโดยปกติแล้ว R_o มีค่าต่ำมาก

อย่างไรก็ตาม ในกรณีของเราเราไม่ได้ทำอะไรกับ R_r, R_o และ X_a  สิ่งที่เราทำจริงๆ คือนำตัวความต้านทาน ภายนอกขนาด 50Ω  ต่อขนานเข้าไปกับ "สายอากาศไดโพลสั้น" ของเรา ทำให้เกิดการแบ่งกำลังไฟฟ้า RF (Radio Frequency) ที่เข้า-ออกส่วนของสายอากาศโดยไม่ได้เปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของส่วนที่เป็นสายอากาศเองจริงๆ แต่สามารถทำให้ประสิทธิภาพรวมของ สายอากาศไดโพลสั้นที่มีความต้านทาน 50Ω  ขนานอยู่ที่จุดป้อน ต่ำลงเพราะกระแสไฟฟ้า RF ส่วนหนึ่ง (I₁) มีโอกาสไหลผ่านตัวความต้านทานนี้ได้ แทนที่จะต้องไปไหลผ่านส่วนที่เป็น "สายอากาศไดโพลสั้น" (I₂) ทั้งหมด ดูรูปที่ 7 

รูปที่ 7 เมื่อเราขนานจุดป้อนของสายอากาศ
ด้วยความต้านทาน 50Ω จะเกิดการแบ่งกระแส

ให้ผ่านความต้านทาน 50Ω  กับส่วนของ
สายอากาศ (ซึ่งกระแส I₂ จะไหลผ่านน้อย

กว่า I₁ มากจากรีแอคแตนซ์ X_a ที่สูงมาก)

การทดสอบ 

• วัดอิมพิแดนซ์จุดป้อนของสายอากาศในรูปที่ 5 ด้วย VNA 
  เพื่อให้แน่ใจอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศไม่ผิดไปจาก 50Ω  นัก (แม้จะคำนวณมาแล้ว) ถึงแม้กำลังส่งจากภาคส่งของ hot spot จะน้อยนิดแต่ก็ยังเป็นห่วงอยู่นะ (ฮา...) 

รูปที่ 8 วัดอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของ
สายอากาศด้วย NanoVNA ใกล้เคียง
50Ω ถือว่าสามารถต่อเข้ากับสายป้อน
50Ω ได้เลยโดยอัตราส่วนคลื่นนิ่งต่ำ

• วัดความแรงของสัญญาณเทียบกับสายอากาศยาง ใช้สายอากาศยางติดเครื่อง Icom ID-51 เป็นสายอากาศทดสอบเพื่อเปรียบเทียบกับสายอากาศ Lossy (สายอากาศที่เราทดลองสร้างขึ้น ที่ตั้งใจให้มีการสูญเสียสูง): ความแรงลดลง 18dB หรือประมาณ 63 เท่าเมื่อเทียบกับสายอากาศยาง

หมายเหตุ 
- การทดสอบทำในเชิงเปรียบเทียบกับสายอากาศยางซึ่งไม่ได้สอบเทียบเกน ไม่ได้วัดผลเป็นกำลังสัมบูรณ์ หน่วยการวัดจึงเป็นเพียง dB เท่านั้นไม่ใช่ dBm หรือ dBμv 
- ความแรงสัญญาณที่ลดลง 18dB เป็นผลจากการแบ่งกระแสตามในรูปที่ 7 ซึ่ง X_a มีค่าสูง (แม้อาจจะไม่ตรงกับ -j 1000Ω  อย่างที่คาดการณ์ไว้) ทำให้กระแส I₂ ที่จะไหลผ่าน R_r และเปลี่ยนเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกอากาศไปมีขนาดต่ำลงมาก

• ผลการทดลองใช้: ในขณะที่ hot spot ส่งสัญญาณออกมาไม่ว่าจะเป็นข้อมูลหรือเสียงจากระบบเองหรือข้อความที่เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นกำลังสนทนาอยู่  เครื่องวิทยุอื่นที่อยู่ใกล้ในห้องเดียวกันและใช้สายอากาศติดเครื่อง ยังสามารถรับสัญญาณที่ความถี่อื่นได้ตามปกติ 

- ในสถานการณ์ที่ต่างออกไป เราย่อมสามารถออกแบบสายอากาศที่ตั้งใจให้ประสิทธิภาพต่ำลง (lossy) นี้ในระดับต่างๆ กันได้ไม่ยาก วิธีหนึ่งที่ควรได้ผลดีคือใช้วงจรเน็ทเวิร์คลดทอนสัญญาณที่ประกอบด้วยตัวความต้านทานเป็นหลัก (resistor-based attenuation network) รวม (integrated) เข้าไว้ในสายอากาศเลยทีเดียว

โอกาสการปรับแต่ง

การออกแบบในลักษณะนี้ใช้หลักการตั้งใจให้เกิดการสูญเสียผ่านตัวความต้านทานไฟฟ้าที่เราตั้งใจใส่เข้าไปในระบบสายอากาศ  ในสถานการณ์ที่ต่างออกไป เราสามารถปรับแต่งการสูญเสียเพื่อทำให้ประสิทธิภาพรวมของสายอากาศมีระดับต่างกันเพื่อควบคุมพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายออกในบริเวณเล็กๆ ให้อยู่ในระดับที่ใช้งานระบบต่างๆ พร้อมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถทำได้หลายวิธี เช่น 

1. เปลี่ยนความยาวของส่วนออกอากาศ (ส่วนที่เป็นสายอากาศไดโพล) เมื่อยาวขึ้นอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนจะเป็น capacitive น้อยลง มีส่วน resistive สูงขึ้น และมี radiation resistance สูงขึ้น (แต่ยังต่ำมากเมื่อเทียบกับสายอากาศไดโพลแบบ ½λ ซึ่่งมีค่าประมาณ 73Ω เมื่อถูกปรับความยาวของตัวนำโลหะผอมมากให้ resonance พอดี)  เมื่อรวมกับความต้านทานไฟฟ้าที่ตั้งใจใส่เข้าในวงจรของสายอากาศแล้วจะทำให้ความแรงของคลื่นจากสาอากาศเปลี่ยนไปตามต้องการได้
2. สามารถออกแบบวงจรลดทอนสัญญาณด้วยอุปกรณ์ความต้านทาน (resistor-based attenuator) รวม (integrated) เข้าไปในสายอากาศ เพื่อลดทอนสัญญาณลงไปอีก 
3. กรณีที่ต้องการให้พลังงานคลื่นต่ำเป็นพิเศษ สามารถออกแบบปลอกโลหะเพื่อควบคุมปริมาณคลื่นที่จะหลุดรอดออกมาให้น้อยมาก (shielding technique) 

หรือวิธีอื่นๆ ที่สามารถให้ผลได้เหมือนกันอีกมาก

สรุป

บทความนี้นำเสนอแนวคิดการออกแบบสายอากาศที่มีประสิทธิภาพต่ำโดยตั้งใจ (intentionally lossy antenna) ไม่ใช่กลายเป็นข้อบกพร่องของระบบ แต่เป็น เครื่องมือเชิงออกแบบ สำหรับการควบคุมความแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในบริเวณใกล้สายอากาศ (short distance containment) เพื่อลดปัญหาการเสียความไวในการรับ (receiver desensitization) และการรบกวนระหว่างระบบวิทยุที่ทำงานร่วมกันในพื้นที่จำกัด แนวคิดนี้แตกต่างจากกรอบการออกแบบสายอากาศแบบดั้งเดิมซึ่งมุ่งเน้นการเพิ่มประสิทธิภาพ (efficiency) และ การมีทิศทาง (directivity) ให้สูงที่สุดเสมอ

จากมุมมองเชิงระบบ งานนี้ชี้ให้เห็นว่า การออกแบบสายอากาศที่เหมาะสมขึ้นกับเกณฑ์ (regime) ของการใช้งาน มากกว่าการพยายามทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดเพียงอย่างเดียว โดยสามารถแบ่งสภาพแวดล้อมการใช้งานที่สายอากาศที่ตั้งใจให้เกิดการสูญเสีย (lossy) ให้ข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนออกเป็นหลายกลุ่ม เช่น

1. ระบบ hotspot หรือสถานีวิทยุหลายระบบที่ตั้งอยู่ร่วมกันในตำแหน่งเดียว (co-located radios)
2. ระบบที่มีข้อจำกัดด้านความปลอดภัยของผู้ใช้งานหรือการรับพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (human exposure / SAR constraints) และ
3. ระบบ RF ภายในอาคารที่ถูกจำกัดด้วยข้อกำหนดด้าน Electromagnetic Compatibility และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ในเกณฑ์การออกแบบเหล่านี้ การใช้สายอากาศที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าแต่สามารถจำกัดการแพร่พลังงานคลื่นได้ดี อาจให้สมรรถนะเชิงระบบที่ดีกว่าสายอากาศประสิทธิภาพสูง

นอกจากนี้ งานนี้ยังแสดงให้เห็นถึงการยอมแลก (trade-off) ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ระหว่างประสิทธิภาพ (efficiency) ของสายอากาศกับพารามิเตอร์สำคัญอื่นๆ เช่น ระดับการเสียความไว (desense) ของภาครับ ระยะการการต่อเชื่อมของสนามในระยะใกล้ (short distance coupling radius) และผลกระทบด้านความปลอดภัยของมนุษย์ แม้จะไม่ได้มุ่งเน้นการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน แต่ผลการทดลองและแนวโน้มที่ได้ให้คำอธิบายเชิงฟิสิกส์ที่ชัดเจนต่อพฤติกรรมเหล่านี้

สุดท้าย แนวคิดในการตั้งใจให้มีการสูญเสียเพื่อลดประสิทธิภาพของสายอากาศ (intentional loss) ที่นำเสนอในบทความนี้ ไม่ได้ผูกกับระบบหรือระบบการสื่อสาร (protocol) ใดเป็นการเฉพาะ แม้กรณีศึกษาจะอ้างอิงจากการใช้งาน D-STAR hotspot เป็นหลัก แต่กรอบแนวคิดเดียวกันสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับระบบอื่นได้ เช่น Wi-Fi access point, SDR beacon, IoT gateway หรือแหล่งกำเนิดสัญญาณ RF สำหรับงานทดลองในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเปิดโอกาสให้เกิดการต่อยอดงานวิจัยในเชิงกว้างต่อไป

---

© 2025 จิตรยุทธ จุณณะภาต สงวนลิขสิทธิ
อนุญาตให้เผยแพร่เพื่อการศึกษาไม่แสวงหากำไร โดยต้องให้เครดิตผู้เขียน ห้ามคัดลอก ดัดแปลง หรือใช้บทความนี้ในเชิงพาณิชย์โดยไม่ได้รับอนุญาต